滾珠絲杠磨削成形砂輪修整工藝實驗研究

朱歡歡 李厚佳

【摘 要】成形砂輪修整參數(shù)對于砂輪修整質(zhì)量有顯著影響，將影響砂輪地貌及砂輪磨刃銳利度，從而影響到砂輪磨損、磨削力、磨削溫度及磨削零件表面完整性。文章針對滾珠絲杠砂輪成形砂輪修整工藝原理進行研究，計算修整干涉角與磨削工藝參數(shù)之間的關(guān)系，通過實驗分析金剛滾輪成形修整參數(shù)對滾珠絲杠磨削加工粗糙度和螺距誤差的影響。最后，提出利用修整干涉角的修整參數(shù)優(yōu)化方法，實驗結(jié)果表明該方法對于提高磨削質(zhì)量、提高磨削效率、延長砂輪壽命都有著重要的意義。

【關(guān)鍵詞】滾珠絲桿;成形修整;實驗研究

【中圖分類號】TG580 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0043-03

1 成形砂輪修整現(xiàn)狀

修整過程的好壞對于磨削質(zhì)量至關(guān)重要。良好的修整工藝可以使砂輪在磨削過程中保持穩(wěn)定地運行，從而降低工件的形狀誤差和表面粗糙度;相反，不穩(wěn)定的砂輪磨削狀態(tài)會導致磨削過程難以控制，磨削結(jié)果無法預測[1]。良好的修整工藝可以穩(wěn)定磨削過程中的磨削力，讓磨削過程易于控制，這對于數(shù)控磨床尤為重要[2-3]。滾珠絲杠的滾道磨削屬于成形磨削。在成形磨削中，砂輪的磨削性能在很大程度上取決于砂輪的表面形貌，砂輪的形狀精度及尺寸精度將直接反應工件的加工質(zhì)量。因此，要實現(xiàn)高精度成形磨削，首先要解決成形砂輪的修整問題。

現(xiàn)有的修整方法主要分為以下3種[4-5]。{1}車削修整法。車削修整法是采用單顆粒金剛石筆，通過軸向和徑向運動的聯(lián)動控制，對砂輪進行成形修整。這種修整方法的效率較高，但金剛石筆尖端受熱和力的作用較大，磨損劇烈。且修整后砂輪表面形貌難以達到磨削要求，磨粒間容屑空間小，切削刃較寬且磨削刃不鋒利，直接用于磨削會導致砂輪初期磨削力和磨削溫度較大，易引起燒傷和顫振，因此修整后需進行修銳處理。{2}滾壓修整法。滾壓修整時滾壓輪與砂輪是主從關(guān)系。滾壓輪以一定的壓力與砂輪接觸，由砂輪帶動，以相同的線速度旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中，由于滾壓輪壓碎砂輪表面磨粒和黏合劑，從而去除砂輪表面層，實現(xiàn)修整的目的。這種修整方法的修整壓力大，修整效率及修整精度較低，修整后砂輪表面損傷層較深，切削刃密度較低，磨粒較尖銳，易磨損。優(yōu)點是砂輪不易堵塞。{3}磨削修整法。磨削修整法是采用磨粒圓盤或金剛石砂輪仿效磨削過程來修整砂輪。修整輪具有獨立的旋轉(zhuǎn)運動，并以一定的切入深度切入砂輪，通過對高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面產(chǎn)生磨削作用，使砂輪獲得與修整輪形面吻合的鋒利工作表面[6-7]。

磨削修整方法修整出的砂輪，表面磨粒比較平整，適合精密磨削。因此，滾珠絲杠在磨削加工中通常采用該方法進行砂輪修整，本文針對滾珠絲杠磨削砂輪修整原理對砂輪砂輪修整工藝進行研究。

2 成形砂輪修整理論

滾珠絲杠修整所采取的修整方法是一種切入磨削修整法，如圖1所示。用這種修整方法修整砂輪時，影響修整質(zhì)量的修整參數(shù)主要有修整深度、修整速比和光修時間。

金剛石滾輪修整砂輪時，砂輪磨料的變形和破碎程度與金剛石切入修整表面的深度有關(guān)，但它不能作為一個綜合修整參數(shù)來衡量修整狀況，因為修整的對象是砂輪，磨粒間有孔隙，修整是間斷的。為此，用金剛石滾輪與砂輪的干涉角δ作為綜合修整參數(shù)。

干涉角δ是金剛石滾輪相對于砂輪的運動軌跡與砂輪圓周表面間的夾角，即

式中，vfrd表示金剛石滾輪的徑向進給速度;vsd表示修整時的砂輪表面線速度;vrd表示修整時的滾輪表面線速度。

其中

式中，ad表示修整進給量;ds表示砂輪直徑。

所以

干涉角δ的大小決定了修整時金剛石滾輪的切入姿態(tài)。干涉角δ小，修整時磨粒變形大，破碎少，砂輪磨粒頂部出現(xiàn)更多的平面，因此修整力會減小。反之，干涉角δ大，修整力亦會增大。

