淺析CBN砂輪修整和使用的條件
1、概述
CBN砂輪具有耐熱性能、熱穩定性好等特點(diǎn)以及與鐵族的化學(xué)惰性，磨削刃鋒利，磨削性能優(yōu)異，磨削拉力小，溫升低，工件表面無(wú)燒傷、裂紋，磨削表面有殘余壓應力，因而使得磨削工件的尺寸精度、幾何精度較普通砂輪大為提高，使工件各方面性能隨之提高，但CBN砂輪的使用也存在著(zhù)一些問(wèn)題。
首先，我們可以采用常規的修型和修銳方法進(jìn)行CBN砂輪的修型和修銳。理論上，陶瓷結合劑脆而易碎，應該能夠用常規修整方法修整。然而試驗表明，目前的修整方法不適合于新型的CBN砂輪。為了獲得最佳的修型和修銳（合稱(chēng)修整）效果，我們必須確定一整套新型的工作參數和條件。通過(guò)研究更佳的使用條件，使得CBN砂輪修整和機床控制技術(shù)取得了更大的進(jìn)步。
修整過(guò)程的精確設定和先進(jìn)的適應控制，使用戶(hù)的CBN砂輪工作在最佳狀態(tài)。
沒(méi)有陶瓷結合劑，CBN砂輪就不可能進(jìn)入大批量生產(chǎn)使用。正是這種多孔的結合劑材料產(chǎn)生了必須的小空隙，保存冷卻液并保證了CBN磨削黑色金屬所需的修整加工。
2、CBN砂輪的修整方法
CBN磨料是一種昂貴的磨料，砂輪制造商必須提供一種盡可能少地消耗磨料的修整方法，以便用戶(hù)在丟棄砂輪之前，能夠盡可能多地磨削工件。一般情況下，只需去除幾個(gè)微米就可使CBN砂輪重新銳利。
同時(shí)，制造商必須找到有效的方法使磨粒的切削刃凸露出來(lái)，我們采用奧地利泰利萊公司B64型CBN砂輪作為典型磨料進(jìn)行研究。據介紹，這種級別的砂輪磨料合成缺陷控制在亞微米水平。泰利萊公司能夠改變磨粒的破裂特性并能生產(chǎn)具有良好控制破裂強度的磨料。
我們在磨削試驗中發(fā)現，修整進(jìn)給速度和修整速度之比對顆粒破裂特性影響極大，修整速比是指修整輪線(xiàn)速度與磨削線(xiàn)速度之比。速比為正指在修整接觸位置，砂輪與修整輪旋轉方向相同。
在對B64型陶瓷結合劑CBN砂輪進(jìn)行的一項研究中，砂輪由旋轉金剛石輪以+0.2的速比修整，當修整量為1μm時(shí)，CBN磨粒就會(huì )出現微觀(guān)裂紋，因為它保留了具有大量切削刃并集中在表面上的磨粒，微觀(guān)裂紋有益于砂輪的鋒利。
當修整量增加到2～3μm時(shí)，發(fā)現了明顯的宏觀(guān)裂紋。宏觀(guān)裂紋出現時(shí)，磨粒的重要部分就喪失了。結果砂輪表面只有很少鋒利的切削刃，這就產(chǎn)生了很多不良切削表面，大量昂貴的磨粒脫落又造成表面磨粒密度的降低，縮短了砂輪使用壽命和降低了性能價(jià)格比。
這些結果表明通過(guò)修整進(jìn)給的微小改變很容易地影響了修整過(guò)程的效果。為了進(jìn)行必要的微調， CBN用戶(hù)必須具備高分辨率的修整進(jìn)給機構。
改變修整速率的結果類(lèi)似于改變修整深度。因為修整器與砂輪同向旋轉引起的修整力大于正常磨削力，修整去除了更多的陶瓷結合劑和較少的磨粒。當修整速率由+0.2提高到+0.8時(shí)，更多的結合劑被切除，磨粒的宏觀(guān)裂紋也同時(shí)加劇。甚至當進(jìn)給深度為1μm時(shí)，很大一部分磨粒已被打碎。根據以上結果，用戶(hù)不能只因為高修整速比去除了更多的結合劑就認為速比越高越好。如果高速比加劇了宏觀(guān)裂紋，那么砂輪修整就導致了砂輪的加速磨損。
