一种更换砂轮免对刀的内圆磨削方法
2020-7-9 来源：武汉--湖北大学计算机与信息工程学院 作者：陈涛 王辉辉 杨维明 张玲 胡东红
摘要：内圆磨削过程中，砂轮的磨损是不可避免的，特别是对于对小孔径内圆磨而言，砂轮外径小，对工件磨削时，砂轮损耗较快，当砂轮的磨损到达一定程度，磨削工件质量以及效率会大大降低，所以需要修整砂轮，或者更换新砂轮，从而要重新对刀，设置砂轮修整原点和工件坐标原点 ，经过多次调整以后才能磨削出合格工件，可供使用。这个过程即费时间也费工件，为此我们提出了一种内圆磨削更换砂轮免对刀的方法，建立磨削起始位置和磨削终点位置与砂轮直径关系，以及建立当前砂轮直径与砂轮修整量关系，在更换新的砂轮后，直接调用砂轮修整程序，对砂轮进行若干次修整后，即可开始磨削加工工件。
关键词：内圆磨 对刀 砂轮更换
内圆磨床作为一种精密磨削设备，广泛应用于中小孔内圆磨削加工，由于砂轮转速高，砂轮轴刚性比较差，容易产生弯曲形变与振动，导致砂轮工作表面磨粒会因不均匀磨损而失去正确的几何形状[1]。但在砂轮磨削工件过程中，砂轮磨损程度以及自身保持程度是十分重要的，为了保证内圆磨过程中的磨削质量，砂轮要保持良好的表面质量，就需要不断的，均匀地修整砂轮，甚至是更换新的砂轮。由于砂轮尺寸的变化，砂轮和工件的相对位置也会发生变化，机床在重新进给前必须进行砂轮和工件之间位置调整[2]。在本文中，就是通过调整程序中新砂轮直径参数，来调整砂轮磨削的起始和终点位置来对工件进行磨削。
同时在进行内圆磨削时，使用的砂轮存在砂轮切削性很快下降，加工状态发生变动，磨粒在加工表面容易打滑，难以获得足够的砂轮线速度等不利条件，容易造成加工效率下降以及加工精度不稳定[3]，因此需要及时的修整砂轮以及更换新砂轮来保证加工质量和效率。可以通过统计每个砂轮加工工件的数量得到砂轮的实际寿命，研究表明:过长的修整间隔并不能提高砂轮的寿命及加工效率,反而会影响加工工件的质量。过长的修整间隔会使砂轮在磨削的过程中自身损耗大幅增加,所以过长的修整间隔反而会降低砂轮的使用寿命[4]。所以在砂轮磨削工件过程中，对加工工件数量进行统计，当磨削的工件达到指定数量时，调用砂轮修整程序对砂轮进行修整，或者对砂轮进行更换。
为了避免内圆磨床频繁的砂轮更换带来的重新对刀工件原点、重新对刀砂轮修整原点和重新试磨工件等繁琐步骤，提出一种更换砂轮面对刀的内圆磨削方法，能够有效地提高了加工效率。
1.更换砂轮免对刀方法简介
该方法在更换新砂轮后，不需要对刀，直接调用砂轮修整程序，对砂轮进行若干次修整后，即可开始磨削加工工件。通过预先设置砂轮修磨工件个数，修磨完指定的个数工件后，可以自动调用砂轮修整程序对砂轮进行修整。若是更换新砂轮，直接修改砂轮直径参数，调用砂轮修整程序进行若干次修整，即可开始磨削加工工件。
2.方法具体内容
2.1建立磨削起始位置和磨削终点位置与砂轮直径关系
首先测量、计算并记录新砂轮直径D0和当前砂轮直径D2，确定磨削起始位置和磨削终点位置的X轴坐标值。金刚笔和工件固定在工作台上，砂轮固定在砂轮架床身上，砂轮能够沿X轴方向上下移动，也可以沿Z轴方向左右移动，砂轮沿X轴靠近金刚笔为X轴负方向，砂轮沿Z轴靠近工件为Z轴正方向，将新砂轮安装在砂轮夹头上，手工操作数控机床，令金刚笔接近砂轮表面并留有安全间隙，记录此时的机床X轴坐标位置X0；如图1所示，1—工件，2—金刚笔，3—砂轮，4—砂轮夹头。将新砂轮安装在砂轮夹头上，手工操作数控机床，令金刚笔接近砂轮表面并留有一定的安全间隙。
图1 金刚笔接近砂轮表面存在安全间隙的状态图
手工操作数控机床，反复修整砂轮，直到金刚笔饱满可靠地对砂轮进行完全的修整如图2所示，记录此时的机床X轴坐标位置X1，测量并记录此时的砂轮直径D1，记录当前直径D2=D1，由此，计算出新砂轮直径D0，D0含安全间隙，D0为：
（1）
