电火花机械磨削修整粗粒度成形砂轮试验研究

粗粒度金属基金刚石砂轮磨削效率高,面形精度保持性好,可以满足各种成形零件的精密加工,但存在因修整困难而难以推广的问题。针对该问题,提出采用电火花机械磨削法修整粗粒度金刚石砂轮。探究了放电参数对修整效率及刀具损耗量的影响规律,并以修整效率为优化目标选取粗修整试验放电参数,以修整精度为优化目标选取精修整试验放电参数。设计了半径为3 mm的凹圆弧、凸圆弧砂轮修整试验,粗修整后凹圆弧、凸圆弧半径分别为2867.510μm、2919.254μm,尺寸误差分别为4.43%、2.69%,轮廓精度PV值为54.34μm;精修整后凹圆弧、凸圆弧半径分别为3005.107μm、3001.588μm,尺寸误差分别为0.17%、0.053%,轮廓精度PV值为17.28μm。最后,磨削碳化硅陶瓷试件,获得凹圆弧、凸圆弧半径的尺寸误差分别为0.24%、0.045%,工件表面粗糙度Ra可达0.463μm。     

小直径金属基球头金刚石砂轮电火花修整技术

针对深凹非球曲面器件及半球谐振子超精密磨削中使用的小直径金属基球头金刚石砂轮,提出一种基于电火花修整原理的精密修整方法.从理论上分析机械误差及修整参数对砂轮修整后面形精度的影响,基于理论分析结果研制金刚石球头砂轮电火花修整装置.通过正交试验研究修整参数对砂轮面形精度的影响规律,得到最优电火花修整参数.试验结果表明,修整后的砂轮面形精度优于0.8 μm,磨粒突出效果良好,可以满足半球谐振子及其他光学零件超精密磨削中砂轮修整需要.     

圆弧形金刚石砂轮的数控对磨成形修整试验

针对圆弧形金刚石砂轮精密修整的操作困难和装置复杂的问题,提出一种新的数控对磨成形修整方法.在该成形修整中,金刚石砂轮被驱动沿着圆弧插补运动轨迹与GC磨石对磨,逐渐形成砂轮的圆弧形轮廓,用于超硬材料的曲面磨削.在建立砂轮圆弧形轮廓的数控修整模式的基础上,分析定位误差与修整形状偏差的关系.此外,建立修整精度和修整率的评价指标,进行正交试验,研究修整工艺参数,即砂轮转速、行走速率和进给深度,对修整精度和修整率的影响.对该数控修整模式分析表明,在该数控对磨成形修整中不同半径的砂轮圆弧形轮廓能够被修整成形,可用于不同曲率的曲面磨削.同时,当定位误差在0.1 mm以内时,最大的修整形状偏差不超过5μm/10 mm.成形修整试验结果显示,影响修整精度和修整率的主要修整工艺参数分别为砂轮转速和行走速率.增加砂轮转速可以同时改善修整精度和修整率;增加行走速率会提高修整率,但会降低修整精度.此外,采用适宜的修整工艺,目标形状误差和目标修整率可以分别达到25.1μm/8mm和7.31x10-3mm3/mm3,分别提高修整精度2～3倍和修整率约7倍.     

垂直式超硬砂轮圆弧修整器设计与砂轮修整

针对圆弧形超硬砂轮修整难度大、修整精度低的问题,对树脂结合剂圆弧形金刚石砂轮进行了精密修整研究。设计制造了一种垂直式超硬砂轮圆弧修整器,通过修整试验研究了不同粒度的圆弧形砂轮在修整前后表面粗糙度、弧形精度、圆度、表面形貌的变化情况。砂轮修整前后对氮化硅陶瓷轴承套圈沟道进行了磨削,并测量了磨削后的轴承套圈沟形精度。研究结果表明：相比修整前,修整后砂轮表面粗糙度平均值由1.731 8 μm减小至0.772 4 μm,减小了55.4%;弧形精度平均值由33.604 7 μm减小至8.527 6 μm,减小了74.6%,修整后4个砂轮的弧形精度更加稳定,且随着砂轮粒度的减小,弧形精度略有减小趋势;砂轮圆度平均值由43.721 μm减小至18.002 μm,减小了58.8%,修整使大量新的磨粒露出。所设计的垂直式超硬砂轮圆弧形修整器可对圆弧砂轮进行精密修整,可改善圆弧形砂轮的弧形精度及圆度,修整后砂轮磨削的轴承套圈沟形精度得到了大幅提高。     