在進(jìn)行磨削外圓柱面的大尺寸砂輪的修整過(guò)程中還發(fā)現，增加修整速比和進(jìn)給深度引起的砂輪由微觀(guān)裂紋轉變?yōu)楹暧^(guān)裂紋應引起特別的關(guān)注，這是因為大磨粒更可能具有以后成為裂紋起點(diǎn)的缺陷，當我們觀(guān)察大裂紋時(shí)也更容易分清兩種裂紋的不同之處。
通過(guò)其它的一些研究，我們認識到采用適合的修整速率以保證修整輪與CBN砂輪上的每一個(gè)磨粒的合適接觸的重要性。理想狀態(tài)是，一個(gè)磨粒只能被修整輪上的一粒金剛石修銳。如果每個(gè)磨粒的作用金剛石的數目不到一個(gè)，修整就會(huì )遺漏一些未被修銳的鈍磨粒。一般來(lái)說(shuō)，修整輪的旋轉使金剛石對每一磨粒的作用多于一次，即每一磨粒的有效修整多于一次。由于在磨粒的表面，第一次后的每一次修銳作用都是在微進(jìn)給的情況下進(jìn)行的。進(jìn)給速度導致的多重修銳作用產(chǎn)生了一個(gè)相對不鋒利的表面。通過(guò)多年對砂輪修銳作用的研究，我們重新修改了修整裝置的設計。我們發(fā)現，獲得良好的修整效果和對于給定的砂輪轉速和CBN磨粒尺寸進(jìn)一步計算出適當的修整轉速還是相對容易的。
我們仔細地研究了修整和使用后的陶瓷結合劑CBN砂輪的表面，發(fā)現修整使得砂輪表面層CBN磨粒和陶瓷結合劑的密度低于砂輪其它部分。陶瓷結合劑普通砂輪同樣會(huì )出現這樣的表面層，它被稱(chēng)為表面變質(zhì)層。這種表面層可從幾微米到30微米深，隨著(zhù)砂輪的使用，變質(zhì)層的深度會(huì )繼續加大，在砂輪表面的作用會(huì )繼續加強。
砂輪使用后的修整能夠消除使用中日益變深和更具危害的表面變質(zhì)層。由于陶瓷結合劑普通砂輪的修整進(jìn)給深度遠大于陶瓷結合劑CBN砂輪， 陶瓷結合劑普通砂輪的修整情況更是如此，修整進(jìn)給深度確保修除了幾乎所有的磨削變質(zhì)層，產(chǎn)生了一個(gè)僅由修整參數決定的磨粒和結合劑組成的新的表面層。但當陶瓷結合劑CBN砂輪修整時(shí)，修整進(jìn)給深度可能遠小于變質(zhì)層，這深刻地影響了修整后的砂輪性能。
要完全修復CBN砂輪，用戶(hù)必須有較大進(jìn)給深度的修整器。我們還發(fā)現，修整分四次共進(jìn)給2微米與一次修整2微米相比，宏觀(guān)裂紋最小，且修整消除了變質(zhì)層。
3、磨粒的脫落階段
通過(guò)對CBN和結合劑性質(zhì)的研究，制造商能夠對修整過(guò)程重新定義。但即使根據以上理論將修整過(guò)程最佳化，砂輪也需要經(jīng)過(guò)修整時(shí)結合不牢的磨粒和殘余結合劑的脫落階段。
一般情況下，砂輪經(jīng)一定數量零件磨削、修整后，磨削力、砂輪磨損、表面變化的過(guò)程如圖1所示。修整后，磨削力相對較大，但磨削幾個(gè)零件后磨削力迅速下降。一般，每一修整周期的2%～10%的零件受到這一變化的影響。在砂輪性能不穩定的這一階段，零件質(zhì)量還受到工件和砂輪軸偏心的影響，同時(shí)砂輪磨損更快，表面粗糙度迅速增大。為解決這些問(wèn)題，用戶(hù)必須在每個(gè)零件磨削后檢查砂輪的性能，在下個(gè)零件磨削前做必要的調整。
砂輪修整和使用以及磨削變質(zhì)層直接決定了修整后磨削力下降的程度。一般新砂輪磨削力的下降比已使用幾個(gè)修整周期的砂輪快。
最初的脫落期后，磨削表面質(zhì)量逐漸提高，磨削力趨于穩定，磨損速度趨緩，磨削變質(zhì)層逐漸加深，砂輪在磨削中磨掉了結合劑而變得更加鋒利。最后，砂輪結合劑太少，砂輪開(kāi)始快速磨損。這時(shí)，磨損使砂輪直徑減小，砂輪與磨削工件不再接觸，磨削力迅速下降。
