數控工具磨床金剛石砂輪自動(dòng)修整和補償方法
1 引言
全自動(dòng)數控磨削技術(shù)的發(fā)展，對其配套設備提出了高要求。作為配套技術(shù)之一的在線(xiàn)全自動(dòng)砂輪修整技術(shù)，必須滿(mǎn)足現代數控磨削工藝的需要，使其向著(zhù)高精度、超穩定、全自控的方向發(fā)展。金剛石砂輪作為高效磨削工具被廣泛應用在硬質(zhì)合金、陶瓷、CBN 等超硬材料的加工領(lǐng)域。金剛石砂輪的修整和自動(dòng)補償方法決定了全自動(dòng)數控磨削機床的性能，很大程度上決定了砂輪的使用性能和使用壽命。
2 金剛石砂輪修整原理
金剛石砂輪修整方法是影響砂輪磨削性能的重要因素，修整方法的合理選擇將直接影響工件的表面質(zhì)量和磨削精度。目前常用的金剛石砂輪修整方法有: 在線(xiàn)電解修整、電火花砂輪修整、杯形砂輪修整、電解—機械復合修整和激光修整。由于杯形砂輪修整方法較其他修整方法操作簡(jiǎn)單易于實(shí)現，因此本文采用 GC 杯形砂輪修整技術(shù)對金剛石砂輪進(jìn)行自動(dòng)修整。
對于金剛石砂輪這種超硬磨料砂輪的修整通常分為兩個(gè)階段: 整形和修銳。整形是對砂輪進(jìn)行微量切削，其目的是去除初始安裝后砂輪的形狀誤差和表面缺陷，保證砂輪的幾何形狀精度。修銳是因砂輪工作一段時(shí)間后鈍化，為了使切削微刃突出結合劑并具有適當高度，在磨粒間形成足夠的容屑空間，并使單位面積上的有效磨粒數盡可能多。
3 GC 杯形砂輪修整碗型金剛石砂輪的方法
實(shí)際修整時(shí)，GC 杯形砂輪與碗型金剛石砂輪之間的幾何關(guān)系及運動(dòng)形式如圖 1 所示。碗型金剛石砂輪與 GC 杯形砂輪磨削帶完全交錯貼合，分別以一定轉速轉動(dòng)，修整輪和砂輪的轉動(dòng)線(xiàn)速度比定位 8: 1。修整輪固定，金剛石砂輪沿軸線(xiàn)方向作修整進(jìn)給，使 GC 杯形砂輪和碗型金剛石砂輪形成相互去磨料磨削。通過(guò)兩砂輪端面的對磨，去除金剛石砂輪鈍化磨粒，形成容屑空間，使金剛石砂輪表面重新銳化，達到修整目的。
4 砂輪修整全自動(dòng)控制方法
在磨削加工中，砂輪的磨損狀態(tài)是影響磨削質(zhì)量的一個(gè)重要因素。該數控工具磨床可在刀片加工磨削的全過(guò)程中對砂輪狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。根據加工刀片尺寸和材料的不同，需要磨削去除的體積和磨削時(shí)間也不同。綜合考慮各個(gè)因素，設定自動(dòng)修整的間隔。通過(guò)對砂輪磨削刀片次數計數，并實(shí)時(shí)的將其與系統設定的修整間隔比較。當磨削次數達到設定的修整間隔次數時(shí)，在 NC 程序中自動(dòng)調用修整模塊，實(shí)現砂輪的自動(dòng)修整。為了保證機床運行安全，該控制方法還加入了對砂輪壽命和修整輪壽命的實(shí)時(shí)監控。只要檢測到本次修整將可能導致砂輪或修整輪到達預警厚度，機床將自動(dòng)發(fā)出報警信號，停機等待人工處理。如果砂輪和修整輪均未到達報警厚度，則修整順利進(jìn)行。修整結束后，通過(guò)數據處理，輸出砂輪修整后的補償值。砂輪修整自動(dòng)控制流程如圖 3 所示
