李連鵬等

摘 要：電火花修整法是利用金屬基砂輪和工具電極之間產(chǎn)生脈沖火花放電的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除砂輪的金屬結(jié)合劑，達(dá)到整形和修銳目的。目前，航空精密機(jī)械研究所已經(jīng)研制出Nanosys-300非球曲面加工機(jī)床，但是非球曲面機(jī)床的成形砂輪修整裝置還沒有得到很好的解決，為保證成形砂輪修整質(zhì)量，磨削出高精度的非球曲面，文章利用修整后的成形砂輪和非球面加工機(jī)床進(jìn)行磨削試驗(yàn)，在試驗(yàn)中研究分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)磨削質(zhì)量的影響并尋求磨削AlNiCo材料的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：電火花修整法；研究分析；金屬基砂輪

1 試驗(yàn)設(shè)備介紹

由于非球曲面加工機(jī)床是非球曲面磨削加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，下面對(duì)試驗(yàn)中所用的非球曲面加工機(jī)床主要結(jié)構(gòu)加以介紹。

Nanosys-300非球曲面加工機(jī)床結(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)床采用臥式結(jié)構(gòu)、T形布局。主軸箱為可移動(dòng)的整體部件，采用X、Z向運(yùn)動(dòng)分離的結(jié)構(gòu)，即橫向運(yùn)動(dòng)（X向）由主軸箱來(lái)完成；縱向運(yùn)動(dòng)（Z向）由磨削主軸來(lái)完成，磨削主軸的高度（Y向）可以通過手輪來(lái)調(diào)節(jié)。機(jī)床主要由空氣主軸系統(tǒng)、X-Z伺服進(jìn)給系統(tǒng)、微位移測(cè)量系統(tǒng)和非球曲面磨削系統(tǒng)組成。

1.床身；2.X向靜壓導(dǎo)軌；3.主軸箱；4.主軸電機(jī)；5.X軸柔性聯(lián)軸節(jié)；6.X軸伺服電機(jī)；7.氣浮主軸；8.真空吸盤；9.工件；10.磨削系統(tǒng)；11.Z向靜壓導(dǎo)軌；12.Z向柔性聯(lián)軸節(jié)；13 Z向伺服電機(jī)

2 修整后的成形砂輪非球曲面磨削實(shí)驗(yàn)

由磨削理論可知，磨削非球曲面零件的面形精度依賴于機(jī)床精度；磨削的表面質(zhì)量取決于工件材料、切削條件、砂輪種類、磨粒粒度、砂輪的修整質(zhì)量。由于所用的非球曲面機(jī)床精度很高，能夠保證加工零件的面形精度，但要磨削出高質(zhì)量的表面，則需要一個(gè)比較合理的切削工藝參數(shù)及修整效果好的砂輪來(lái)保證。在本次試驗(yàn)中通過改變機(jī)床的切削條件，用表面粗糙度檢測(cè)儀檢測(cè)出的表面粗糙度Ra來(lái)衡量磨削表面質(zhì)量，分析磨削參數(shù)對(duì)磨削AlNiCo材料表面質(zhì)量的影響，確定非球曲面磨削AlNiCo材料工藝參數(shù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

通過分析以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著砂輪轉(zhuǎn)速的提高，磨削表面質(zhì)量不斷的提高，這是由于砂輪軸轉(zhuǎn)速提高，砂輪和工件表面的相對(duì)線速度不斷增大，在單位時(shí)間內(nèi)，通過磨削區(qū)的磨粒增加，在進(jìn)給量相同的條件下，每顆磨粒的切削厚度變薄，表面粗糙度減小，磨削表面質(zhì)量提高。但是砂輪軸的轉(zhuǎn)速不能無(wú)限制的增大，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)砂輪軸轉(zhuǎn)速達(dá)5300rpm時(shí)，砂輪軸發(fā)出噪聲，出現(xiàn)共振現(xiàn)象。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過4000rpm時(shí)，砂輪軸將出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，影響砂輪軸的回轉(zhuǎn)精度。故在本次試驗(yàn)中得出砂輪軸的轉(zhuǎn)速為3500rpm時(shí)磨削表面質(zhì)量較好。

此外，由于在主軸回轉(zhuǎn)時(shí)工件上各點(diǎn)的線速度隨著半徑的增加而變大，由于砂輪磨削線速度是砂輪表面線速度和工件表面線速度的矢量和，為了在磨削工件過程中實(shí)現(xiàn)恒定的磨削線速度，砂輪軸的轉(zhuǎn)速不要過高，但也不要太低，以免出現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速過低，在工件表面出現(xiàn)振紋，綜合比較得出主軸轉(zhuǎn)速為200rpm時(shí)比較合適。

因?yàn)檫M(jìn)給深度直接影響磨削表面質(zhì)量，進(jìn)給深度大，磨削效率高，但當(dāng)進(jìn)給深度超過砂輪磨粒粒度的一半時(shí)，容易出現(xiàn)砂輪堵塞現(xiàn)象，由于砂輪磨削深度和磨粒有關(guān)，考慮到磨粒有一部分需由基體把持固定，得到磨削過程中每個(gè)磨粒的磨削深度不超過粒徑的三分之一；進(jìn)給深度小，磨削表面質(zhì)量高，磨削效率下降。綜合分析得出，在磨削初期，每次進(jìn)給量為3μm，以提高磨削效率；隨著磨削的不斷進(jìn)行，不斷的減小磨削深度進(jìn)行精磨，以提高磨削表面質(zhì)量；另外，為了使單位時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒增多，在試驗(yàn)中采用低的進(jìn)給速度，使砂輪平穩(wěn)的磨削工件。

經(jīng)過以上分析，可以得出當(dāng)采用W10的金剛石砂輪磨削AlNiCo材料時(shí)，在保證磨削質(zhì)量前提下，得到了一組提高磨削效率的比較適合的磨削工藝參數(shù)，見表2。

為了驗(yàn)證如上分析的正確性，按照此工藝參數(shù)進(jìn)行了磨削試驗(yàn)，得到了表面粗糙度為Ra0.0396μm的光滑非球曲面的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如圖1所示；通過磨削試驗(yàn)，驗(yàn)證了磨削參數(shù)對(duì)磨削質(zhì)量影響分析的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）隨著砂輪轉(zhuǎn)速的提高，磨削表面質(zhì)量不斷的提高；（2）進(jìn)給深度小，磨削表面質(zhì)量高，磨削效率下降；（3）利用電火花修整后的成形砂輪和非球曲面加工機(jī)床對(duì)AlNiCo材料進(jìn)行非球曲面磨削試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中通過檢測(cè)在不同機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)條件下加工出來(lái)的工件表面粗糙度，得到當(dāng)砂輪軸轉(zhuǎn)速為3500 r/min、主軸轉(zhuǎn)速為200 r/min、進(jìn)給速度為10 mm/min時(shí)磨削回轉(zhuǎn)拋物面AlNiCo材料可以得到比較高的磨削質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]楊福興.非球面光學(xué)零件的超精密磨削技術(shù)[J].機(jī)械工程師，1998.

[2]李伯民，趙波.現(xiàn)代磨削技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：174-187.

[3]馬洪斌，馬巖，楊春梅.蒙特卡羅法在熱磨機(jī)磨片優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].森林工程，2012.

[4]莫時(shí)雄.超硬磨料修整與ELID修磨技術(shù)[J].金剛石與磨料磨具工程，2003.