电镀金刚石砂轮高效精密修整及熔融石英磨削试验研究

大尺寸光学玻璃元件主要采用细磨粒金刚石砂轮进行精密/超精密磨削加工,但存在砂轮修整频繁、工件表面面形精度难以保证、加工效率低等缺点。采用大磨粒金刚石砂轮进行加工则具有磨削比大、工件面形精度高等优点,然而高效精密的修整是其实现精密磨削的关键技术。采用Cr12钢对电镀金刚石砂轮(磨粒粒径151 μm)进行粗修整,借助修整区域聚集的热量加快金刚石的磨损,可使砂轮的回转误差快速降至10 μm以内。结合在线电解修锐技术,采用杯形金刚石修整滚轮对粗修整后的电镀砂轮进行精修整,砂轮的回转误差可达6 μm以内,轴向梯度误差由6 μm降至2.5 μm。通过对修整前后的金刚石砂轮表面磨损形貌成像及其拉曼光谱曲线分析了修整的机理。对应于不同的砂轮修整阶段进行熔融石英光学玻璃磨削试验,结果表明,砂轮回转误差较大时,工件材料表面以脆性断裂去除为主;随着砂轮回转误差和轴向梯度误差的减小,工件表面材料以塑性去除为主,磨削表面粗糙度为Ra19.6 nm,亚表层损伤深度低至2 μm。可见,经过精密修整的大磨粒电镀金刚石砂轮可以实现对光学玻璃的精密磨削。     

树脂基圆弧金刚石砂轮的在位精密成形修整技术

针对球面、非球面及自由曲面超精密磨削加工用树脂基圆弧形金刚石砂轮难以精密修整的问题,提出基于旋转绿碳化硅(GC)磨棒的在位精密成形修整技术。在分析GC磨棒和圆弧砂轮几何关系的基础上,确定修整过程中圆弧插补轨迹的补偿方法及GC磨棒运动轨迹的设计方案。采用KEYENCE激光测微仪采集砂轮圆弧特征点,表征圆弧砂轮的修整状况。研究不同粒度的GC磨棒、进给深度和圆弧插补速度对圆弧金刚石砂轮修整率和修整精度的影响规律。研究结果表明,该修整方法可根据加工曲率半径要求实现不同圆弧半径砂轮的精密在位修整,修整后可自动消除砂轮垂直方向的位置偏差;采用400#和800#的GC磨棒对D3和D7砂轮均有较高的修整率(0.7~6.7);与400#和1500#的GC磨棒相比,800#GC磨棒更适合粒度为D3和D7圆弧金刚石砂轮的精密修整;相比圆弧插补速度,进给深度对砂轮的圆弧半径尺寸误差和形状误差影响更大,进给深度越小,圆弧半径尺寸误差和形状误差越小;修整后两种砂轮的圆弧半径误差均可控制在5%以内,D3砂轮的形状误差可控制在3μm/4 mm以内,D7金刚石砂轮可控制在6μm/4 mm以内,修整后比修整前形状误差提高14倍左右。     

金属结合剂金刚石成型砂轮电火花修整方法研究

对金属结合剂金刚石砂轮的凹圆弧成型电火花修整方法进行深入研究,掌握了金属结合剂金刚石成型砂轮的电火花修整工艺,并对砂轮加工电极的材料及形状、最小火花间隙、最大加工参数作了深入分析,确定条形电极为高精度砂轮加工的最佳方式。选定铜钨合金作为金属结合剂金刚石砂轮加工的最佳电极材料,通过研究得到金刚石砂轮的电火花加工工艺参数,成功加工出复杂轮廓金刚石成型砂轮,并用其磨削出高质量的刀具。     

电火花修整金刚石微粉砂轮的磨削特性

地于金属结合剂金刚石微粉砂轮来说，电火花修整法是一种高效的修整方法，本文讨论了电火花后青铜结合剂金刚石微粉砂轮磨削工程陶瓷的磨削力、磨削工件表面粗糙度特性，并同常规磨削法修整进行了比较。     

