作者：Christina Schmitt, Sven Klein, Dirk Bähre
　　摘要：衍磨通常是精密零件生產(chǎn)工藝的最終步驟，對(duì)工件形狀、測(cè)量和表面質(zhì)量等有著較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)公差也要求盡量減小。高質(zhì)量衍磨工藝的關(guān)鍵是工藝的控制技術(shù)。加工過程中振動(dòng)分析技術(shù)是提高改善衍磨工藝的一種新方法。有研究者將振動(dòng)分析應(yīng)用在磨削工藝控制中并取得研究成果。本論文建立了衍磨工藝過程中振動(dòng)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置并得出結(jié)論。
　　關(guān)鍵詞：精密加工,衍磨,振動(dòng)分析,工藝監(jiān)控
　　1、衍磨工藝
　　在未來，生產(chǎn)工程學(xué)將面臨持續(xù)優(yōu)化的生產(chǎn)精度挑戰(zhàn)和生產(chǎn)工程學(xué)領(lǐng)域的科研進(jìn)步挑戰(zhàn)。研磨加工作為光滑精確工件表面制備的一種精加工工藝，會(huì)給生產(chǎn)工程做出重大貢獻(xiàn)；衍磨便是其中技術(shù)。衍磨工件的表面是一種成品型功能性表面，高精圓筒形衍磨孔的表面質(zhì)量可以達(dá)到不足1μm的尺寸和形狀精度；應(yīng)用在高壓噴射泵和液壓系統(tǒng)的閥滑孔。
　　孔衍磨工藝結(jié)合三種層疊加運(yùn)動(dòng)：沿刀具軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、沿刀具軸的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)和衍磨磨石的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。圖1中的工具為裝配了一個(gè)衍磨磨石和兩個(gè)導(dǎo)向石的單石衍磨頭。兩個(gè)導(dǎo)向石有鋪了一層磨料的鋼基構(gòu)成。導(dǎo)向磨石更精細(xì)，濃度更高；僅用于孔內(nèi)衍磨頭的導(dǎo)向，不用于材料去除。由于層疊加運(yùn)動(dòng)，衍磨磨石在工件表面留下了陰影狀圖形；這種形狀在工件相互摩擦移動(dòng)時(shí)可以保持工件表面的潤滑油，如汽缸-活塞。因此，最常見的應(yīng)用就是汽缸鏜衍磨。衍磨作為加工工藝的最后一步，其工藝控制對(duì)于工件需要達(dá)到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)量、形狀和表面等有著重要作用。進(jìn)給控制法是通過若干時(shí)間間隔利用斷續(xù)進(jìn)給使衍磨磨石向外進(jìn)給的一種工藝。

　　利用振動(dòng)測(cè)量實(shí)現(xiàn)工藝控制對(duì)于其他加工工藝比較成功，因此，也可用于衍磨工藝。和車削、銑削相比，衍磨過程中加工區(qū)很難深入觀察研究，沒有太多數(shù)據(jù)信息可提供。因此，為更好的表征衍磨工藝并獲得一個(gè)更詳細(xì)的整體加工性能，可以利用振動(dòng)信號(hào)分析來改善加工精度和工藝穩(wěn)定性。本研究分析了實(shí)驗(yàn)裝置并探討了快速傅里葉變換（FFT）對(duì)實(shí)現(xiàn)信號(hào)分析的可能性。以上為初步研究；下一步將把測(cè)得信號(hào)和工藝輸出相關(guān)聯(lián)，特別是材料去除和質(zhì)量。
　　2、基于聲發(fā)射分析的工藝控制
　　研究者已經(jīng)證明利用振動(dòng)測(cè)量技術(shù)可以成功實(shí)現(xiàn)工藝控制在生產(chǎn)工程學(xué)領(lǐng)域其他加工工藝方面的應(yīng)用；在外圓磨削和鉆削工藝中也有應(yīng)用。外圓磨削和鉆削兩種工藝都具有可以轉(zhuǎn)化為衍磨工藝的性能。以下部分將解釋其主要觀點(diǎn)和工藝的轉(zhuǎn)化。
　　和衍磨工藝一樣，外圓磨削是一種切削刃幾何形狀未定義的加工工藝；其目的在于監(jiān)控工藝動(dòng)態(tài)和加工振動(dòng)的補(bǔ)償以便控制鈍化和磨削工具上粘結(jié)劑和磨料的破碎。這種磨損會(huì)產(chǎn)生過分摩擦、加工載荷和工件的熱損傷，并導(dǎo)致工件形狀精度的不準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)裝置包括對(duì)磨削工具修整工藝的監(jiān)控。由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶有精確定位的力檢測(cè)器難以到達(dá)觀測(cè)位置，因此，結(jié)構(gòu)傳感器更適宜磨削應(yīng)用。
　　振動(dòng)分析的另一個(gè)應(yīng)用是鉆削工藝。不同于衍磨，鉆削是一種切削刃形狀明確定義的加工工藝。在鉆削和衍磨加工中，加工區(qū)難以觀測(cè)研究，只能得到間接結(jié)論。比如，鉆削加工中的振動(dòng)會(huì)影響孔的形狀精度和表面質(zhì)量以及工具壽命。據(jù)此可知，振動(dòng)測(cè)量技術(shù)可以幫助理解影響孔質(zhì)量的一些因素。
　　3、實(shí)驗(yàn)裝置 

　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。衍磨機(jī)為垂直單軸衍磨機(jī)，裝配了一根衍磨軸、一個(gè)測(cè)量衍磨工件直徑的氣動(dòng)測(cè)量設(shè)備和一個(gè)去毛刺設(shè)備。衍磨頭裝配了一個(gè)衍磨磨石和兩個(gè)導(dǎo)向磨石；所用磨石為金屬結(jié)合劑金剛石磨料。實(shí)驗(yàn)采用8152A型號(hào)的Piezotron聲發(fā)射傳感器和5125Al型號(hào)的Piezotron耦合器來進(jìn)行測(cè)量。該傳感器尺寸小、靈敏性高、魯棒性好、頻率范圍廣。耦合器用于傳感器和信號(hào)處理的電源供應(yīng)。利用Genesis 2i高速數(shù)據(jù)記錄儀記錄測(cè)得的信號(hào)。在接近衍磨工藝的四個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)量以求得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。四個(gè)位置包括衍磨軸（對(duì)比圖2-位置1）、工件固定裝置的頂部（位置2）、工件固定裝置側(cè)面（位置3）和機(jī)床工作臺(tái)（位置4）。每個(gè)位置的測(cè)量都用螺絲把傳感器固定著。

　　3.1 衍磨工藝
　　衍磨工藝參數(shù)如表1所示。工件材料為未硬化鋼16MnCr5。初始直徑為7.98mm，需衍磨為8.00mm。使用Kadiol 180潤滑劑。一些工件需要進(jìn)行進(jìn)給控制衍磨和力控制衍磨，參數(shù)如表1所示。松弛時(shí)間是工藝最后旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)仍然進(jìn)行但衍磨塊不再進(jìn)給。