4、確保修整器與砂輪的精確接觸
CBN砂輪制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)了新技術(shù)用以滿(mǎn)足修整中關(guān)于每步進(jìn)給修整量、總進(jìn)給修整量、修整速率和橫向修整速度等的技術(shù)要求。這些措施由接觸傳感器和適應控制來(lái)實(shí)現。
修整外圓柱面磨削砂輪時(shí)，制造商設計出了一個(gè)能夠實(shí)現較淺的修整砂輪的系統。外圓磨削系統相對剛性較好，磨削力的變化一般不會(huì )降低工件的質(zhì)量。用戶(hù)要確保砂輪表面不要太光滑，以免燒傷工件，所以可以修得粗一些。要獲得具有滿(mǎn)意特性的砂輪，用戶(hù)應選擇只產(chǎn)生小的微觀(guān)裂紋和保持砂輪表面CBN磨粒密度高的修整參數。
圖2給出了使用各種CBN砂輪磨削圓柱面特別是凸輪軸的典型砂輪磨損曲線(xiàn)。如圖2所示，剛開(kāi)始圓柱面磨削時(shí)，砂輪磨損一般是2～3μm，特殊情況可達10μm。為使每次修整磨削更多的工件，用戶(hù)可在砂輪磨損15μm甚至更大時(shí)再修整砂輪。為保持砂輪磨損適當的變質(zhì)層，用戶(hù)就要將砂輪修整幾個(gè)微米，一般修整參數是：切削速比為+0.2～+0.5，總修整深度為3μm～10μm，每次修整深度為0.25～3μm。
根據以上理論，我們采用泰利萊B64型CBN砂輪，意大利金飛（GAMFIER）電主軸，泰利萊金剛石杯形修整器，3MZ203全自動(dòng)內圓磨床，磨削滾動(dòng)軸承內圈6203/02，結果每磨削200件，修整砂輪2μm，磨削工件尺寸分散4μm，橢圓2μm，錐度2μm，表面粗糙度Ra值0.2μm，磨削比提高了70倍。保持這些參數最困難的是機床在修整中的熱傳遞。修整過(guò)程中，機床溫度的變化導致修整器與砂輪間的位置偏移甚至比修整量還大，檢測和補償這些誤差，用戶(hù)需要一些精確測定修整器和砂輪相對位置的方法。
現在大多采用在修整器與砂輪確切接觸時(shí)探測修整器與砂輪的相對位置。有些采取檢測磨削功率或磨削力的方法來(lái)探測是否接觸。使用壓電效應或應變儀檢測磨削力的方法廣泛應用于內圓磨削。有一種新方法采用一套壓電元件探測磨削力并轉化成修整器的進(jìn)給運動(dòng)。
另一種方法采用聲發(fā)射原理，AE傳感器是外圓柱面磨削最有效、最簡(jiǎn)單的方法。AE傳感器工作在50-600K的頻率范圍內，拾取修整器金剛石修整 CBN磨粒的聲音信號，大多數裝置能夠精確拾取給定砂輪速度和磨粒尺寸砂輪的聲音頻率。
固定傳感器等硬件的位置對傳感器的精度有很大的影響。如果AE傳感器未能可靠的固定在機床上，主軸軸承的噪聲就會(huì )屏蔽聲音信號。如果傳感器裝在修整器主軸殼體上，信號經(jīng)過(guò)軸承后也會(huì )減弱。用戶(hù)可用模擬信號儀估計信噪比，大多數AE系統都能提供拾取信號的圖形，在這些圖形上，修整器修整砂輪的信號表示為在低的背景噪聲信號上的脈沖峰值。
我們測試了安裝在CNC凸輪磨床上的AE聲發(fā)射系統，這種磨床配備了高頻回轉式修整器，金剛石修整輪和陶瓷結合劑CBN砂輪。修整前機床曾磨削較窄的零件并在砂輪表面的中部留下了磨損帶。
