阅读说明：本技术 基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法 (Force feedback self-adjusting feeding-based precision dressing method for superhard abrasive grinding wheel ) 是由 王也 崔仲鸣 冯常财 张杨 庄召鹏 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法,包括以下步骤：1)预设修整力范围、修整进给速度和退刀速度；2)启动金刚石修整滚轮；3)金刚石修整滚轮以预设的修整进给速度沿修整轨迹进给；4)获取实时修整力；修整力低于下限时,进给；修整力高于上限时,退刀,使修整力处于范围之内并暂停进给,直到低于下限,再开始进给；当修整力处于范围之内时,金刚石修整滚轮暂停进给,直到修整力低于下限；5)金刚石修整滚轮按照步骤3—4)的方式进给,直到结束。该方法解决了目前采用金刚石修整滚轮修整超硬磨料砂轮时,由于超硬磨粒过硬导致修整过程出现修整力过大引起修整精度降低和修整砂轮表面相貌破碎的不利情况。(The invention provides a force feedback self-adjusting feeding-based precision dressing method for a superhard abrasive grinding wheel, which comprises the following steps of: 1) presetting a trimming force range, a trimming feeding speed and a tool retracting speed; 2) starting a diamond dressing roller; 3) feeding the diamond trimming roller along the trimming track at a preset trimming feeding speed; 4) acquiring real-time trimming force; feeding when the dressing force is lower than the lower limit; when the dressing force is higher than the upper limit, retracting the cutter to enable the dressing force to be within the range and suspending feeding until the dressing force is lower than the lower limit, and then starting feeding; when the dressing force is within the range, the diamond dressing roller suspends feeding until the dressing force is lower than the lower limit; 5) and feeding the diamond trimming roller according to the mode of the steps 3-4) until the end. The method solves the problems that when the superhard abrasive grinding wheel is dressed by the diamond dressing roller, dressing precision is reduced and the appearance of the surface of the dressing grinding wheel is broken due to overlarge dressing force in the dressing process caused by the overhigh superhard abrasive particles.)

基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法

技术领域

本发明涉及一种超硬磨料砂轮修整技术，具体的说，涉及了一种基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法。

背景技术

磨削加工属于精密加工，在精密的机械零件的制造中具有重要的意义和广泛的应用，是获得高质量零件的主要方法。其中，磨削砂轮使用前为获得轮廓精度，对于加工面进行修整是重要的一个环节，目前，金刚石滚轮修整方法是最有效、应用广泛的先进的修整方法之一。

常用的金刚石滚轮修整方法有两个类别，一种是成形滚轮修整成形砂轮，即将金刚石滚轮制成与需要的砂轮型面凹凸相反的各种复杂成形面，一种是数控成形修整技术，即利用数控装置编制程序控制金刚石滚轮运动轨迹将砂轮修整出所需要的成形表面。

对于采用金刚石和CBN（立方氮化硼）超硬磨料制备出的超硬磨料砂轮虽然具有化学稳定性高、耐磨性高、使用寿命长等优良特点，但同时超硬磨料砂轮的高硬度、高耐磨性和高致密性也会带来修整难度大的问题。

金刚石滚轮修整属于旋转型金刚石修整工具，修整砂轮时滚轮周边形面的所有金刚石都参与修整，修整工作是由滚轮圆周上多颗金刚石共同承担的，所以，滚轮修整法与传统的单点金刚石修整法相比，具有修整能力强和耐磨损的优点，适合于修整难修整的超硬磨料砂轮，目前已经成功应用于修整陶瓷类结合剂超硬磨料砂轮，并已经得到广泛应用，但是修整方法仍有待提高。

金刚石滚轮对超硬磨料砂轮进给修整，目前传统方法是恒速进给，由于进给速度恒定，和超硬磨料砂轮表面坚硬致密的磨粒碰撞，会出现瞬时修整去除量小于实际进给量的情况，引起局部的修整力激增，从而导致滚轮和砂轮接触面压力过大，出现系统严重变形、修整工具型面磨损严重、砂轮表面磨粒破损严重、磨削刃锋利度下降等问题，不仅使修整效率下降并且影响修整精度。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种保持系统稳定、保护修整滚轮和砂轮型面精度、破坏性小的基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法，包括以下步骤：

