平面研磨过程中磨具均匀磨损的研究

　　摘要:固着磨料平面研磨加工中磨具的均匀磨损对于保证磨具和工件的加工面形精度具有极为重要的意义。根据固着磨料平面高速研磨中磨具均匀磨板的概念,通过力学和运动学分析,探讨了磨具均匀磨损的条件。分析表明,通过合理地选择偏心距,同时确定对应的磨具内外环中心线半径,并调整磨具的结构参数,可使磨具与镜盘接触区压强均匀分布,从而实现磨具的均匀磨损。

　　固着磨料研磨采用浮动加工方式,工件的面形精度主要靠磨具来保证。而磨具在加工过程中不断发生磨损,其面形精度逐渐变差。为了确保工件的表面质量,势必要经常修整磨具,不仅降低了效率,而且也增加了成本。因此,如果能较好地利用加工过程中工件对磨具的磨削作用,使磨具经过一次修整后,在此后的加工过程中能够保持原有面形,也就是使磨具在加工过程中保持均匀磨损,就能保证在较长时间内加工的工件具有较好的面形精度。

　　本文从研究磨具与镜盘接触区压强分布和相对运动速度人手,分析了平面研磨时磨具均匀磨损的条件以及各种因素对磨具均匀磨损的影响。

　　以磨具中心O为原点,以磨具中心O和镜盘中心。连线O口方向为x轴,建立直角坐标系,见图1。

　　图1磨具与工件接触压强分析示意图

　　磨具均匀磨损条件的研究

　　根据Preston方程,金刚石磨具的磨损量与接触区压强、工件(镜盘)和磨具的相对运动速度以及加工时间有关,即

　　式中△V为磨具磨损量沪,a1为与磨具和工件材料、研磨工艺参数等有关的比例系数净为磨具与镜盘接触区压强四为磨具与镜盘间的相对运动速度;T为加工时间。因此,要使磨具产生均匀磨损,就要使每一个金刚石丸片的值相等,或近似相等。根据式(1),磨具与工件间接触区压强分布和相对运动速度是影响磨具磨损的主要因素,所以,要研究磨具均匀磨损,进行磨具设计,首先要研究上述压强分布和相对运动速度。

　　1.1压强分布

　　假设磨具上有n个呈同心圆排列的金刚石丸片环带,各环带的覆盖比为100%,用w表示各环带的宽度,rl、表示各环带中心线半径,八。和rZ、分别表示工件外圆半径和内圆半径,e表示偏心距, 即O与。’间距离,民。表示工件外圆与磨具第i环带中心线交点同磨具中心O点连线口C和口C.与 x轴间的夹角,民‘表示工件内圆与磨具第i环带中心线交点同磨具中心O点连线OD和O万与x轴间的夹角(见图1),由余弦定理,有

　　式中,昌为覆盖比为100%时磨具第i环带与镜盘接触部分的面积;P,为磨具第i环带上某点A(见图2)与镜盘间的接触压强;二;为磨具第i环带上某点A的横坐标。磨具第i环带上某点A与镜盘间接触压强Pi 与该点横坐标x,成线性关系如图：