首次修整，每循環(huán)進(jìn)給2.5μm,砂輪全長(cháng)共修整50μm，當傳感器探測到較大的幅值時(shí)，最后的一次修整循環(huán)就只進(jìn)給1μm。修整器剛接觸砂輪時(shí)，傳感器在砂輪兩端探測到兩個(gè)高點(diǎn)，這種情況持續了三個(gè)循環(huán)，然后修整器與整個(gè)砂輪表面接觸，傳感器探測到1μm進(jìn)給深度的信號。通過(guò)實(shí)驗，傳感器系統在這種磨床上可以不受主軸軸承噪聲的影響探測到 0.25μm 進(jìn)給深度的信號。
然而研究發(fā)現，一次進(jìn)給修整和數次進(jìn)給修整同樣進(jìn)給量的修整結果存在差異，一般是1～2μm，粗磨粒外圓磨削修整進(jìn)給量是8～10μm，這個(gè)差異不足以嚴重影響砂輪的性能，減小每次修整進(jìn)給量會(huì )縮小這個(gè)差異，但這實(shí)際上會(huì )增加修整循環(huán)時(shí)間。
另一種能夠消除軸承噪聲的AE檢測方法正在開(kāi)發(fā)。這種方法由獨立的探針接觸砂輪來(lái)獲取聲信號確定砂輪的位置，砂輪修整到所需的量時(shí)，探針再次接觸砂輪校準探針與修整器的位置，并補償修整器的磨損。由于探針與修整器緊密接觸，機床的熱傳導不會(huì )影響它們的相對位置，但探針磨損將引起1～2μm的誤差，這個(gè)方法的另一弊端在于系統不能分析全部砂輪的信號，因為探針只接觸砂輪的一個(gè)位置，同時(shí)接觸過(guò)程必須干噪以免冷卻液錯誤信號的干擾。相對來(lái)說(shuō)這些都是次要的問(wèn)題，同修整進(jìn)給量控制方法一樣，探針控制法已在全世界成功使用了。
5、CBN砂輪內圓磨削的挑戰
陶瓷結合劑CBN砂輪內圓磨削要求一種全新的修整條件?，F代內圓磨床具有超精密的進(jìn)給精度，修整時(shí)間通常遠比外圓磨床短，這是因為磨削的工件一般較小，磨削周期較短。所以砂輪磨削一定量的工件后修整時(shí)，內圓磨削修整所用時(shí)間就應比外圓磨削短。一般修整時(shí)間短到機床的熱傳導不足以影響砂輪和修整器的相對位置，實(shí)際上，在穩定的操作條件下，內圓磨床可保證1μm的總修整進(jìn)給量，內圓磨床一般較穩定，只有高精度的系統才使用傳感器精確保證超高精度的公差。
CBN砂輪內圓磨削的最大問(wèn)題是修整時(shí)磨削力的變化引起的變形，內圓磨削的砂輪接桿本來(lái)就很弱，磨削力的任何變化都會(huì )引起接桿的變形，這些又將影響工件的尺寸、錐度和圓度。很多情況下，有些措施可使這個(gè)問(wèn)題最小化，其中之一是重新設計砂輪接桿，通過(guò)減小長(cháng)度、增大直徑、采用高剛性材料如鉬鋼或亞碳化鈦合金，圖3所示。
優(yōu)化修整參數也可減小接桿變形，內圓磨削的修整參數不同于外圓磨削，內圓磨削的微觀(guān)裂 紋不是問(wèn)題，因為磨粒比外圓磨削小得多，所以可加大切削速比以增加砂輪的鋒利度而不必擔心砂輪表面的磨粒密度的減小，開(kāi)發(fā)旋轉修整器也是為增加砂輪的鋒利度，減小變質(zhì)層，總的修整進(jìn)給量只需不到2μm，砂輪需要多次修整，內圓磨削典型的修整參數是：修整速比為 +0.8 ，總修整進(jìn)給量≤2μm，一次修整除了高剛性接桿和優(yōu)化修整參數外，砂輪制造商還開(kāi)發(fā)了有益于減小砂輪變形的特殊的陶瓷結合劑，目的是減小修整磨削力。他們開(kāi)發(fā)出有一定耐用度的多孔結 構砂輪，這種砂輪在汽車(chē)和軸承行業(yè)取得了巨大的成功，特別適用于要求尺寸公差≤2μm和高效率的場(chǎng)合。同時(shí)因為潤滑效果好，CBN砂輪磨削采用油冷卻的效果較好，而出于其它的原因，磨削趨向于采用乳化油或其它合成物，這樣CBN砂輪的耐用度就會(huì )受到影響。