5 砂輪修整的補償方法
被加工工件尺寸的一致性，很大程度上取決于工藝系統狀態(tài)的一致性。砂輪被修整一次之后，磨料厚度減少，砂輪端面到指定標定位置發(fā)生了變化，這就導致整個(gè)工藝系統狀態(tài)的改變，被加工工件的尺寸也會(huì )發(fā)生變化，無(wú)法保證尺寸一致性。因此，對于砂輪修整之后的補償顯得尤為重要。
分析砂輪修整的過(guò)程，是兩個(gè)磨具的相互磨削，不僅砂輪磨料厚度會(huì )減小，修整輪的磨料厚度也會(huì )減少，是一個(gè)綜合作用的結果。因此，采用多次試驗的方法，確定了砂輪修整的 補償方法。
由于金剛石砂輪的硬度和耐磨性遠大于 GC 杯形修整輪?？梢灶A見(jiàn)，在一次修整過(guò)程中，金剛石砂輪減少的磨料厚度遠小于修整輪減少的磨料厚度。如圖 4 所示，修整輪位置固定，修整時(shí)砂輪沿進(jìn)給方向前進(jìn)一個(gè)修整量，由于相互磨削作用，砂輪和修整輪厚度同時(shí)減少。他們之間的關(guān)系為: 修整量= 砂輪減少量 + 修整輪減少量。為了保證被加工工件的尺寸一致性，應該補償修整之后砂輪的減少量。實(shí)際修整試驗數據表明，修整量為 0.03mm 時(shí)，砂輪減薄量為 0.0015mm，修整輪減薄量為 0.0275mm。
6 結語(yǔ)
該砂輪修整自動(dòng)控制方法和補償方法，已經(jīng)在項目開(kāi)發(fā)的工具磨床上得到實(shí)際應用。通過(guò)長(cháng)時(shí)間不間斷的連續試磨，機床所加工工件的尺寸一致性控制在 5μm 以?xún)?，該方法的?shí)際效果得到驗證!
全自動(dòng)數控磨削技術(shù)的發(fā)展，對其配套設備提出了高要求。作為配套技術(shù)之一的在線(xiàn)全自動(dòng)砂輪修整技術(shù)，必須滿(mǎn)足現代數控磨削工藝的需要，使其向著(zhù)高精度、超穩定、全自控的方向發(fā)展。金剛石砂輪作為高效磨削工具被廣泛應用在硬質(zhì)合金、陶瓷、CBN 等超硬材料的加工領(lǐng)域。金剛石砂輪的修整和自動(dòng)補償方法決定了全自動(dòng)數控磨削機床的性能，很大程度上決定了砂輪的使用性能和使用壽命。
2 金剛石砂輪修整原理
金剛石砂輪修整方法是影響砂輪磨削性能的重要因素，修整方法的合理選擇將直接影響工件的表面質(zhì)量和磨削精度。目前常用的金剛石砂輪修整方法有: 在線(xiàn)電解修整、電火花砂輪修整、杯形砂輪修整、電解—機械復合修整和激光修整。由于杯形砂輪修整方法較其他修整方法操作簡(jiǎn)單易于實(shí)現，因此本文采用 GC 杯形砂輪修整技術(shù)對金剛石砂輪進(jìn)行自動(dòng)修整。
對于金剛石砂輪這種超硬磨料砂輪的修整通常分為兩個(gè)階段: 整形和修銳。整形是對砂輪進(jìn)行微量切削，其目的是去除初始安裝后砂輪的形狀誤差和表面缺陷，保證砂輪的幾何形狀精度。修銳是因砂輪工作一段時(shí)間后鈍化，為了使切削微刃突出結合劑并具有適當高度，在磨粒間形成足夠的容屑空間，并使單位面積上的有效磨粒數盡可能多。
3 GC 杯形砂輪修整碗型金剛石砂輪的方法
