一種更換砂輪免對刀的內圓磨削方法
2020-7-9 來源：武漢--湖北大學計算機與信息工程學院 作者：陳濤 王輝輝 楊維明 張玲 胡東紅
摘要：內圓磨削過程中，砂輪的磨損是不可避免的，特別是對于對小孔徑內圓磨而言，砂輪外徑小，對工件磨削時，砂輪損耗較快，當砂輪的磨損到達一定程度，磨削工件質量以及效率會大大降低，所以需要修整砂輪，或者更換新砂輪，從而要重新對刀，設置砂輪修整原點和工件坐標原點 ，經過多次調整以后才能磨削出合格工件，可供使用。這個過程即費時間也費工件，為此我們提出了一種內圓磨削更換砂輪免對刀的方法，建立磨削起始位置和磨削終點位置與砂輪直徑關系，以及建立當前砂輪直徑與砂輪修整量關系，在更換新的砂輪后，直接調用砂輪修整程序，對砂輪進行若干次修整后，即可開始磨削加工工件。
關鍵詞：內圓磨 對刀 砂輪更換
內圓磨床作為一種精密磨削設備，廣泛應用于中小孔內圓磨削加工，由于砂輪轉速高，砂輪軸剛性比較差，容易產生彎曲形變與振動，導致砂輪工作表面磨粒會因不均勻磨損而失去正確的幾何形狀[1]。但在砂輪磨削工件過程中，砂輪磨損程度以及自身保持程度是十分重要的，為了保證內圓磨過程中的磨削質量，砂輪要保持良好的表面質量，就需要不斷的，均勻地修整砂輪，甚至是更換新的砂輪。由于砂輪尺寸的變化，砂輪和工件的相對位置也會發生變化，機床在重新進給前必須進行砂輪和工件之間位置調整[2]。在本文中，就是通過調整程序中新砂輪直徑參數，來調整砂輪磨削的起始和終點位置來對工件進行磨削。
同時在進行內圓磨削時，使用的砂輪存在砂輪切削性很快下降，加工狀態發生變動，磨粒在加工表面容易打滑，難以獲得足夠的砂輪線速度等不利條件，容易造成加工效率下降以及加工精度不穩定[3]，因此需要及時的修整砂輪以及更換新砂輪來保證加工質量和效率。可以通過統計每個砂輪加工工件的數量得到砂輪的實際壽命，研究表明:過長的修整間隔并不能提高砂輪的壽命及加工效率,反而會影響加工工件的質量。過長的修整間隔會使砂輪在磨削的過程中自身損耗大幅增加,所以過長的修整間隔反而會降低砂輪的使用壽命[4]。所以在砂輪磨削工件過程中，對加工工件數量進行統計，當磨削的工件達到指定數量時，調用砂輪修整程序對砂輪進行修整，或者對砂輪進行更換。
為了避免內圓磨床頻繁的砂輪更換帶來的重新對刀工件原點、重新對刀砂輪修整原點和重新試磨工件等繁瑣步驟，提出一種更換砂輪面對刀的內圓磨削方法，能夠有效地提高了加工效率。
1.更換砂輪免對刀方法簡介
該方法在更換新砂輪后，不需要對刀，直接調用砂輪修整程序，對砂輪進行若干次修整后，即可開始磨削加工工件。通過預先設置砂輪修磨工件個數，修磨完指定的個數工件后，可以自動調用砂輪修整程序對砂輪進行修整。若是更換新砂輪，直接修改砂輪直徑參數，調用砂輪修整程序進行若干次修整，即可開始磨削加工工件。
2.方法具體內容
2.1建立磨削起始位置和磨削終點位置與砂輪直徑關系
首先測量、計算并記錄新砂輪直徑D0和當前砂輪直徑D2，確定磨削起始位置和磨削終點位置的X軸坐標值。金剛筆和工件固定在工作臺上，砂輪固定在砂輪架床身上，砂輪能夠沿X軸方向上下移動，也可以沿Z軸方向左右移動，砂輪沿X軸靠近金剛筆為X軸負方向，砂輪沿Z軸靠近工件為Z軸正方向，將新砂輪安裝在砂輪夾頭上，手工操作數控機床，令金剛筆接近砂輪表面并留有安全間隙，記錄此時的機床X軸坐標位置X0；如圖1所示，1—工件，2—金剛筆，3—砂輪，4—砂輪夾頭。將新砂輪安裝在砂輪夾頭上，手工操作數控機床，令金剛筆接近砂輪表面并留有一定的安全間隙。
圖1 金剛筆接近砂輪表面存在安全間隙的狀態圖
手工操作數控機床，反復修整砂輪，直到金剛筆飽滿可靠地對砂輪進行完全的修整如圖2所示，記錄此時的機床X軸坐標位置X1，測量并記錄此時的砂輪直徑D1，記錄當前直徑D2=D1，由此，計算出新砂輪直徑D0，D0含安全間隙，D0為：
（1）