CBN砂輪具有耐熱性能、熱穩定性好等特點(diǎn)以及與鐵族的化學(xué)惰性，磨削刃鋒利，磨削性能優(yōu)異，磨削拉力小，溫升低，工件表面無(wú)燒傷、裂紋，磨削表面有殘余壓應力，因而使得磨削工件的尺寸精度、幾何精度較普通砂輪大為提高，使工件各方面性能隨之提高，但CBN砂輪的使用也存在著(zhù)一些問(wèn)題。
首先，我們可以采用常規的修型和修銳方法進(jìn)行CBN砂輪的修型和修銳。理論上，陶瓷結合劑脆而易碎，應該能夠用常規修整方法修整。然而試驗表明，目前的修整方法不適合于新型的CBN砂輪。為了獲得最佳的修型和修銳（合稱(chēng)修整）效果，我們必須確定一整套新型的工作參數和條件。通過(guò)研究更佳的使用條件，使得CBN砂輪修整和機床控制技術(shù)取得了更大的進(jìn)步。
修整過(guò)程的精確設定和先進(jìn)的適應控制，使用戶(hù)的CBN砂輪工作在最佳狀態(tài)。
沒(méi)有陶瓷結合劑，CBN砂輪就不可能進(jìn)入大批量生產(chǎn)使用。正是這種多孔的結合劑材料產(chǎn)生了必須的小空隙，保存冷卻液并保證了CBN磨削黑色金屬所需的修整加工。
2、CBN砂輪的修整方法
CBN磨料是一種昂貴的磨料，砂輪制造商必須提供一種盡可能少地消耗磨料的修整方法，以便用戶(hù)在丟棄砂輪之前，能夠盡可能多地磨削工件。一般情況下，只需去除幾個(gè)微米就可使CBN砂輪重新銳利。
同時(shí)，制造商必須找到有效的方法使磨粒的切削刃凸露出來(lái)，我們采用奧地利泰利萊公司B64型CBN砂輪作為典型磨料進(jìn)行研究。據介紹，這種級別的砂輪磨料合成缺陷控制在亞微米水平。泰利萊公司能夠改變磨粒的破裂特性并能生產(chǎn)具有良好控制破裂強度的磨料。
我們在磨削試驗中發(fā)現，修整進(jìn)給速度和修整速度之比對顆粒破裂特性影響極大，修整速比是指修整輪線(xiàn)速度與磨削線(xiàn)速度之比。速比為正指在修整接觸位置，砂輪與修整輪旋轉方向相同。
在對B64型陶瓷結合劑CBN砂輪進(jìn)行的一項研究中，砂輪由旋轉金剛石輪以+0.2的速比修整，當修整量為1μm時(shí)，CBN磨粒就會(huì )出現微觀(guān)裂紋，因為它保留了具有大量切削刃并集中在表面上的磨粒，微觀(guān)裂紋有益于砂輪的鋒利。
當修整量增加到2～3μm時(shí)，發(fā)現了明顯的宏觀(guān)裂紋。宏觀(guān)裂紋出現時(shí)，磨粒的重要部分就喪失了。結果砂輪表面只有很少鋒利的切削刃，這就產(chǎn)生了很多不良切削表面，大量昂貴的磨粒脫落又造成表面磨粒密度的降低，縮短了砂輪使用壽命和降低了性能價(jià)格比。
這些結果表明通過(guò)修整進(jìn)給的微小改變很容易地影響了修整過(guò)程的效果。為了進(jìn)行必要的微調， CBN用戶(hù)必須具備高分辨率的修整進(jìn)給機構。
改變修整速率的結果類(lèi)似于改變修整深度。因為修整器與砂輪同向旋轉引起的修整力大于正常磨削力，修整去除了更多的陶瓷結合劑和較少的磨粒。當修整速率由+0.2提高到+0.8時(shí)，更多的結合劑被切除，磨粒的宏觀(guān)裂紋也同時(shí)加劇。甚至當進(jìn)給深度為1μm時(shí)，很大一部分磨粒已被打碎。根據以上結果，用戶(hù)不能只因為高修整速比去除了更多的結合劑就認為速比越高越好。如果高速比加劇了宏觀(guān)裂紋，那么砂輪修整就導致了砂輪的加速磨損。