小直径青铜结合剂微粉砂轮的电火花精密修整实验研究

青铜结合剂微粉金刚石砂轮常用于脆硬材料的超精密磨削加工,但其修整十分困难;采用内冲式弧面铜钨电极对W10青铜结合剂微粉金刚石砂轮进行了电火花修整试验研究;搭建试验平台并设计三种不同弧度的内冲式电极,采用超景深三维显微镜、精密粗糙度仪、CCD激光位移传感器以及扫描电子显微镜,对修整后的砂轮进行了表面形貌检测、轮廓检测和磨削性能测试;检测结果表明60?弧面电极的内冲效果最好,修整砂轮表面磨粒突出明显,数量较多且密集度高,金刚石磨粒保存完好;砂轮圆跳动误差值最小,可达1.7?m、1.8?m、1.8?m;试验验证了采用60?弧面电极修整砂轮的磨削性能最好,加工的试件表面粗糙度可达Ra2.273 nm,已基本达到超精密镜面磨削的质量。     

圆弧金刚石砂轮三维几何形貌的在位检测和误差评价

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求,提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型,利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据;对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理,得到砂轮三维几何形貌。然后,根据非球面平行磨削加工特点,提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓,进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标,并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后,对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测,获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据:即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3mm,半径波动极差为0.16mm,中央±8mm环带内圆弧的圆度误差约为5μm,圆周跳动误差约为2μm,截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008mm。根据检测结果,进行了大口径复杂非球面磨削实验,得到的元件面形P-V值为4.62μm,RMS值优于0.7μm,满足工程的实际需求。     

IN SITU TRUING/DRESSING OF DIAMOND WHEEL FOR PRECISION GRINDING

An application for achieving on-machine truing/dressing and monitoring of diamond wheel is dealt with in dry grinding. A dry electrical discharge （ED） assisted truing and dressing method is adopted in preparation of diamond grinding wheels. Effective and precise truing/dressing of a diamond wheel is carried out on a CNC curve grinding machine by utilizing an ED assisted diamond dresser. The dressed wheel is monitored online by a CCD vision system. It detects the topography changes of a wheel surface. The wear condition is evaluated by analyzing the edge deviation of a wheel image. The benefits of the proposed methods are confirmed by the grinding experiments. The designed truing/dressing device has high material removal rate, low dresser wear, and hence guarantees a desired wheel surface. Real-time monitoring of the wheel profile facilitates determining the optimum dressing amount, dressing interval, and the compensation error.     

超硬磨料砂轮的激光修锐技术研究

激光修整超硬磨料砂轮的原理,利用Ｎｄ：ＹＡＧ固体脉冲激光器进行激光修锐青铜结合剂和树脂结合剂硬磨料砂轮的试验,用扫描电镜观察了激光修锐前后砂轮表面的微观表貌,对激光作用下砂轮表面不同结合剂材料的去除机理进行了分析,通过磨削陶瓷试验,研究激光修锐的金刚石砂轮的磨削性能,并与普通砂轮磨削肖修锐的金刚石砂轮进行对比。结果表明,采用试验所确定的激光参数可选择性地去除砂轮表面的结合剂材料,而不损伤超硬磨粒,     

全陶瓷球轴承套圈沟道精密磨削用砂轮修整试验

为提高金刚石圆弧砂轮外缘轮廓精度,减少全陶瓷球轴承套圈沟形误差,采用金刚石碟片对树脂基金刚石圆弧砂轮进行修整;对比修整前后砂轮的表面形貌及套圈沟形误差,验证砂轮的修整效果.修整后砂轮表面出现光泽,露出表面的金刚石磨粒明显增多,部分金刚石磨粒破碎,形成新切削刃或脱落,增大容屑空间;修整前沟形误差的平均值为5.823μm,...     