實(shí)際修整時(shí)，GC 杯形砂輪與碗型金剛石砂輪之間的幾何關(guān)系及運動(dòng)形式如圖 1 所示。碗型金剛石砂輪與 GC 杯形砂輪磨削帶完全交錯貼合，分別以一定轉速轉動(dòng)，修整輪和砂輪的轉動(dòng)線(xiàn)速度比定位 8: 1。修整輪固定，金剛石砂輪沿軸線(xiàn)方向作修整進(jìn)給，使 GC 杯形砂輪和碗型金剛石砂輪形成相互去磨料磨削。通過(guò)兩砂輪端面的對磨，去除金剛石砂輪鈍化磨粒，形成容屑空間，使金剛石砂輪表面重新銳化，達到修整目的。
在磨削加工中，砂輪的磨損狀態(tài)是影響磨削質(zhì)量的一個(gè)重要因素。該數控工具磨床可在刀片加工磨削的全過(guò)程中對砂輪狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。根據加工刀片尺寸和材料的不同，需要磨削去除的體積和磨削時(shí)間也不同。綜合考慮各個(gè)因素，設定自動(dòng)修整的間隔。通過(guò)對砂輪磨削刀片次數計數，并實(shí)時(shí)的將其與系統設定的修整間隔比較。當磨削次數達到設定的修整間隔次數時(shí)，在 NC 程序中自動(dòng)調用修整模塊，實(shí)現砂輪的自動(dòng)修整。為了保證機床運行安全，該控制方法還加入了對砂輪壽命和修整輪壽命的實(shí)時(shí)監控。只要檢測到本次修整將可能導致砂輪或修整輪到達預警厚度，機床將自動(dòng)發(fā)出報警信號，停機等待人工處理。如果砂輪和修整輪均未到達報警厚度，則修整順利進(jìn)行。修整結束后，通過(guò)數據處理，輸出砂輪修整后的補償值。砂輪修整自動(dòng)控制流程如圖 3 所示
被加工工件尺寸的一致性，很大程度上取決于工藝系統狀態(tài)的一致性。砂輪被修整一次之后，磨料厚度減少，砂輪端面到指定標定位置發(fā)生了變化，這就導致整個(gè)工藝系統狀態(tài)的改變，被加工工件的尺寸也會(huì )發(fā)生變化，無(wú)法保證尺寸一致性。因此，對于砂輪修整之后的補償顯得尤為重要。
分析砂輪修整的過(guò)程，是兩個(gè)磨具的相互磨削，不僅砂輪磨料厚度會(huì )減小，修整輪的磨料厚度也會(huì )減少，是一個(gè)綜合作用的結果。因此，采用多次試驗的方法，確定了砂輪修整的 補償方法。
由于金剛石砂輪的硬度和耐磨性遠大于 GC 杯形修整輪?？梢灶A見(jiàn)，在一次修整過(guò)程中，金剛石砂輪減少的磨料厚度遠小于修整輪減少的磨料厚度。如圖 4 所示，修整輪位置固定，修整時(shí)砂輪沿進(jìn)給方向前進(jìn)一個(gè)修整量，由于相互磨削作用，砂輪和修整輪厚度同時(shí)減少。他們之間的關(guān)系為: 修整量= 砂輪減少量 + 修整輪減少量。為了保證被加工工件的尺寸一致性，應該補償修整之后砂輪的減少量。實(shí)際修整試驗數據表明，修整量為 0.03mm 時(shí)，砂輪減薄量為 0.0015mm，修整輪減薄量為 0.0275mm。
該砂輪修整自動(dòng)控制方法和補償方法，已經(jīng)在項目開(kāi)發(fā)的工具磨床上得到實(shí)際應用。通過(guò)長(cháng)時(shí)間不間斷的連續試磨，機床所加工工件的尺寸一致性控制在 5μm 以?xún)?，該方法的?shí)際效果得到驗證!
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