在進(jìn)行磨削外圓柱面的大尺寸砂輪的修整過(guò)程中還發(fā)現，增加修整速比和進(jìn)給深度引起的砂輪由微觀(guān)裂紋轉變?yōu)楹暧^(guān)裂紋應引起特別的關(guān)注，這是因為大磨粒更可能具有以后成為裂紋起點(diǎn)的缺陷，當我們觀(guān)察大裂紋時(shí)也更容易分清兩種裂紋的不同之處。
通過(guò)其它的一些研究，我們認識到采用適合的修整速率以保證修整輪與CBN砂輪上的每一個(gè)磨粒的合適接觸的重要性。理想狀態(tài)是，一個(gè)磨粒只能被修整輪上的一粒金剛石修銳。如果每個(gè)磨粒的作用金剛石的數目不到一個(gè)，修整就會(huì )遺漏一些未被修銳的鈍磨粒。一般來(lái)說(shuō)，修整輪的旋轉使金剛石對每一磨粒的作用多于一次，即每一磨粒的有效修整多于一次。由于在磨粒的表面，第一次后的每一次修銳作用都是在微進(jìn)給的情況下進(jìn)行的。進(jìn)給速度導致的多重修銳作用產(chǎn)生了一個(gè)相對不鋒利的表面。通過(guò)多年對砂輪修銳作用的研究，我們重新修改了修整裝置的設計。我們發(fā)現，獲得良好的修整效果和對于給定的砂輪轉速和CBN磨粒尺寸進(jìn)一步計算出適當的修整轉速還是相對容易的。
我們仔細地研究了修整和使用后的陶瓷結合劑CBN砂輪的表面，發(fā)現修整使得砂輪表面層CBN磨粒和陶瓷結合劑的密度低于砂輪其它部分。陶瓷結合劑普通砂輪同樣會(huì )出現這樣的表面層，它被稱(chēng)為表面變質(zhì)層。這種表面層可從幾微米到30微米深，隨著(zhù)砂輪的使用，變質(zhì)層的深度會(huì )繼續加大，在砂輪表面的作用會(huì )繼續加強。
砂輪使用后的修整能夠消除使用中日益變深和更具危害的表面變質(zhì)層。由于陶瓷結合劑普通砂輪的修整進(jìn)給深度遠大于陶瓷結合劑CBN砂輪， 陶瓷結合劑普通砂輪的修整情況更是如此，修整進(jìn)給深度確保修除了幾乎所有的磨削變質(zhì)層，產(chǎn)生了一個(gè)僅由修整參數決定的磨粒和結合劑組成的新的表面層。但當陶瓷結合劑CBN砂輪修整時(shí)，修整進(jìn)給深度可能遠小于變質(zhì)層，這深刻地影響了修整后的砂輪性能。
要完全修復CBN砂輪，用戶(hù)必須有較大進(jìn)給深度的修整器。我們還發(fā)現，修整分四次共進(jìn)給2微米與一次修整2微米相比，宏觀(guān)裂紋最小，且修整消除了變質(zhì)層。
3、磨粒的脫落階段
通過(guò)對CBN和結合劑性質(zhì)的研究，制造商能夠對修整過(guò)程重新定義。但即使根據以上理論將修整過(guò)程最佳化，砂輪也需要經(jīng)過(guò)修整時(shí)結合不牢的磨粒和殘余結合劑的脫落階段。
砂輪修整和使用以及磨削變質(zhì)層直接決定了修整后磨削力下降的程度。一般新砂輪磨削力的下降比已使用幾個(gè)修整周期的砂輪快。
最初的脫落期后，磨削表面質(zhì)量逐漸提高，磨削力趨于穩定，磨損速度趨緩，磨削變質(zhì)層逐漸加深，砂輪在磨削中磨掉了結合劑而變得更加鋒利。最后，砂輪結合劑太少，砂輪開(kāi)始快速磨損。這時(shí)，磨損使砂輪直徑減小，砂輪與磨削工件不再接觸，磨削力迅速下降。
4、確保修整器與砂輪的精確接觸
CBN砂輪制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)了新技術(shù)用以滿(mǎn)足修整中關(guān)于每步進(jìn)給修整量、總進(jìn)給修整量、修整速率和橫向修整速度等的技術(shù)要求。這些措施由接觸傳感器和適應控制來(lái)實(shí)現。