1）预设修整力的上限和下限，预设金刚石修整滚轮的修整进给速度和退刀速度；

2）金刚石修整滚轮和被修砂轮按各自的工作速度旋转，起始位置调整至修整轨迹的初始端；

3）金刚石修整滚轮以预设的修整进给速度沿修整轨迹进给修整砂轮；

4）修整过程中，当实时修整力低于预设的修整力范围下限时，金刚石修整滚轮按照预设的修整进给速度进给；当反馈的实时修整力高于修整力下限，则停止进给；这时修整力变化有两种情况，一种是修整力下降重新降低到修整力下限以下，这时进给再次启动；另一种情况时修整力由于砂轮堵塞继续增加，当实时修整力高于预设的修整力范围上限时，金刚石修整滚轮以预设的速度退刀，使实时修整力处于预设的修整力范围之内；直到实时修整力低于预设的修整力范围下限，金刚石修整滚轮继续按照预设的修整进给速度进给；

5）金刚石修整滚轮按照步骤3-4的方式进给，直到走完预设的修整轨迹后，退刀回到初始位置，完成超硬磨料砂轮的精密修整；

步骤4）中，通过安装在进给装置上的力传感器获取金刚石修整滚轮受到的实时修整力。

基上所述，步骤1）中，预设修整力范围的上限值，以系统、金刚石修整滚轮和超硬磨料砂轮的安全为准，预设修整力范围的下限值，以能够修整砂轮表面和修整工艺要求为准。

基上所述，所述超硬磨料砂轮和所述修整滚轮的旋转方向为同向。

基上所述，步骤3）中， 金刚石修整滚轮以成型法设定的修整轨迹或轨迹法所设定的修整轨迹进给。

基上所述，所述的传感器为力传感器，所述力传感器安装于进给装置的施力端和受力端之间。

基上所述，金刚石修整滚轮修整进给速度为0.1~0.3μm/转。

基上所述，金刚石修整滚轮的修整退刀速度为修整进给速度的20%~60%。

基上所述，金刚石修整滚轮外圆周线速度与超硬磨料砂轮外圆周线速度比在0.2~0.7之间。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明改变了原有恒速进给的方式，通过安装在进给装置上的力传感器获取实时修整力，预设好修整力的范围，在超出范围时，以补偿修整速度退刀，让修整力处于修整力的范围内后暂停，开始修整，直到低于下限范围时，再开始进给，利用这种反馈调整的方式不断的进给、回调、修整、进给…循环的方式修整超硬磨料砂轮，可以避免因恒速进给的瞬时修整去除量小于实际进给量，导致的系统严重变形、修整工具型面磨损严重、砂轮表面磨粒破损严重、磨削刃锋利度下降等一系列问题，延长了修整滚轮使用寿命，提升了修整精度，使待修整砂轮的平均出刃高度得以提高，保证了砂轮工作层的容屑空间，修整后的砂轮因此具有了更好的磨削效果。

附图说明

图1是本发明中基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法的流程图。

图2是本发明中基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法的结构原理图。

图3是本发明中力传感器的安装示意图。

图4是本发明中修整前的超硬磨料砂轮局部修整形面轮廓测量图。

图5是本发明中修整后的超硬磨料砂轮局部修整形面轮廓测量图。

图6是传统修整法修整超硬磨料砂轮后的磨削工件表面展示图。

图7是本发明中超硬磨料砂轮修整后的磨削工件表面展示图。

图中：1.修整滚轮；2.超硬磨料砂轮；3.进给工作台；4.驱动机构；5.力传感器；6.修整滚轮安装板；7.滑台；8.主轴丝杆；9.丝杆螺母；10.进给方向；11.修整力方向；12.定位销。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图2和图3所示，一种基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法的结构，基于带有力传感器的修整设备，该修整设备包括进给工作台3、修整滚轮1、驱动机构和控制系统，驱动机构采用主轴丝杆8驱动，丝杆螺母9安装在滑台7上，修整滚轮1通过修整滚轮安装板6固定在滑台7上，修整滚轮安装板6上掏孔，通过螺栓和定位销12与滑台7固定，滑台7、修整滚轮安装板6和丝杆螺母9构成所述进给工作台，主轴丝杆8安装在工作平台上，平台表面作为滑台7的限位面和导向面，力传感器5安装在修整滚轮安装板6的安装孔与定位销之间，当修整滚轮安装板6受到修整力影响时，修整滚轮安装板6整体向后位移，力传感器5在修整滚轮安装板6和定位销12的挤压下起效，用于检测反馈力，图中，2为超硬磨料砂轮。