圖2金剛筆飽滿可靠地對砂輪進行完全修整的狀態圖
將標準工件，內徑尺寸為W1，安裝在工作臺上，手工操作數控機床，移動砂輪輕觸標準工件表面，記錄當前機床X軸坐標位置X2；如圖3所示。
圖3移動砂輪輕觸標準工件表面的狀態圖
將毛坯工件安裝在工作臺上，手工操作數控機床，移動砂輪到毛坯工件表面安全間隙處，記錄當前機床X軸坐標位置X3；如圖4所示。
圖4移動砂輪到毛坯工件表面安全間隙處的狀態圖
編制磨削加工程序P1。磨削起始位置X軸坐標值：
（2） 磨削終點位置X軸坐標值：
（3） 運行該程序，對毛坯工件進行試磨加工；測量磨削加工后的工件直徑，記為W2，根據實際磨削加工的尺寸與標準工件的尺寸W1的差，將公式（3）中磨削工件時的X軸終點坐標Xe調整為Xe’：
（4） 完成了磨削加工程序P1的設定和磨削尺寸調整，建立了磨削起始位置和磨削終點位置的X軸坐標值與當前砂輪直徑D2之間的關系；建立當前砂輪直徑與砂輪修整量關系，設定砂輪修整程序P2，并在砂輪修整完成后，將加工工件計數清零；設定內圓磨磨削加工主程序P3，使其能夠實現調用磨削加工程序P1，修改加剩余加工工件數N，剩余加工工件計數N為零，則調用砂輪修整程序P2；更換新砂輪后，不用對刀，人工將當前砂輪直徑D2修改為新砂輪直徑D0，然后直接調用砂輪修整程序P2若干次；然后，直接開始磨削加工工件。
2.2建立當前砂輪直徑與砂輪修整量關系
設置砂輪修整起始位置為機床X軸坐標
(5) 砂輪修整的終點位置為機床X軸坐標
(6) 其中為砂輪修整量；
設定砂輪修整程序P2，使其能夠實現：若當前砂輪直徑D2小于預先設定的砂輪最小直徑D3，則提示更換新砂輪；否則，令機床由砂輪修整起始位置X軸坐標開始，修整砂輪至砂輪修整終點位置X軸坐標；修改當前砂輪直徑
（7） 設置當前砂輪可加工工件數N=m，其中m代表每加工m個工件，修整一次砂輪；N代表剩余加工工件數，每加工一個工件，N的值減1，當N減到0，則自動調用砂輪修整程序P2。
2.3內圓磨削主程序設置及更換新砂輪設置
內圓磨削主程序P3中包括在裝上毛坯工件，調用磨削加工程序P1，提示操作人員取下加工好的工件，裝上毛坯工件；N=N-1；若N>0，直接調用磨削加工程序P1加工工件；否則，調用砂輪修整程序P2，然后再調用磨削加工程序P1。
若安裝新砂輪，則將當前砂輪直徑D2修改為新砂輪直徑D0，
（8） 多次調用砂輪修整程序P2，直到金剛筆飽滿地對砂輪進行修整；執行內圓磨加工主程序P3，對工件加工。
3.結語
（1）砂輪經過多次修整后，修磨效果和安全性會逐漸降低，需要合理的設置一個砂輪最小直徑。同時在需要設置合適的砂輪修整間隔，保證砂輪的磨削質量以及使用壽命。
（2）最開始測量砂輪直徑時，砂輪可能不圓導致無法準確測量出砂輪直徑，但是可以確定金剛筆修整后的砂輪直徑，從而反推出新砂輪直徑（包含安全間隙）。
（3）避免每次更換新砂輪后，修整新砂輪、重新對刀工件原點、重新對刀砂輪修整原點和重新試磨工件等繁瑣步驟，有效地提高了加工效率。
（4）更換新砂輪后，只需把當前砂輪直徑修改為新砂輪直徑，調用砂輪修整程序，對砂輪進行若干次修整，即可直接磨削加工工件，提高了加工效率。
參考文獻
[1]趙飛, 李煥鋒, 沙杰,等. 功率監控在精密內圓磨床砂輪修整系統中的應用[J]. 機械工程師, 2013, 000(001):8-10.
[2]周軍. 自動內圓磨床砂輪的修整和補償[J]. 磨床與磨削, 1997, 000(003):43-44.
[3]新谷裕之, 潘廣銀. 內圓磨削砂輪整形與修整[J]. 磨床技術, 1998, 000(002):32-36.
[4]陳衛東, 涂俊群. 壓縮機內圓磨CBN砂輪修整間隔對工件質量及砂輪壽命的影響[C]. 中國超硬材料技術發展論壇. 2015.
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