摘要：磨削加工性能受諸多因素的影響，其中修整工藝對其影響最大。在修整過程中，砂輪形態(tài)也由此形成，并直接影響磨削力、工件表面質(zhì)量和砂輪磨損等。本研究的目的在于為內(nèi)圓磨削加工工藝中的小型砂輪的應(yīng)用提出合適的修整方案。為此，本論文試驗(yàn)了三種不同的修整滾輪：電鍍滾輪、陶瓷結(jié)合劑成形滾輪、杯形修整器；和四種不同的砂輪：兩個(gè)CBN砂輪和兩個(gè)剛玉砂輪。表面粗糙度和磨削力的研究分析證實(shí)了內(nèi)圓磨削加工中施密特圖的有效性。和順修整相比，反轉(zhuǎn)修整能夠加工出更好的工件表面粗糙度；這是由于砂輪表面形態(tài)較好從而使得磨削力更大的緣故。實(shí)驗(yàn)還對CBN砂輪的磨損率進(jìn)行了研究分析，但材料去除量達(dá)到9700mm3/mm時(shí)，仍未觀察記錄到任何磨損數(shù)據(jù)。
       關(guān)鍵詞：內(nèi)圓磨削; 施密特圖;修整
1 引言
       磨削是零部件制造過程中高精度高質(zhì)量工件表面加工的精磨工藝。砂輪表面形態(tài)帶來的砂輪整備和砂輪修整都影響著磨削工藝的效率。通過修整，磨削工藝在磨削力、砂輪磨損和工件表面粗糙度等方面得以控制。
       R. Schmitt和H. Scheidemann對修整參數(shù)和砂輪形態(tài)之間的基本關(guān)系進(jìn)行了描述，如圖一所示。圖一展示了修整速比qd和徑向修整進(jìn)給frd對砂輪表面形態(tài)的影響。實(shí)際表面光潔度Rts值為砂輪表面峰值和谷值的最大差值；Rts值越大，砂輪表面就越粗糙。

圖一：Schmitt圖展示了修整速比和徑向修整進(jìn)給對砂輪表面粗糙度的影響

       本論文討論研究了內(nèi)圓磨削加工中修整參數(shù)對磨削輸出（磨削力、工件表面粗糙度和砂輪磨損）的影響。內(nèi)圓磨削的運(yùn)動學(xué)在中心間距上和外圓磨削工藝是相同的，因此，本研究利用推導(dǎo)出的金屬去除率公式，將其應(yīng)用到內(nèi)圓磨削加工中。但在內(nèi)圓磨削中，砂輪和工件的接觸弧明顯比外圓磨削加工中的接觸弧大，從而使得切屑去除和冷卻液的有效供給變得困難。此外，在進(jìn)行深孔小直徑的磨削時(shí)，帶支架主軸很容易發(fā)生變形。為降低過度變形，縮小精度、形狀偏差，可以適當(dāng)延長無火花磨削的時(shí)間。圖2為內(nèi)圓磨削過程中不同的相。

圖2：內(nèi)圓磨削加工中不同的相

       本論文旨在通過內(nèi)圓磨削加工，以小型砂輪為例來研究修整滾輪和修整參數(shù)對工件的表面粗糙度和磨削力的影響。
2 實(shí)驗(yàn)方法
       本實(shí)驗(yàn)利用陶瓷結(jié)合劑修整滾輪和電鍍結(jié)合劑修整滾輪對砂輪進(jìn)行修整。在修整參數(shù)中，修整器最大橫向進(jìn)給速率尤為重要。通過砂輪形態(tài)分析和適當(dāng)?shù)哪ハ鲗?shí)驗(yàn)，對修整結(jié)果進(jìn)行核實(shí)。
3 實(shí)驗(yàn)步驟
       實(shí)驗(yàn)所用磨床為HG204CNC外圓磨床；工件材料為脆硬鋼100Cr6 （1.3505），硬度60HRC。四個(gè)陶瓷結(jié)合劑砂輪，兩個(gè)CBN砂輪和兩個(gè)剛玉砂輪（表一），規(guī)格30×20×12。