A novel technique for dressing metal-bonded diamond grinding wheel with abrasive waterjet and touch truing

The dressing of metal-bonded diamond grinding wheels is difficult despite their availabilities on hard and brittle materials. In this paper, a novel compound technology that combines abrasive waterjet (AWJ) and touch truing is proposed for dressing metal-bonded diamond grinding wheel precisely and efficiently. The dressing experiments of a coarse-grained and a fine-grained bronze-bonded diamond grinding wheel were carried out on a surface grinder with a developed AWJ system. The feasibility of this method was verified by analyzing the wheel runout, the truing forces, and the wheel surface topography. The variations of 3D surface roughness of wheel surface topography during the compound dressing process were quantitatively analyzed. The mechanism of AWJ and touch compound dressing is also discussed. Further, a reaction-bonded silicon carbide block was ground to validate the dressing quality. The experiment results indicate that the grinding wheels that were well dressed by the proposed technique leads to a smaller grinding force and a smaller surface roughness than that of undressed wheels.     

The laser dressing of resin-bonded CBN wheels by a Q-switched Nd: YAG laser

Resin-bonded cubic boron nitride (CBN) grinding wheels are widely used in industry due to their good grinding ability. There is, therefore, a need to find a good method suitable for the dressing of these wheels. This paper presents a new method dressed by an acoustic-optic Q-switched Nd: YAG laser based on thermal interaction, which is unlike the conventional mechanical dressing methods based on force interaction. The mechanism of the selective removal of the bond was analysed. Experiments of a single pulse ablation on the resin bond and the CBN grains, and the laser dressing of resin-bonded CBN wheels with different dressing parameters have been carried out. The grinding force has been compared for the conventional mechanical dressed wheel and the laser dressed wheel. It is shown that the resin-bonded CBN grinding wheel is suitable for an acoustic-optic Q-switched Nd: YAG laser dressing with radial irradiation, which is better than a continuous wave (CW) laser dressing with radial irradiation and conventional mechanical dressing methods.     

基于修整力的树脂结合剂金刚石砂轮机械修整

研究了树脂结合剂金刚石砂轮修整过程中修整力与修整效果的关系,基于修整力的变化表征了砂轮的表面形貌及磨削性能。首先,对碳化硼、碳化硅、白刚玉3种砂轮修整工具进行实验,并采集了修整过程中修整力的变化;然后,利用白光干涉仪观测修整后砂轮的表面形貌;最后,对修整后砂轮进行磨削验证实验,得到不同修整工具修整后砂轮的磨削性能。基于上述实验,分析并验证了修整力的变化与砂轮表面形貌和砂轮磨削性能的关系。结果表明,法向力Fn能够表征砂轮的磨粒切削刃密度以及磨粒突出高度;修整比率β反映了砂轮的锋锐程度,当β稳定时,砂轮达到充分修整。因此修整力反映了砂轮表面形貌和磨削性能,根据修整力的变化可以把握砂轮的修整进程。     

双圆弧砂轮偏心修整机构及牙形误差的研究

双圆弧砂轮偏心修整机构的设计是提高滚珠丝杠滚道精度的关键。采用导轨式，斜块式，凸轮式，螺钉式和转轴间隙式机构可实现偏心修整。金刚行修整砂轮误差使滚道在磨削地产生非圆牙形误差。     

基于气中放电辅助修整金刚石砂轮的试验研究

提出了一种新型的基于气中放电辅助金刚石砂轮在线修整法,它把气中火花放电修整法和金刚石笔机械修整法有机结合在一起,能实现光学曲线磨床上金刚石砂轮的高效、高精度、低成本和不得使用任何冷却液的在线修整。采用自制的试验装置在MK9025数控光学曲线磨床上对1A1／T2 200×6×32×4 MBD6 120／140 M75型号的砂轮进行了在线修整试验,得出了一些影响金刚笔磨损率的主要因素:火花放电时热源的能量分布状况、金刚石笔修整时的修整深度、进给量以及电源电压。相同工况下机械修整法和气中放电辅助修整法中金刚石笔的磨损率对比试验结果表明:气中放电辅助修整和机械修整有着不同的材料去除机理,它比一般机械修整更有利于提高金刚石砂轮的修整效率和降低金刚石笔的磨损量。磨削YG8硬质合金工件的试验表明,采用气中放电辅助法修整的金刚石砂轮和新的金刚石砂轮有着相近的磨削能力。