修整外圓柱面磨削砂輪時(shí)，制造商設計出了一個(gè)能夠實(shí)現較淺的修整砂輪的系統。外圓磨削系統相對剛性較好，磨削力的變化一般不會(huì )降低工件的質(zhì)量。用戶(hù)要確保砂輪表面不要太光滑，以免燒傷工件，所以可以修得粗一些。要獲得具有滿(mǎn)意特性的砂輪，用戶(hù)應選擇只產(chǎn)生小的微觀(guān)裂紋和保持砂輪表面CBN磨粒密度高的修整參數。
根據以上理論，我們采用泰利萊B64型CBN砂輪，意大利金飛（GAMFIER）電主軸，泰利萊金剛石杯形修整器，3MZ203全自動(dòng)內圓磨床，磨削滾動(dòng)軸承內圈6203/02，結果每磨削200件，修整砂輪2μm，磨削工件尺寸分散4μm，橢圓2μm，錐度2μm，表面粗糙度Ra值0.2μm，磨削比提高了70倍。保持這些參數最困難的是機床在修整中的熱傳遞。修整過(guò)程中，機床溫度的變化導致修整器與砂輪間的位置偏移甚至比修整量還大，檢測和補償這些誤差，用戶(hù)需要一些精確測定修整器和砂輪相對位置的方法。
現在大多采用在修整器與砂輪確切接觸時(shí)探測修整器與砂輪的相對位置。有些采取檢測磨削功率或磨削力的方法來(lái)探測是否接觸。使用壓電效應或應變儀檢測磨削力的方法廣泛應用于內圓磨削。有一種新方法采用一套壓電元件探測磨削力并轉化成修整器的進(jìn)給運動(dòng)。
另一種方法采用聲發(fā)射原理，AE傳感器是外圓柱面磨削最有效、最簡(jiǎn)單的方法。AE傳感器工作在50-600K的頻率范圍內，拾取修整器金剛石修整 CBN磨粒的聲音信號，大多數裝置能夠精確拾取給定砂輪速度和磨粒尺寸砂輪的聲音頻率。
固定傳感器等硬件的位置對傳感器的精度有很大的影響。如果AE傳感器未能可靠的固定在機床上，主軸軸承的噪聲就會(huì )屏蔽聲音信號。如果傳感器裝在修整器主軸殼體上，信號經(jīng)過(guò)軸承后也會(huì )減弱。用戶(hù)可用模擬信號儀估計信噪比，大多數AE系統都能提供拾取信號的圖形，在這些圖形上，修整器修整砂輪的信號表示為在低的背景噪聲信號上的脈沖峰值。
我們測試了安裝在CNC凸輪磨床上的AE聲發(fā)射系統，這種磨床配備了高頻回轉式修整器，金剛石修整輪和陶瓷結合劑CBN砂輪。修整前機床曾磨削較窄的零件并在砂輪表面的中部留下了磨損帶。
首次修整，每循環(huán)進(jìn)給2.5μm,砂輪全長(cháng)共修整50μm，當傳感器探測到較大的幅值時(shí)，最后的一次修整循環(huán)就只進(jìn)給1μm。修整器剛接觸砂輪時(shí)，傳感器在砂輪兩端探測到兩個(gè)高點(diǎn)，這種情況持續了三個(gè)循環(huán)，然后修整器與整個(gè)砂輪表面接觸，傳感器探測到1μm進(jìn)給深度的信號。通過(guò)實(shí)驗，傳感器系統在這種磨床上可以不受主軸軸承噪聲的影響探測到 0.25μm 進(jìn)給深度的信號。
然而研究發(fā)現，一次進(jìn)給修整和數次進(jìn)給修整同樣進(jìn)給量的修整結果存在差異，一般是1～2μm，粗磨粒外圓磨削修整進(jìn)給量是8～10μm，這個(gè)差異不足以嚴重影響砂輪的性能，減小每次修整進(jìn)給量會(huì )縮小這個(gè)差異，但這實(shí)際上會(huì )增加修整循環(huán)時(shí)間。
