金属基金刚石砂轮不同磨削参数对磨削质量影响的试验分析

李连鹏等

摘 要：电火花修整法是利用金属基砂轮和工具电极之间产生脉冲火花放电的电腐蚀现象来蚀除砂轮的金属结合剂，达到整形和修锐目的。目前，航空精密机械研究所已经研制出Nanosys-300非球曲面加工机床，但是非球曲面机床的成形砂轮修整装置还没有得到很好的解决，为保证成形砂轮修整质量，磨削出高精度的非球曲面，文章利用修整后的成形砂轮和非球面加工机床进行磨削试验，在试验中研究分析机床运动参数对磨削质量的影响并寻求磨削AlNiCo材料的工艺参数。

关键词：电火花修整法；研究分析；金属基砂轮

1 试验设备介绍

由于非球曲面加工机床是非球曲面磨削加工的关键环节之一，下面对试验中所用的非球曲面加工机床主要结构加以介绍。

Nanosys-300非球曲面加工机床结构如图1所示，机床采用卧式结构、T形布局。主轴箱为可移动的整体部件，采用X、Z向运动分离的结构，即横向运动（X向）由主轴箱来完成；纵向运动（Z向）由磨削主轴来完成，磨削主轴的高度（Y向）可以通过手轮来调节。机床主要由空气主轴系统、X-Z伺服进给系统、微位移测量系统和非球曲面磨削系统组成。

1.床身；2.X向静压导轨；3.主轴箱；4.主轴电机；5.X轴柔性联轴节；6.X轴伺服电机；7.气浮主轴；8.真空吸盘；9.工件；10.磨削系统；11.Z向静压导轨；12.Z向柔性联轴节；13 Z向伺服电机

2 修整后的成形砂轮非球曲面磨削实验

由磨削理论可知，磨削非球曲面零件的面形精度依赖于机床精度；磨削的表面质量取决于工件材料、切削条件、砂轮种类、磨粒粒度、砂轮的修整质量。由于所用的非球曲面机床精度很高，能够保证加工零件的面形精度，但要磨削出高质量的表面，则需要一个比较合理的切削工艺参数及修整效果好的砂轮来保证。在本次试验中通过改变机床的切削条件，用表面粗糙度检测仪检测出的表面粗糙度Ra来衡量磨削表面质量，分析磨削参数对磨削AlNiCo材料表面质量的影响，确定非球曲面磨削AlNiCo材料工艺参数。试验数据见表1。

通过分析以上数据可以发现，随着砂轮转速的提高，磨削表面质量不断的提高，这是由于砂轮轴转速提高，砂轮和工件表面的相对线速度不断增大，在单位时间内，通过磨削区的磨粒增加，在进给量相同的条件下，每颗磨粒的切削厚度变薄，表面粗糙度减小，磨削表面质量提高。但是砂轮轴的转速不能无限制的增大，在试验中发现当砂轮轴转速达5300rpm时，砂轮轴发出噪声，出现共振现象。此外，当转速超过4000rpm时，砂轮轴将出现发热现象，影响砂轮轴的回转精度。故在本次试验中得出砂轮轴的转速为3500rpm时磨削表面质量较好。

此外，由于在主轴回转时工件上各点的线速度随着半径的增加而变大，由于砂轮磨削线速度是砂轮表面线速度和工件表面线速度的矢量和，为了在磨削工件过程中实现恒定的磨削线速度，砂轮轴的转速不要过高，但也不要太低，以免出现主轴转速过低，在工件表面出现振纹，综合比较得出主轴转速为200rpm时比较合适。

因为进给深度直接影响磨削表面质量，进给深度大，磨削效率高，但当进给深度超过砂轮磨粒粒度的一半时，容易出现砂轮堵塞现象，由于砂轮磨削深度和磨粒有关，考虑到磨粒有一部分需由基体把持固定，得到磨削过程中每个磨粒的磨削深度不超过粒径的三分之一；进给深度小，磨削表面质量高，磨削效率下降。综合分析得出，在磨削初期，每次进给量为3μm，以提高磨削效率；随着磨削的不断进行，不断的减小磨削深度进行精磨，以提高磨削表面质量；另外，为了使单位时间内参与切削的磨粒增多，在试验中采用低的进给速度，使砂轮平稳的磨削工件。

经过以上分析，可以得出当采用W10的金刚石砂轮磨削AlNiCo材料时，在保证磨削质量前提下，得到了一组提高磨削效率的比较适合的磨削工艺参数，见表2。

为了验证如上分析的正确性，按照此工艺参数进行了磨削试验，得到了表面粗糙度为Ra0.0396μm的光滑非球曲面的试验检测结果如图1所示；通过磨削试验，验证了磨削参数对磨削质量影响分析的准确性。

3 结束语

（1）随着砂轮转速的提高，磨削表面质量不断的提高；（2）进给深度小，磨削表面质量高，磨削效率下降；（3）利用电火花修整后的成形砂轮和非球曲面加工机床对AlNiCo材料进行非球曲面磨削试验。在实验中通过检测在不同机床运动参数条件下加工出来的工件表面粗糙度，得到当砂轮轴转速为3500 r/min、主轴转速为200 r/min、进给速度为10 mm/min时磨削回转抛物面AlNiCo材料可以得到比较高的磨削质量。

参考文献

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