高精度公差的磨削加工 2006-12-29 16:05:00 机床本身并不是达到高精度磨削加工的唯一秘方，砂轮和粒度、砂轮修整系统、软件系统、操作员的智能等因素都对高精度产品的加工生产起着关键的作用。磨削加工成为人们越来越乐于使用的加工方式。为了满足今天的高精度加工标准，磨削加工有时甚至已经成为唯一的加工方式。随着CBN砂轮价格的不断下降，磨床已成为一种更加商品化的产品。通过充分采用更新型的磨料粒度，磨床及磨削工艺有了进一步的提高和改进。现在，整个市场基本上被更加精密的磨床所垄断。但是，机床本身并不是达到高精度磨削加工的唯一秘方，砂轮和粒度、砂轮修整系统、软件系统、操作员的智能等因素都对高精度产品的加工生产起着关键的作用。下面我们分别对上述这些影响磨床加工质量的因素加以介绍。 砂轮和粒度美国国家标准技术研究院（NIST）主要致力于高性能磨削工艺的研究。最近，NIST的研究人员正在寻求一种采用单层磨料（SLA）砂轮的高速磨削工艺。在一个加工案例中，他们采用一个254mm直径的SLA砂轮，对其以14000 r/min的转速和186m/s的表面线速度运行时的情况进行了研究。结果发现，随着磨削时间的增加，砂轮上裸露的磨粒增多，磨损面扩大，出现连续的微粒磨钝现象，磨削温度和磨削力度也随之上升，但没有磨粒碎裂或脱落的情况发生。机械工程师们试图了解进给量和速度如何影响SLA砂轮的磨损，以便找到因平面区域磨损增加所造成的潜热损坏的模式，预测可有效调节生产工艺的变量。为此，研究人员绘制了砂轮表面的显微结构图。随着砂轮以不同进给量和不同速度运行造成的磨损程度的增加，显示出其磨粒大小、形状和分布的变化。图表显示，某些砂轮的磨粒数量超过了实际所需要的数量，而且磨粒应扩散分布，而不是在砂轮表面“结壳”。NIST经研究证实：当使用SLA砂轮时，不应该以同样的进给量和速度去磨削每一个零件，因为理想的切削参数会随着砂轮磨损程度的不同而不断变化。应区别对待不同的加工零件，并适当地调节变量，这样就可以大大降低每一零件的加工成本，也不会浪费未经使用的大量砂轮磨粒。要想获取足够的信息预测砂轮的切削参数，这就要求SLA砂轮磨粒的形状和尺寸必须是规则的。如果用户知道砂轮的显微结构图，而且砂轮的表面是一致的，那么就可以对切削变量进行编程，以补偿砂轮的磨损参数。 砂轮修整系统研究表明，CNC数控修整装置及发声传感器的使用，降低了磨削周期时间。最新的修整技术已经应用到相对比较特殊的机床、砂轮设计或生产应用之中。例如，ELID磨削是一种在加工过程中使用电解修整砂轮和常规机械磨削相结合的新颖磨削方法。在有选择地使用结合剂的基础上，能实现高效磨削和镜面磨削。同样，用于金刚砂轮和CBN超级磨料的新型玻璃状粘结剂，对那些特殊应用领域中使用的砂轮修整系统提出了新的要求。客户对于砂轮有非常明确的要求，比如更好的尺寸公差、锥度和正圆度，特别是在汽车工业和轴承应用领域。因此，希望能将材料的磨削率提高到16.39cm3/min，同时使Cpk值保持在1.33或更好的水平。确保轴承零件更好的正圆度和表面光洁度非常重要，它将有助于减少摩擦力，降低噪音和咔嗒声，延长使用寿命。圣戈班公司就重点对经过改进的多孔性砂轮过进行了研究。不管采用普通的磨料还是用CBN材料，凡是在精密的汽车磨削加工应用领域，砂轮都应采用玻璃状粘结剂胶合制成，这可以使磨料具有更佳的粘结力，获得更高的磨削比。砂轮的多孔性可以使砂轮将更多的磨削冷却液带到切屑弧区，而且也能给磨削切屑保留更大的空间，这样可降低磨削区内零件与切屑之间的相互摩擦。砂轮中磨料的体积通常用组织（普通磨料）或浓度（金刚砂或CBN材料）来描述。一般而言，凡是在接触面积较大以及对金相结构损坏灵敏度较高的应用领域，如蠕动进给磨削、双盘或高合金钢一类的材料，应使用组织疏松或浓度较低（磨料体积较小）的砂轮。圣戈班公司新的普通磨料技术能够获得较疏松的砂轮组织，而不需要采用人工多孔性方式。美国Truing Systems公司生产修整砂轮用金刚砂滚子和砂轮修整块，其产品的公差达到0.5 mm，具有很高精度的球形尺寸,使用标准也由过去的Ra16提高到现在的Ra4。在20世纪90年代，硬质材料的车削加工曾一度占领磨削加工的市场，但现在的情况恰好相反。我们可将这一变化归因于CBN材料的价
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