图2金刚笔饱满可靠地对砂轮进行完全修整的状态图
将标准工件，内径尺寸为W1，安装在工作台上，手工操作数控机床，移动砂轮轻触标准工件表面，记录当前机床X轴坐标位置X2；如图3所示。
图3移动砂轮轻触标准工件表面的状态图
将毛坯工件安装在工作台上，手工操作数控机床，移动砂轮到毛坯工件表面安全间隙处，记录当前机床X轴坐标位置X3；如图4所示。
图4移动砂轮到毛坯工件表面安全间隙处的状态图
编制磨削加工程序P1。磨削起始位置X轴坐标值：
（2） 磨削终点位置X轴坐标值：
（3） 运行该程序，对毛坯工件进行试磨加工；测量磨削加工后的工件直径，记为W2，根据实际磨削加工的尺寸与标准工件的尺寸W1的差，将公式（3）中磨削工件时的X轴终点坐标Xe调整为Xe’：
（4） 完成了磨削加工程序P1的设定和磨削尺寸调整，建立了磨削起始位置和磨削终点位置的X轴坐标值与当前砂轮直径D2之间的关系；建立当前砂轮直径与砂轮修整量关系，设定砂轮修整程序P2，并在砂轮修整完成后，将加工工件计数清零；设定内圆磨磨削加工主程序P3，使其能够实现调用磨削加工程序P1，修改加剩余加工工件数N，剩余加工工件计数N为零，则调用砂轮修整程序P2；更换新砂轮后，不用对刀，人工将当前砂轮直径D2修改为新砂轮直径D0，然后直接调用砂轮修整程序P2若干次；然后，直接开始磨削加工工件。
2.2建立当前砂轮直径与砂轮修整量关系
设置砂轮修整起始位置为机床X轴坐标
(5) 砂轮修整的终点位置为机床X轴坐标
(6) 其中为砂轮修整量；
设定砂轮修整程序P2，使其能够实现：若当前砂轮直径D2小于预先设定的砂轮最小直径D3，则提示更换新砂轮；否则，令机床由砂轮修整起始位置X轴坐标开始，修整砂轮至砂轮修整终点位置X轴坐标；修改当前砂轮直径
（7） 设置当前砂轮可加工工件数N=m，其中m代表每加工m个工件，修整一次砂轮；N代表剩余加工工件数，每加工一个工件，N的值减1，当N减到0，则自动调用砂轮修整程序P2。
2.3内圆磨削主程序设置及更换新砂轮设置
内圆磨削主程序P3中包括在装上毛坯工件，调用磨削加工程序P1，提示操作人员取下加工好的工件，装上毛坯工件；N=N-1；若N>0，直接调用磨削加工程序P1加工工件；否则，调用砂轮修整程序P2，然后再调用磨削加工程序P1。
若安装新砂轮，则将当前砂轮直径D2修改为新砂轮直径D0，
（8） 多次调用砂轮修整程序P2，直到金刚笔饱满地对砂轮进行修整；执行内圆磨加工主程序P3，对工件加工。
3.结语
（1）砂轮经过多次修整后，修磨效果和安全性会逐渐降低，需要合理的设置一个砂轮最小直径。同时在需要设置合适的砂轮修整间隔，保证砂轮的磨削质量以及使用寿命。
（2）最开始测量砂轮直径时，砂轮可能不圆导致无法准确测量出砂轮直径，但是可以确定金刚笔修整后的砂轮直径，从而反推出新砂轮直径（包含安全间隙）。
（3）避免每次更换新砂轮后，修整新砂轮、重新对刀工件原点、重新对刀砂轮修整原点和重新试磨工件等繁琐步骤，有效地提高了加工效率。
（4）更换新砂轮后，只需把当前砂轮直径修改为新砂轮直径，调用砂轮修整程序，对砂轮进行若干次修整，即可直接磨削加工工件，提高了加工效率。
参考文献
[1]赵飞, 李焕锋, 沙杰,等. 功率监控在精密内圆磨床砂轮修整系统中的应用[J]. 机械工程师, 2013, 000(001):8-10.
[2]周军. 自动内圆磨床砂轮的修整和补偿[J]. 磨床与磨削, 1997, 000(003):43-44.
[3]新谷裕之, 潘广银. 内圆磨削砂轮整形与修整[J]. 磨床技术, 1998, 000(002):32-36.
[4]陈卫东, 涂俊群. 压缩机内圆磨CBN砂轮修整间隔对工件质量及砂轮寿命的影响[C]. 中国超硬材料技术发展论坛. 2015.
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