利用滾輪修整復(fù)雜截面超硬磨料砂輪的方法、裝置及機(jī)床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及精密磨削技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種利用滾輪修整復(fù)雜截面超 硬磨料砂輪的方法、裝置及機(jī)床。
【背景技術(shù)】
[0002] 超硬磨料砂輪主要包括金剛石砂輪和CBN砂輪(立方氮化硼砂輪）。金剛石砂輪作 為超硬磨料砂輪，適于磨削硬、脆、有色金屬和硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷、寶石等高硬度、高 脆性的非金屬材料。由于航空航天和電子等行業(yè)的迅速發(fā)展，使用金剛石砂輪等超硬磨料 砂輪磨削硬脆材料已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的技術(shù)，得到極大地重視。
[0003] CBN砂輪近年來在汽車等行業(yè)中黑色金屬的高效精密磨削中大量使用。由于超硬 磨料砂輪的廣泛使用，其修整技術(shù)已成為一個(gè)重要的技術(shù)領(lǐng)域。
[0004] 在汽車、電子和光學(xué)等行業(yè)中需要大量的圓柱面、球面、非球面等曲面加工，并且 對(duì)形狀精度和表面質(zhì)量的要求越來越高。因此，各種難加工材料的精密成形磨削（具有圓弧 截面的溝槽）、球面和非球面等曲面的精密磨削成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，而超硬磨料砂輪的曲線 截面輪廓精密修整方法是該技術(shù)的核心內(nèi)容之一。
[0005]目前，通常采用兩類方法對(duì)超硬磨料砂輪的曲線截面進(jìn)行修整。
[0006] 第一類方法是采用固定形狀的修整工具，如單點(diǎn)金剛石筆、碳化硅或不銹鋼修整 塊等。將修整工具固定在工作臺(tái)上的，應(yīng)用兩軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)控插補(bǔ)軌跡將超硬磨料砂輪 截面輪廓修整成為某種特定的曲線。
[0007] 第二類方法是采用與被修整砂輪截面形狀相匹配的金剛石修整輪對(duì)砂輪截面輪 廓直接進(jìn)行成形修整，將修整輪形狀直接復(fù)寫到砂輪輪廓上。
[0008] 采用以上第一類修整方法進(jìn)行超硬磨料砂輪的修整時(shí)，修整力大，修整效率低，容 易在砂輪外圓周輪廓形成周期性振紋，導(dǎo)致磨削加工中在工件表面形成振紋。且修整工具 磨損快，影響修整砂輪的截面輪廓精度，不易實(shí)現(xiàn)高精度輪廓的修整。
[0009] 采用第二種修整方法，需要根據(jù)不用的砂輪截面形狀定制不同的修整輪，修整輪 的制造復(fù)雜、成本高。修整過程中修整輪與砂輪為線接觸，修整力大，適合用于普通磨料砂 輪的修整或陶瓷結(jié)合劑超硬磨料砂輪的修整，不適合大部分超硬磨料砂輪的修整。
[0010]因此，如何設(shè)計(jì)一種全新的裝置與方法，來解決上述問題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所面 對(duì)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用滾輪修整復(fù)雜截面超 硬磨料砂輪的方法。本發(fā)明通過滾輪與超硬磨料砂輪的相對(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床行程 范圍內(nèi)的任意半徑的超硬磨料砂輪截面進(jìn)行精密修整，無需根據(jù)砂輪截面形狀特殊進(jìn)行定 制金剛石修整滾輪或單獨(dú)購置砂輪成形加工機(jī)床。
[0012] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0013] -種利用滾輪修整復(fù)雜截面超硬磨料砂輪的方法，主要步驟如下：
[0014] A、將超硬磨料砂輪安裝在機(jī)床主軸上；
[0015] B、將滾輪修整機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，該滾輪修整機(jī)構(gòu)具有滾輪及驅(qū)動(dòng)該滾輪 轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)；
[0016] C、通過超硬磨料砂輪與滾輪的相對(duì)位置移動(dòng)，完成超硬磨料砂輪與滾輪的對(duì)刀， 進(jìn)而確定X軸、Y軸和Z軸的零點(diǎn)；
[0017] D、啟動(dòng)機(jī)床及滾輪修整機(jī)構(gòu)，令超硬磨料砂輪與滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0018] E、令超硬磨料砂輪與滾輪在三軸方向上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并使二者進(jìn)行磨削，完成復(fù) 雜截面的超硬磨料砂輪的修整。