另一種能夠消除軸承噪聲的AE檢測方法正在開(kāi)發(fā)。這種方法由獨立的探針接觸砂輪來(lái)獲取聲信號確定砂輪的位置，砂輪修整到所需的量時(shí)，探針再次接觸砂輪校準探針與修整器的位置，并補償修整器的磨損。由于探針與修整器緊密接觸，機床的熱傳導不會(huì )影響它們的相對位置，但探針磨損將引起1～2μm的誤差，這個(gè)方法的另一弊端在于系統不能分析全部砂輪的信號，因為探針只接觸砂輪的一個(gè)位置，同時(shí)接觸過(guò)程必須干噪以免冷卻液錯誤信號的干擾。相對來(lái)說(shuō)這些都是次要的問(wèn)題，同修整進(jìn)給量控制方法一樣，探針控制法已在全世界成功使用了。
5、CBN砂輪內圓磨削的挑戰
陶瓷結合劑CBN砂輪內圓磨削要求一種全新的修整條件?，F代內圓磨床具有超精密的進(jìn)給精度，修整時(shí)間通常遠比外圓磨床短，這是因為磨削的工件一般較小，磨削周期較短。所以砂輪磨削一定量的工件后修整時(shí)，內圓磨削修整所用時(shí)間就應比外圓磨削短。一般修整時(shí)間短到機床的熱傳導不足以影響砂輪和修整器的相對位置，實(shí)際上，在穩定的操作條件下，內圓磨床可保證1μm的總修整進(jìn)給量，內圓磨床一般較穩定，只有高精度的系統才使用傳感器精確保證超高精度的公差。
CBN砂輪內圓磨削的最大問(wèn)題是修整時(shí)磨削力的變化引起的變形，內圓磨削的砂輪接桿本來(lái)就很弱，磨削力的任何變化都會(huì )引起接桿的變形，這些又將影響工件的尺寸、錐度和圓度。很多情況下，有些措施可使這個(gè)問(wèn)題最小化，其中之一是重新設計砂輪接桿，通過(guò)減小長(cháng)度、增大直徑、采用高剛性材料如鉬鋼或亞碳化鈦合金，圖3所示。
網(wǎng)友推薦
- 湖南興大非標磨具專(zhuān)屬定制——CBN砂...
- 2017年中國品質(zhì)最好的砂輪...
- 湖南專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)CBN砂輪的公司——湖南...
- 磨削燒傷原因解析...
- 興大精英游張家界...
- 湖南興大CBN(立方氮化硼)磨具結合劑...
- 立方氮化硼磨軸承平面CBN金屬砂輪最...
- 砂輪質(zhì)量問(wèn)題會(huì )帶來(lái)哪些危害...
- 湖南興大成功參展2016第九屆中國數控...
- 粗磨、拋光組合砂輪同臺設備“加工...
今日話(huà)題
-
打磨不銹鋼用什么砂輪我們在打磨不銹鋼材的時(shí)候需要用到...
-
金剛石砂輪具有哪些特征及用途由于現在金剛石砂輪工具應用廣泛，...
-
砂輪日常常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法歸納1、砂輪的線(xiàn)速度過(guò)大 問(wèn)題：砂輪軸...
-
那山、那水、那時(shí)光——興大精英貴州之旅為了增強公司員工的團隊意識，讓員...
-
岳麓山“團隊致勝”爬山活動(dòng)報道秋高氣爽，正是登高遠足的好季節。...
-
興大公司參加在青島舉行的第21屆國際機床展覽會(huì )2018年8月2日至8月6日，興大公司參加...
-
興大公司參展第十屆中國數控機床展覽會(huì )2018年4月9日，由中國機床工具工業(yè)協(xié)...
-
湖南興大參加第十九屆DMP東莞國際模具、金屬加2017年11月28日至12月1日，湖南興大受...
-
興大精英游張家界11月是金色的豐收的季節，也是公司...
-
湖南興大參展2017第十五屆中國數控機床展覽會(huì )2017年4月17日至4月22日湖南興大公司在...
