CBN磨条超精密磨削的理论分析和应用

CBN磨条超精密磨削的理论分析和应用

陈剑飞崔江红李峰

（中原工学院机电学院 ,河南郑州 450007）

摘要：本文从理论上分析了超精密磨削原理，影响超精密磨削的因素。采用了先进的CBN磨条，并与普通的棕刚玉磨具进行了磨削力、磨削温度和金属表面变质层对比试验，设计了梳棉机罗拉超精密磨床。使用情况表明，磨床运动系统正常，结构紧凑，外观美丽，夹具定位精确快速，罗拉槽表面粗糙度降低为Ra0.01μm，生产效率提高了25倍以上，使产品上了档次，增强了国际竞争力。

关键词：超精密磨削立方氮化硼磨条梳棉机罗拉磨条特性

中图分类号：文献标识码:

CBN Slipstone Super-accurate Grinding Theoretical Analysis and

Application

J.F.Chen, J.H.Cui，F.Li

(Mechanical and Electrical Institute, Zhongyuan University of Technology, Henan, Zhengzhou 450007,

China)

Abstract: The article analyzed super-accurate grinding principle and impact facts, used advanced CBN slipstone, made contrast testing between ordinary CBN abrasive corundum about grinding force,grinding temperature and metal surface metamorphic layer, designed carding laura slot super-accurate grinding machine. Grinding michine system was normal and structural was compact; appearance was beautiful and the positioning fi×ture is accurate. The use results showed that the laura surface roughness has been reduced to Ra0.01μm, the productivity has been increased more than 25 times. This increases the product quality and enhances international competitiveness. Keyward：super-accurate grinding,CBN,carding laura,slipstone characteristics

1 前言

超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，而且还影响机械产品的精度和表面质量，影响产品的国际竞争力[1]。例如，陀螺仪现在是采用超精密加工方法进行，它的精度直接影响着导

弹的命中精度；大规模集成电路的制造，使用了超精密磨削加工，它的加工工艺水平决定了集成电路的

线宽和元件数，直接影响着微电子技术和计算机技术发展。世界各国都非常重视发展超精密加工技术，

其是现代制造业的前沿，也是明天制造业技术发展的基础。

本文从理论上分析了超精密磨削原理、提出了影响超精密磨削的因素，采用了先进的立方氮化硼（CBN）磨条（油石），并与普通的棕刚玉磨具进行了对比试验。

梳棉机罗拉如图1所示。其是梳棉机的重要零件，属于大批量生产，罗拉槽φ35h8表面直接与纱线

接触，绝对不能损伤纤维，粗糙度要求越低越好，是产品的核心竞争力。

运用超精密磨削理论，成功地设计制造了罗拉槽超精密磨削设备，在某纺织机械股份有限公司使用，粗糙度达到Ra0.01μm，使产品提高了档次，大大提高产品出口能力，采用了先进的CBN磨条，生

产效率提高了25倍以上，超精密磨削在纺织机械加工中应用是一项创新的工作。

图1 梳棉机罗拉

2 罗拉表面超精密磨床设计

2.1 超精密磨削的特点

超精磨削是在良好的润滑和较低的压力条件下，用细粒度磨条（油石）以快而短促的往复振动频率，对低速转动的工件进行光整加工，它是用以降低工件表面粗糙度的简单而高生产率的方法。要实现超精磨削加工应具备三种运动，如图2所示。工件的低速回转运动1、磨条轴向进给运动2和磨条高速往复振摆运动3。这种方法和砂轮磨削加工相比有如下特点[2]：

（1）磨条磨粒的运动轨迹随振动频率的增大而变的密集交叉成网状，且磨条能自动地由切削状态转入到类似精抛至自动停止切削[2]。

（2）一般磨削表面产生易磨损的变质层和尖峰，而超精磨削则将此变质层去除掉，故能显著提高使用寿命。

图2 超精磨削运动

2．2 罗拉表面超精密磨床设计

罗拉表面超精密磨床工作原理如图3所示。

图3 罗拉超精密磨床工作原理图

由电动机1通过皮带轮2、减速器3和三爪卡盘4实现工件的回转运动，三爪卡盘内装有实现零件快速装卸的弹性夹头。

机械式超精头振荡装置由一微型电机6通过联轴器带动偏心轴7高速回转运动，从而实现磨条8的余弦振摆运动，振幅为1mm ，振荡频率无级可调为0～1000次/分。

步进电机10通过丝杠螺母9带动机械超精头沿着机床导轨移动，从而实现磨床的轴向往复运动。 3 影响超精磨质量和生产率的因素

3．1 切削角β

如图4所示，磨条振动和工件旋转所组成运动轨迹为一余弦曲线，图中o 为偏心轴回转中心，OA 为偏心距e ，则油石的振幅A = 2e ，振动频率为f ，则油石的振动速度V 与工件回转速度V W 之间的夹角叫切削角β。

图4 超精密磨削运动轨迹

W w w w w V.cos φπ.A.f.cosφ A.f.cosφtg β=

==V π.d .n d .n

式中， A —超精头磨条振幅A = 2e ；

e —偏心轴的偏心距，mm ；

f —超精密磨条振动频率，次/min

n w — 偏心轴的转速，r/min

d w — 工件的直径 ，mm

φ—偏心轴转过的角度 ，度。

当φ=0°时，得：

-1-1m a x w w w w A .f

A .f β=t g (.c o s φ)=t g ()=β

d .n d .n 当φ=180°时，得：

-1min w w A.f

β=-tg ()=βd .n

可见β角始终在最大值与最小值间变化，即磨削力的方向时刻都在急剧改变，磨粒也容易破碎和脱落，新的磨刃不断产生而自砺。

一般β角的选取，预加工时，磨削作用强烈，β角拟取大一些，一般取30 ~ 45°，终加工时磨削作用微弱则取β为10 ~ 20°。