[0019] 上述方法中，優(yōu)選的是，所述步驟C中，按照Z軸、Y軸和X軸的先后順序進(jìn)行對(duì)刀。
[0020] 上述方法中，優(yōu)選的是，Z軸的對(duì)刀流程為：
[0021] 測(cè)量出超硬磨料砂輪的厚度B與滾輪半徑R1，再使超硬磨料砂輪側(cè)面接觸滾輪側(cè) 面，記下剛接觸時(shí)的Z軸坐標(biāo)，減去(B+Ri/2)，即為Z軸的零點(diǎn)。
[0022] 上述方法中，優(yōu)選的是，Y軸的對(duì)刀流程為：
[0023] 使超硬磨料砂輪與滾輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)到Z軸零點(diǎn)位置，超硬磨料砂輪向Y軸負(fù)方向進(jìn) 給，當(dāng)超硬磨料砂輪最低點(diǎn)與滾輪最高點(diǎn)相接觸時(shí)，即為Y軸零點(diǎn)。
[0024] 上述方法中，優(yōu)選的是，X軸的對(duì)刀流程為：
[0025] 使超硬磨料砂輪與滾輪保持在ZY零點(diǎn)位置，超硬磨料砂輪向X軸負(fù)方向進(jìn)給，當(dāng)超 硬磨料砂輪最低點(diǎn)與滾輪X軸負(fù)方向端面最高點(diǎn)離開時(shí)，即為X方向零點(diǎn)。
[0026] 上述方法中，優(yōu)選的是，所述滾輪修整機(jī)構(gòu)包括基座，基座上安裝有電機(jī)，電機(jī)通 聯(lián)軸器和驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027] 上述方法中，優(yōu)選的是，所述滾輪為鉬、鉭、鈮、不銹鋼、碳化硅或氧化鋁滾輪。
[0028]上述方法中，優(yōu)選的是，所述機(jī)床為三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床或至少具有三個(gè)聯(lián)動(dòng)軸的機(jī)床。
[0029] -種實(shí)現(xiàn)利用滾輪修整復(fù)雜截面超硬磨料砂輪的方法的裝置，該裝置包括：
[0030] 底座；
[0031]所述底座上設(shè)有Y軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)；
[0032] 所述Y軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)X軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)在Y方向運(yùn)動(dòng)；
[0033] 所述X軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)在X方向運(yùn)動(dòng)；
[0034] 所述X軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)上設(shè)有基座，基座上安裝有電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)滾輪旋轉(zhuǎn)；
[0035] 其中，所述滾輪在電機(jī)的帶動(dòng)下通過X軸、Y軸和Z軸三軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)超硬磨料砂輪 的修整。
[0036] 上述的裝置中，任一軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)均包括一基板，基板上安裝有電機(jī)，電機(jī)通過絲 杠副與滑軌副帶動(dòng)另一進(jìn)給機(jī)構(gòu)的基板沿自身絲杠副中絲杠的軸線方向運(yùn)動(dòng)。
[0037] -種機(jī)床，該機(jī)床上安裝有上述的裝置。
[0038]本發(fā)明的有益效果是：
[0039] (1)可以根據(jù)砂輪截面形狀確定修整軌跡，完成具有圓形和非圓高次曲線截面形 狀的超硬磨料砂輪的修整。
[0040] (2)滾輪與被修整砂輪為點(diǎn)接觸，修整力小。增加了砂輪相對(duì)于滾輪軸向的運(yùn)動(dòng)， 滾輪磨損小，磨損均勻。
[0041] (3)調(diào)用宏程序來使每次修整路線為等距平行軌跡，從原理上消除因滾輪半徑磨 損導(dǎo)致的砂輪修整后輪廓精度降低，進(jìn)而完成復(fù)雜截面的超硬磨料砂輪的超精密修整。
[0042] (4)利用機(jī)床自身的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)修整的自動(dòng)化，操作簡(jiǎn)便，對(duì)操作人員技術(shù)水平 要求低。
[0043] (5)砂輪的修形和修銳可一次完成。
