砂轮修整技术的研究及运用

砂轮修整技术的研究及运用

吴煜程

（无锡机床股份有限公司214000）

摘要：砂轮修整器的修整质量是影响无心磨床加工精度的一个主要因素，本文针对当前无心磨床的砂轮修整问题，详细例举了四种修整方法，并进行了对比分析，分别概述了其优缺点及运用条件。

关键词：砂轮修整；单点修整；金刚滚轮成形修整

随着机床行业不断发展，砂轮修整方式呈现出多元化趋势。无锡机床股份有限公司作为国内同行业中的主导企业，多年来一直从事无心磨削成形与修整的研究。砂轮修整是无心磨床的关键点之一，选择合适的修整方式，对机床加工精度起着重要作用。砂轮修整与成形状态，不仅能决定最终成品的精度，而且对机床性能有着重大影响。本文就结合我司几个磨削实例，介绍无心磨床砂轮成形的几种修整方法。

1.仿形板修整

仿形板靠模修整技术，可以分为整体仿形板和拼接式仿形板修整两种。

型面较为简易的阶梯轴类工件,只要被磨削轴径的砂轮端面处相邻两轴径过渡区斜率不大于tg45°的工件，运用整体仿形板的仿形修整技术就能满足磨削要求。如图1所示：

图1

图中:D为工件大轴径、d（d1、d2）为工件小轴径

h（h1、h2）为相邻两轴径的半径差

b（b1、b2）为相邻两轴径的沉割槽宽

取砂轮磨削面超越工件被磨削表面的距离为0.5mm,则在仿形板爬坡角为45°情况下，沉割槽的最小宽度应为b=h+1。

但如若需要加工型面较为复杂且各型面之间轴径差较小的零件，整体仿形板技术工艺难度大，制造成本高。仿形板形面精度难以保证，容易产生仿行运动误差，并将其反馈至砂轮形面，最终将误差体现于工件，影响磨削精度。为了弥补这一缺陷，我们可将仿形板做成分段拼接式，各段的高低位置分别可以调整，并采用整体预调好后安装到修整器上。我司为纺织机械行业提供的纺织锭杆专用无心磨床M11150/1便采用了此结构。作为类似零件的典型代表，纺织锭杆特点较为显见，工件型面复杂，台阶多且相邻台阶差小，如果使用整体仿形板，得不到很好的工艺性能；而采用拼接式仿形板座，加工性能良好，人员操作简单快捷。通过调整控制零件各个台阶衔接，以获得最理想的零件型面效果。图2所示：仿形板由A、B、C、D、E五种拼接层叠而成。仿形面相邻台阶之间变化较多，拼接式仿形板能较好地保证工艺性能良好。

仿形板修整的优点在于砂轮修整后形状精度较一致，它不受修整进刀精度影响，其缺点是机床频繁更换加工品种时，需要更换对应的仿形板，设备加工换型能力较差，且修整爬坡角度有一定的局限性。

2.单点两轴数控插补修整

单点两轴数控插补修整技术能取代仿形板修整方式，且在改变砂轮形面尺寸上有无可比拟的优点。其不但能修整出复杂的成形面砂轮，而且在不更改硬件设施条件下，只要改变软件程序，就获得所需的不同砂轮形面，大大提高了机床换型能力。控制金刚石笔轴线与成形砂轮轮廓之间的夹角在一定角度范围内，可以消除金刚笔与砂轮轮廓可能发生的干涉现象，从而摆脱采用仿形板修整技术修整爬坡角度限制的束缚。因而两轴数控插补修整是中高端无心磨床标志之一，机床人工智能化的发展方向。

图2

由于砂轮形面的一致性要求较高，且径向坐标上的误差会成倍反映在工件的直径上，因而对两坐标位移精度提出了很高的要求。特别是对具有连续曲面形状的工件，如圆锥滚子滚动表面的对数曲线凸度形状，要求控制两轴联动插补精度在0.5um以内，进给分辨率能在0.25um以内，这就对砂轮修整器进给与往复的运动系统及承载导轨等结构提出了较高的要求，主要有三点：

（1）两坐标的进给系统必须削除间隙，并有适当预紧，能满足进给精度0.5um要求；

（2）结合进给系统动、静态特性的分析，保证导轨的高刚性及运动时的高灵敏度；

（3）两轴通过位置检测装置，如光栅尺实现闭环控制，保证修整运动轨迹的精确性及稳定性。

图3

机床系统方面需要采用先进的CNC数控系统，动态监测并控制两轴运动轨迹。系统中，两轴数控插补修整运动的基准点设置是直接影响着运动轨迹正确与否的主要因素。这个基准点就是修整器在两个坐标方向的原点，有机械原点和电气原点之分，机械原点一般指修整器原始位置时的停留点，电气原点指数控的数码零点，原点正确与否将直接影响修整形状和位置的准确性。机械原点通常由行程开关控制，按控制需求，电气原点可以浮动，籍由数控系统和光栅尺可对修整的坐标位置进行闭环控制。

3.金刚滚轮成形切入修整

金刚滚轮成形切入修整与单点修整相比，效率更高，形面精度稳定性好，加工精度一致性好，修整操作简单便捷，对操作工人技术水平的依赖程度较低，特别是复杂型面修整能力较强。但是这种修整方式要求滚轮主轴的回转精度较高，以保证修整形状的准确性。液压连杆是这种修整技术应用的典型代表。液压连杆既有圆柱面、锥面，又有圆弧面，且工件较短，采用金刚滚轮修整，对砂轮形面一次成型，可大幅减少修整时间，提高磨削效率，同时能获得更好的磨削精度。如图3所示：

4.金刚滚轮两轴数控插补修整

将单点两轴数控插补修整和金刚滚轮成形切入修整两种修整方式相结合，就形成了金刚滚轮两轴联动数控插补修整技术。在单点两轴数控插补修整方式基础上，采用薄片金刚滚轮取代金刚石笔。金刚石笔在较长的线性修整过程中，容易产生修整磨损，加剧修整误差，而金刚滚轮的耐磨性很好地避免了这一困扰，降低了砂轮修整误差，减少了设备调整时间，提高了设备有效利用率。这种修整技术要求运动轨迹精准性与稳定性的同时，还需保证滚轮主轴的高回转精度；并且滚轮电机的振动降低了修整器整体稳定性，所以需选择低振动性的电机来减少这一影响。由此可见，使用这种修整技术成本较高，多应用于高端无心磨床。相较于其劣势，它的优势更为明显，因此这种技术得到众多国内外企业青睐。我司供给德国马勒公司的机床M11200A,就运用了该项技术。如图4所示：

图4

5.结语

我们应当根据工件磨削需求，选择合适的修整手法，将效率和精度达到最优化。目前无心磨床行业中，仿形板修整、两坐标数控插补修整和金刚滚轮成形切入修整这三种方法使用较为频繁。近年来，随着机械行业高速发展，金刚滚轮两轴数控插补修整技术的应用趋势日益明显，具有十分重要的前景，是未来高端数控无心磨床的发展方向。

参考文献

[1]王玉昆《无心磨削原理》机械工业出版社1979

[2]李伯民、赵波等《实用磨削技术》机械工业出版社1996

[3]宋静《新型的砂轮修整方法》磨床与磨削1995

[4]张自强、闫秋生、陈少波、郑志丹《新型砂轮修整器结构及其装配误差影响分析》金刚石与磨料磨具工程2004