表一：砂輪規(guī)格

利用結(jié)合劑不同的兩個(gè)金剛石修整滾輪進(jìn)行修整加工，修整工具規(guī)格如表二所示。

表二：利用兩種不同的金剛石滾輪對砂輪進(jìn)行修整

       利用四個(gè)旋轉(zhuǎn)的分量測力儀對工件表面進(jìn)行測力。用粗糙度儀和輪廓儀對工件表面粗糙度和表面形態(tài)進(jìn)行測量；該儀器還對砂輪徑向磨損進(jìn)行測量。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
       加工參數(shù)如下：
       修整速度限定：qd＝±0.4；±0.6；±0.8
       修整深度：CBN砂輪的aed=3×2μm；剛玉砂輪aed=3×5μm。
       切入磨削法
       磨削速度qs＝30-45
       材料去除率Q`W＝max.15mm3/mm•s。
       通過初步試驗(yàn)，選擇以下參數(shù)用于修整工藝，使成形精度、磨削震顫和機(jī)器振動達(dá)到最佳加工工藝。
       切割速度：Vc＝60m/s
       速比：qs＝33.7
       材料去除率：Q`W＝10mm3/mm•s
       無火花磨削時(shí)間：2s
4.1 修整速比的影響
       由于修整速比的變化對砂輪形態(tài)影響甚大，通過對修整速比的改變可以控制磨削力和工件表面粗糙度。圖3-6為實(shí)驗(yàn)條件、磨削力和工件表面粗糙度。以下圖表還可以看到施密特圖的輪廓，其中表面粗糙度由工件測得。和預(yù)期的一樣，磨削力和工件粗糙度呈反比關(guān)系，磨削表面越光滑，磨削力就越大。
       如圖3、4所示，施密特圖在使用CBN砂輪進(jìn)行內(nèi)圓磨削加工時(shí)是有效的，適用于兩種CBN磨粒粒度和電鍍修整滾輪以及陶瓷修整滾輪的修整。反轉(zhuǎn)修整會產(chǎn)生更好的工件表面和更高的磨削力。這是由于更多的金剛石磨粒和砂輪磨粒發(fā)生接觸從而產(chǎn)生較好的砂輪表面形態(tài)所致。有效磨粒從而增加，致使表面粗糙度更好，磨削力更大。

圖3：修整小型（30mm）B91 CBN砂輪時(shí)修整速比qd對工件表面粗糙度和磨削力的影響。

圖4：修整小型（30mm）B64 CBN砂輪時(shí)修整速比qd對工件表面粗糙度和磨削力的影響。

       圖5、6展示了使用剛玉砂輪進(jìn)行加工時(shí)，修整速比是如何影響磨削參數(shù)的。這些圖表證實(shí)了兩種不同磨粒和修整條件下施密特圖對剛玉砂輪的有效性。實(shí)驗(yàn)采用了180μm粒度（F80）和80μm粒度（F150）的剛玉砂輪。和預(yù)期的一樣，使用F150砂輪時(shí)會產(chǎn)生更好的表面粗糙度。

圖5：修整小型（30mm）F80砂輪時(shí)修整速比qd對工件表面粗糙度和磨削力的影響。

圖6：修整小型（30mm）F150砂輪時(shí)修整速比qd對工件表面粗糙度和磨削力的影響。

4.2 陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪的磨損研究
       按照圖3所示參數(shù)，對砂輪進(jìn)行修整。只使用一半的砂輪寬度進(jìn)行磨削加工，因此砂輪表面有階梯狀形成。一段時(shí)間之后，對該階梯狀磨痕進(jìn)行測量，作為砂輪的徑向磨損指標(biāo)。盡管實(shí)驗(yàn)采用了高分辨率測量系統(tǒng)和輪廓測量儀以及顯微鏡觀察技術(shù)，但去除量達(dá)到V`W＝9700mm3/mm之后就很難再測量到磨損值。因此，徑向磨損低于1微米的實(shí)驗(yàn)數(shù)值則忽略不急。顯微鏡下只觀察到砂輪的邊緣磨損。
5 結(jié)論
       小型CBN砂輪和小型剛玉砂輪的修整、內(nèi)圓磨削實(shí)驗(yàn)證明了施密特圖對于小直徑砂輪的有效性。施密特圖在反轉(zhuǎn)修整和順修整兩種模型中都有效。
       陶瓷CBN砂輪在經(jīng)過長時(shí)間實(shí)驗(yàn)加工后，徑向磨損測量值可以看出，去除量達(dá)到9700mm3/mm之后，砂輪磨損就忽略不計(jì)。
使用小型陶瓷結(jié)合劑砂輪時(shí)，砂輪修整后建議在加工初期進(jìn)行修銳或相對較低的進(jìn)給速率。（編譯：中國超硬材料網(wǎng)）