[0044] (6)適于產(chǎn)品的對(duì)象或規(guī)格經(jīng)常變化的精密機(jī)械加工或模具加工企業(yè)，適于單件 小批量生產(chǎn)，可大大縮短加工企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品的響應(yīng)時(shí)間，并極大地降低砂輪修整工具的購 置成本，具有廣泛的市場(chǎng)推廣前景。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明中修整裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明中任一軸的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0047] 圖3是圖2中A-A向剖視圖；
[0048] 圖4為本發(fā)明中滾輪修整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0049] 圖5為【具體實(shí)施方式】中修整圓弧截面超硬磨料砂輪空間螺旋曲線軌跡路線示意 圖；
[0050] 圖6為【具體實(shí)施方式】中修整圓弧截面超硬磨料砂輪YZ平面超硬磨料砂輪與滾輪相 對(duì)運(yùn)動(dòng)圓弧軌跡半徑示意圖；
[0051] 圖7為【具體實(shí)施方式】中修整圓弧截面超硬磨料砂輪超硬磨料砂輪與滾輪Z軸方向 相對(duì)位置確定方法示意圖；
[0052] 圖8為【具體實(shí)施方式】中修整圓弧截面超硬磨料砂輪超硬磨料砂輪與滾輪Y軸方向 相對(duì)位置確定方法示意圖；
[0053] 圖9【具體實(shí)施方式】中修整圓弧截面超硬磨料砂輪為超硬磨料砂輪與滾輪X軸方向 相對(duì)位置確定方法示意圖；
[0054]圖10為試驗(yàn)例中修整后砂輪圓弧截面與理想輪廓分布示意圖；
[0055] 圖11為試驗(yàn)例中砂輪圓弧形輪廓形狀偏差在砂輪軸向坐標(biāo)上的分布示意圖；
[0056] 圖12為試驗(yàn)例中修整后的金剛石砂輪的圓周跳動(dòng)誤差圖；
[0057]圖13為【具體實(shí)施方式】中修整后的金剛石砂輪表面微觀形貌圖；
[0058] 其中：
[0059] 11、底座，12、X軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，13、Y軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，14、Z軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，15、滾輪修整機(jī)構(gòu)， 16、PLC控制系統(tǒng)；
[0060] 21、電機(jī)，22、絲杠副，23、基板，24、滑軌副，25、聯(lián)軸器，26、軸承支撐結(jié)構(gòu)，27、PLC 控制線；
[0061 ] 31、基座，32、電機(jī)，33、聯(lián)軸器，35和36均為軸承支撐結(jié)構(gòu)，37冷卻孔，38、PLC控制 線；
[0062] 41、超硬磨料砂輪，42、滾輪，43、螺旋插補(bǔ)空間軌跡路線；
[0063] 53、圓弧軌跡路線；
[0064]圖10中：實(shí)線代表理想輪廓線，點(diǎn)代表實(shí)測(cè)輪廓點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0066] 實(shí)施例1: 一種利用滾輪修整復(fù)雜截面超硬磨料砂輪的方法，本方法特別適用于圓 弧截面的超硬磨料砂輪，其主要步驟如下：
[0067] A、將超硬磨料砂輪41安裝在能夠三軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床主軸上；
[0068] B、將滾輪修整機(jī)構(gòu)15安裝在機(jī)床工作臺(tái)上；
[0069] C、按照Z軸、Y軸和X軸的先后順序，通過超硬磨料砂輪41與滾輪42的相對(duì)位置移 動(dòng)，完成超硬磨料砂輪41與滾輪42的對(duì)刀，進(jìn)而確定Z軸、Y軸和X軸的零點(diǎn)；
[0070] D、設(shè)定機(jī)床主軸和滾輪旋轉(zhuǎn)速度，令超硬磨料砂輪41和滾輪42轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0071] E、通過變曲率半徑螺旋插補(bǔ)宏程序，令超硬磨料砂輪41相對(duì)于滾輪42進(jìn)行三軸運(yùn) 動(dòng)，并使超硬磨料砂輪41相對(duì)于滾輪42進(jìn)行磨削，完整超硬磨料砂輪41的修整。
[0072]參考圖7所示，Z軸的對(duì)刀流程為:利用精密測(cè)量?jī)x器(如千分尺)測(cè)量出超硬磨料 砂輪41的厚度B與滾輪42的半徑R1，再使超硬磨料砂輪41的側(cè)面接觸滾輪42的側(cè)面，記下剛 接觸時(shí)的Z軸坐標(biāo)，減去(B+Ri/2)，即為Z軸的零點(diǎn)。
[0073] 參考圖8所示，Y軸的對(duì)刀流程為:使超硬磨料砂輪41與滾輪42相對(duì)運(yùn)動(dòng)到Z軸零點(diǎn) 位置，超硬磨料砂輪41向Y軸負(fù)方向進(jìn)給，當(dāng)超硬磨料砂輪41最低點(diǎn)與滾輪42最高點(diǎn)相