用金剛石滾輪修整成形砂輪時，通常需要3個運動，即滾輪轉(zhuǎn)動nrd、砂輪轉(zhuǎn)動nsd和滾輪的徑向進給運動vfrd。成形滾輪的表面線速度vrd與砂輪的表面線速度vsd之比稱為修整速比qd，即

當-1

當0

當qd=0時，滾輪不動，相當于單粒金剛石修整砂輪。由于金剛石分布不均勻，砂輪表面沿軸向的粗糙度較大。

當qd=1時，滾輪與砂輪之間純滾動，無相對滑動。此時，滾輪擠壓砂輪磨粒，砂輪表面粗糙度會很大。

當qd>1時，由于一般砂輪速度較高，滾輪直徑較小，這種情況需要滾輪具有非常高的轉(zhuǎn)速，一般不采用這種情況。

實際使用中，qd的推薦值如下：逆修-0.75～-0.4，順修0.25～0.6。

光修時間會直接決定到光修次數(shù)。光修次數(shù)指修整最后停留階段，砂輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。

光修次數(shù)太少會導致最后的砂輪形成面接受修整不均勻，影響表面粗糙度。光修次數(shù)有最小推薦值，當光修次數(shù)大于推薦值時，砂輪形成面表面粗糙度變化不大，粗糙度趨于穩(wěn)定;當光修次數(shù)小于推薦值時，砂輪形成面表面粗糙度隨光修次數(shù)的減小而迅速增大。推薦最小值與具體工藝參數(shù)和加工情況有關(guān)。

3 實驗設(shè)置

本次實驗將主要關(guān)注干涉角δ對修整質(zhì)量的影響。由于改變砂輪轉(zhuǎn)速和滾輪轉(zhuǎn)速將同時影響到修整速比，因此采用改變進給速度的方法來控制干涉角δ。

實驗在sk7432-3000絲杠磨床上進行，逆修，采用固定的轉(zhuǎn)速比和光修次數(shù)，改變滾輪的進給速度。修整后，采用同一磨削參數(shù)進行絲杠滾道磨削。干涉角δ對砂輪磨削效果的影響將通過修整后砂輪磨削滾道的表面粗糙度值和絲杠滾道的螺距誤差來評價。其余參數(shù)使用目前實際生產(chǎn)參數(shù)。具體實驗參數(shù)見表1。

滾道表面粗糙度測量采用多功能輪廓度儀測量。由于絲杠較長，采取多點測量。如圖2所示，沿絲杠軸向，在磨削區(qū)域內(nèi)平均取6點，分別測量每處的滾道表面Ra值。滾道的螺距誤差的值則由螺距測量儀測量獲得。

4 實驗測試結(jié)果

三次實驗后，絲杠滾道表面粗糙度測量值見表2。

絲杠滾道螺距誤差測量值見表3。

計算實際生產(chǎn)中的修整速比。

與推薦值-0.75～-0.4差距較遠，應調(diào)整。

計算實際生產(chǎn)中的光修次數(shù)igd。

igd=tgdnsd /60=19

由于修整已經(jīng)滿足工藝要求，推測19轉(zhuǎn)已經(jīng)達到推薦最小值，保持即可。

計算每根絲杠上6個測點Ra值的平均值、標準差與極差，用來表示絲杠的平均表面質(zhì)量和表面質(zhì)量的穩(wěn)定程度。同時計算每次實驗中干涉角δ的大小。如圖3所示，將干涉角δ變化分別與平均表面粗糙度的變化進行比較，觀察干涉角δ變化對它們的影響。圖4表示干涉角δ的變化對螺距誤差的影響。

由圖3可以得出，平均表面粗糙度和干涉角δ并不是簡單的線性關(guān)系。在干涉角δ為1.228 6e-04（進給速度為260 mm/min）時，平均表面粗糙度達到最大值0.399 6μm。無論干涉角δ大于或小于1.228 6e-04，平均表面粗糙度均會減小。干涉角δ大于1.228 6e-04時，平均表面粗糙度減小得較慢;小于1.228 6e-04時，平均表面粗糙度減小得較快。即干涉角δ為1.228 6e-04時，絲杠滾道平均表面質(zhì)量最差。

由圖4可以得出，隨著干涉角δ的增大，螺距誤差越來越趨于0（0為最佳），但變化規(guī)律不規(guī)則，非線性，只是變化趨勢大致相同。

5 結(jié)論

（1）從絲杠滾道平均表面質(zhì)量的角度來看，應控制干涉角δ避開1.228 6e-04這個峰值點。同時，由于干涉角δ小于1.228 6e-04時，平均表面粗糙度減小得較快，應該盡可能降低干涉角δ。

（2）從絲杠滾道表面質(zhì)量穩(wěn)定性的角度來看，干涉角δ越小，表面質(zhì)量穩(wěn)定性越好。

（3）修整速比qd=-0.196，離推薦值-0.75～-0.4差距較遠，應調(diào)整砂輪與滾輪轉(zhuǎn)速，控制修整速比qd，使其在推薦值內(nèi)。

（4）光修次數(shù)igd=19，修整質(zhì)量已滿足工藝要求，保持即可。理論上最佳粗糙度的范圍為80～150 r/min。

參 考 文 獻

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