[發明專利]一種切向自激振動輔助干磨削系統及方法

有效

• 申請號: 201610704165.6
• 申請日: 2016-08-23
• 公開（公告）號: CN106239273B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 姚鵬;王偉;黃傳真;王軍;劉含蓮;朱洪濤;鄒斌
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B55/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙敏玲

技術領域

本發明涉及一種磨削加工方法，利用加工系統自激振動降低干磨削過程中磨削溫度，避免工件磨削燒傷，減小砂輪磨損。

背景技術

磨削加工是一種兼顧效率和質量的精密加工方法，卻存在著磨削力大、磨削溫度高，工件和砂輪易燒傷的缺點。在一般的磨削加工中，需要澆注大量冷卻液對磨削區進行冷卻潤滑，達到降低磨削溫度、減小磨削力的作用，從而避免磨削燒傷。磨削液多含有化學添加劑，大量使用尤其是后期的排放處理無法避免對環境有一定的污染。而且對于一些特殊的材料，(如石英玻璃、KDP晶體等)加工過程中會和磨削液發生化學反應，影響加工表面質量。所以在一些情況下需要用干磨削技術進行加工。

在干磨削中，需要亟待解決的關鍵問題是如何有效降低磨削溫度，避免磨削燒傷。目前常用的方法是超聲輔助磨削。將工件系統施加超聲振動，利用周期性振動使工件系統與砂輪磨粒周期性的接觸與脫離，有效將磨削熱散出，不會造成磨削區的熱量積累，從而實現降低磨削溫度，避免磨削燒傷的目的。

然而，這種技術需要將工件固定在超聲振動系統上。超聲振動系統結構相對復雜，對于不同質量的零件還需要更換相應的超聲振動系統，通用性不好，且制造成本高、能耗大。對于超精密加工機床，結構設計緊湊且對機床系統剛性要求高，過于復雜的超聲振動裝置安裝不方便，同時會降低加工系統剛性，影響加工精度。

發明內容

本發明的目的是為解決干磨削加工磨削溫度高，工件砂輪易燒傷的問題，提出一種結構簡單，設計制造成本低，操作方便的切向自激振動輔助干磨削系統及方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:

一種切向自激振動輔助干磨削系統，包括磨頭系統和一個自激振動板，所述的自激振動板一端固定，另一端為自由端，形成一個懸臂梁結構；所述的磨頭系統安裝在自激振動板的頂部，磨頭系統的砂輪轉動作為磨削系統激勵源，為自激振動板輸入能量，自激振動板帶動磨頭系統自激振動，使砂輪磨粒在磨削工件的同時沿砂輪切向相對工件存在一定頻率的往復分運動。

進一步的，所述的磨頭系統包括磨頭和砂輪，砂輪安裝在磨頭上，所述的砂輪位于自激振動板的固定端，所述的磨頭位于自激振動板的自由端。

進一步的，所述的磨頭系統包括磨頭和砂輪，砂輪安裝在磨頭上，所述的砂輪位于自激振動板的自由端，所述的磨頭位于自激振動板的固定端。

進一步的，通過控制砂輪轉速，可以調節自激振動能量輸入大小。

進一步的，通過對自激振動板進行固有頻率模態分析與設計，可以控制自激振動系統頻率。

一種切向自激振動輔助干磨削方法，將磨頭系統安裝在一個自激振動板上，將自激振動板采用懸臂的方式固定在機床床身上，磨削加工時，磨頭系統的砂輪轉動作為整個系統的激勵源，為自激振動板輸入能量，自激振動板帶動磨頭系統自激振動，使砂輪磨粒在磨削工件的同時沿砂輪切向相對工件存在一定頻率的往復分運動。

進一步的，所述的干磨削方法中，通過控制砂輪轉速，可以調節自激振動能量輸入大小。

進一步的，所述的干磨削方法中，通過對自激振動板進行固有頻率模態分析與設計，可以控制自激振動系統頻率。

進一步的，工件可以是平面或自由曲面，加工過程中通過調整工件與磨頭的位置關系，保證工件表面與磨頭自激振動方向一致，即通過該方法，可以實現平面或自由曲面零件的干磨削加工。

本發明的有益效果如下：

1.磨削加工時，磨頭系統的砂輪轉動作為整個系統的激勵源，為自激振動板輸入能量，自激振動板帶動磨頭系統自激振動，使砂輪磨粒在磨削工件的同時沿砂輪切向相對工件存在一定頻率的往復分運動。通過控制砂輪轉速，可以調節自激振動能量輸入大小；通過對自激振動板進行固有頻率模態分析與設計，可以控制自激振動系統頻率。磨粒與工件周期性的接觸與脫離，有效將磨削熱散出，實現降低磨削溫度，避免磨削燒傷的目的。

2.砂輪的磨粒與工件周期性的接觸與脫離，有效將磨削熱散出，實現降低磨削溫度，避免磨削燒傷的目的。

3.由于加工系統僅在工件切向發生自激振動，而法向剛度高，不發生振動，不影響零件的加工精度。

附圖說明

圖1是發明內容中切向自激振動輔助干磨削裝置示意圖。

圖中：1是機床床身；2是工件；3是砂輪；4砂輪選擇方向；5是磨頭；6是自激振動板；7是振動方向。

圖2是具體實施例中，CBN砂輪干磨削石英玻璃，采用無自激振動干磨削方法和切向自激振動輔助干磨削方法進行加工時，工件磨削區最高磨削溫度對比。