本实施例中，金刚石滚轮的参数为：磨粒粒度为1mm，直径100mm，外圆周线速度为12.5m/s。

超硬磨料砂轮的参数为：磨粒种类为CBN，磨粒尺寸250x15x75，磨粒粒度为140/170#，结合剂为陶瓷，外圆周线速度为40m/s。

所述超硬磨料砂轮和所述修整滚轮的旋转方向为同向。

本实施例中，金刚石修整滚轮的轮廓形状根据待修整的超硬磨料砂轮所需加工的轮廓形状决定。

如图1所示，一种基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法，包括以下步骤：

1）预设修整力的范围，预设修整力范围的上限值，以保护系统稳定为准，具体数值要根据修整滚轮、砂轮和系统性能而定；

预设修整力范围的下限值，以能够修整砂轮表面和修整工艺要求为准，其主要目的是提供一个触发修整轮继续前进的状态，修整轮在预设范围内时，就可以保持持续的修整状态，既不引起系统失衡，又不至于修不动。

本实施例中，将修整力的上限设置为8N。

预设金刚石修整滚轮的修整进给速度和和退刀速度，修整进给速度不宜过快也不宜过慢，过快容易引起超过修整力范围的情况经常发生，过慢影响影响修整效率，本实施例中，设置修整进给速度为0.5μm/s，退刀速度为0.2μm/s。

2）启动金刚石修整滚轮，金刚石修整滚轮和被修砂轮按各自的工作速度旋转，并行进至修整轨迹的初始端，初始端的位置处，金刚石修整滚轮外沿与超硬磨料砂轮2的外沿恰好接触。

3）金刚石修整滚轮以预设的修整进给速度沿修整轨迹进给，修整轨迹可以是轨迹法限定的修整轨迹，也可以是成型法限定的修整轨迹。

4）当实时修整力低于预设的修整力范围下限时，金刚石修整滚轮按照预设的修整进给速度进给；当反馈的实时修整力高于修整力下限，则停止进给；这时修整力变化有两种情况，一种是修整力下降重新降低到修整力下限以下，这时进给再次启动；另一种情况时修整力由于砂轮堵塞继续增加，当实时修整力高于预设的修整力范围上限时，金刚石修整滚轮以预设的速度退刀，使实时修整力处于预设的修整力范围之内，直到实时修整力低于预设的修整力范围下限，金刚石修整滚轮继续按照预设的修整进给速度进给。

5）金刚石修整滚轮按照步骤3和4的方式进给，直到走完预设的修整轨迹后，退刀回到初始位置，完成超硬磨料砂轮的精密修整。

如图4~图5所示，给出超硬磨料砂轮2修整前和修整后的局部测量图，修整前大圆弧半径偏小0.02mm，位置精度偏小0.015mm，角度偏大20′；修整后大圆弧度精度达0.003mm，位置精度达0.004mm，角度达到4′以内。

如图6~图7所示，给出传统金刚石滚轮修整法修整超硬磨料砂轮磨削工件表面情况与本发明实施例中超硬磨料砂轮修整后磨削工件表面情况；传统金刚石滚轮修整法修整超硬磨料砂轮磨削工件平均表面粗糙度Ra为0.258，磨削表面有烧伤痕迹、刀痕深且明显；本发明实施例中超硬磨料砂轮修整后磨削工件平均表面粗糙度Ra为0.184，磨削表面烧伤问题明显改善，刀痕较浅。

由此表明，本发明实施例中超硬磨料砂轮修整后的砂轮不但表面轮廓精度提高，而且锋利度也增加了。

本发明利用力反馈、退刀、修整、进给式的自调整进给原理，根据实时在线修整力的变化实时调整控制金刚石修整滚轮1修整时的进给状态，实现了金刚石滚轮1修整超硬磨料砂轮2过程中修整力的平稳，使修整单位时间内的超硬磨料砂轮2的磨粒破碎、脱落程度得以控制，使修整系统振动和变形、修整工具廓形与表面磨损等情况有效改善，降低了修整后砂轮的几何形状误差、提高了砂轮修整精度、改善了修整后砂轮的磨削质量。

该基于力反馈自调整进给的超硬磨料砂轮精密修整方法推进了金刚石修整滚轮修整超硬磨料砂轮这种磨粒比较硬、刚性比较强的砂轮技术的进步，尤其是针对复杂形面的砂轮，具有显著效果，有效的解决了目前采用金刚石修整滚轮修整超硬磨料砂轮时，由于超硬磨粒过硬导致修整过程出现修整力过大引起修整精度降低和修整砂轮表面相貌破碎的不利情况。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。