一种CBN砂轮节块内弧修整装置及方法与流程

一种cbn砂轮节块内弧修整装置及方法
技术领域
1.本发明属于超硬材料砂轮修整技术领域，特别涉及一种cbn砂轮节块内弧修整装置及方法。


背景技术：

2.随着一些难加工材料的出现，对现代磨削加工技术的要求越来越高，碳化硅及普通刚玉磨料砂轮已不能完全满足磨削要求，而cbn砂轮因其锋利性好、线速度高、耐磨性强、磨削效率高、不易烧伤等优良的磨削性能被广泛应用于航空航天、汽车、半导体及轴承、齿轮高硬度工业基础件加工等高精端领域，成为现代磨削加工中不可或缺的加工工具。
3.对于cbn砂轮而言，直径大于200mm的cbn砂轮产品在制作过程中超过90％属于分块粘接砂轮，cbn砂轮在制作过程中是通过成型模具将混配好的磨料按照一定的压力压制成一定数量的砂轮节块，然后经过烧结后再将砂轮节块逐块粘接到基体上，最后对成品砂轮磨料层进行精修整。
4.如图1所示，cbn砂轮由砂轮节块和砂轮基体组成，砂轮节块沿着砂轮基体外圆排布，砂轮节块内弧与基体外圆通过强力胶粘接。因此砂轮节块内弧面与基体外圆的配合精度的好坏对粘接强度有较大的影响。
5.砂轮节块在经过高温烧结后内弧面会发生不规则且无规律的变形，变形后的节块四角翘曲较明显且厚度不均匀如图2和图3所示，若直接与基体外圆进行粘接，则节块之间会产生挤压变形、受力不均等现象，不仅影响了粘接强度，还增大了磨削使用过程中节块脱落的风险。因此，为了保证砂轮节块与基体的粘接强度，粘接前需要对每个砂轮节块内弧进行修整加工，使基体外径与砂轮节块内径良好配合。
6.目前最常用的内弧修整方法就是采用金刚石砂轮对砂轮节块进行分层圆弧插补修整，该种圆弧插补修整工艺通常需要三轴联动，对数控设备的要求较高，并且通常由于受机床主轴结构、功率限制，只能采用小刀具、高转速、快进给方式进行加工，循环走刀次数较多且为防止发热及工具砂轮的过度损耗，采用水冷方式进行加工，节块内弧修整完毕后需对节块进行较长时间的清洗、烘干，整体工序时间长，加工效率较低，其次，圆弧插补的本质是将圆弧分成若干条直线段进行直线插补，影响了节块内弧的修整精度。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种cbn砂轮节块内弧修整装置及方法，实现对不同规格砂轮节块内弧的修整，提高砂轮节块内弧的修整精度。
8.为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
9.一种cbn砂轮节块内弧修整装置，包括底座、直线导轨、滑动设于直线导轨上的滑台以及相应布设的摆动控制系统和移动控制系统；
10.所述底座与直线导轨之间还设有可转动的支撑板，直线导轨固设在支撑板上，而支撑板的下端面上还设有弧形导轨，且弧形导轨的底部限位固设于底座上；
11.所述支撑板的右端部与固设在底座上的回转轴转动配合并在摆动控制系统作用下沿弧形导轨运动；所述滑台在移动控制系统控制下沿直线导轨左右滑动；
12.装配时，砂轮节块固设在滑台上，且砂轮节块的中线与工具砂轮的中线以及回转轴的中线均共线布设。
13.所述摆动控制系统包括摆动驱动电机以及齿轮传动副，且摆动驱动电机通过减速机与齿轮传动副相连，而齿轮传动副的从动齿轮固设在支撑板上且其中心线与回转轴的中线也共线布设。
14.所述齿轮传动副还包括与从动齿轮啮合传动的主动齿轮，且主动齿轮与减速机传动连接。
15.所述移动控制系统包括移动伺服电机以及丝杠传动副，且移动伺服电机通过联轴器与丝杠传动副联结并带动滑台运动，而丝杠传动副沿直线轨道布设，移动伺服电机通过电机座固设在支撑板上。
16.所述滑台上设有多个用于安装砂轮节块的安装孔。
17.一种cbn砂轮节块内弧修整装置的方法，包括以下步骤：
18.(1)选用金刚石砂轮作为工具砂轮，并通过标准刀柄安装于工具砂轮主轴；
19.(2)调整支撑板的偏摆角度，摆动驱动电机驱动齿轮传动副转动并带动支撑板绕回转轴摆动，使支撑板绝对偏摆角度为0
°
；
20.(3)将砂轮节块安装到滑台上，并通过移动控制系统控制滑台移动，将砂轮节块与工具砂轮接触时的位置设为初始修整位置；
21.(4)输入偏摆角度；
22.(5)设置砂轮节块的恒定摆动转速n，并计算工具砂轮沿上下z向进给的速度f；
23.(6)设置循环次数以及单次进刀量，随后启动机床；
24.(7)对修整后的砂轮节块内弧面进行检测。
25.步骤(4)中的偏摆角度，通过以下方式计算获得：
26.记砂轮节块的内弧中心为o，直线cc'为弦长l，弦长对应的弧长为p，弦长对应的角度为θ，砂轮节块内弧半径为r1，则：
27.p＝r1θ
28.l＝2r
1 sin(θ/2)
29.故，
[0030][0031]
而为保证砂轮节块的内弧被完整修磨，采用摆臂磨弧时需增加偏摆角度预留量δθ，故偏摆角度为：
[0032][0033]
δθ取值2-4
°
。
[0034]
步骤(5)中工具砂轮沿上下z向进给的速度f，满足以下条件：
[0035]
记砂轮节块的恒定摆动转速为n，砂轮节块的弦长为l，内弧半径为r1，工具砂轮的刀具厚度为d，砂轮节块摆动一个行程对应工具砂轮移动的距离为h，弦长l对应的角度为：
[0036][0037]
转动角度θ所需要的时间为：
[0038]
若要保证内弧面完全被修整出来，则需满足f
·
t＝h≤d；
[0039]
即工具上轮上下移动的速度应满足：
[0040][0041]
本发明的有益效果是：
[0042]
(1)该cbn砂轮节块内弧修整装置及方法，采用摆臂式运动方式，可对不同规格的cbn、金刚石砂轮节块内弧进行修整，修整装置以定轴摆动的形式代替了传统的圆弧插补，以圆弧导轨作为辅助支撑完成摆动动作，大幅度简化了内弧修整动作，降低了传统的圆弧插补修整过程中丝杠的磨损风险，提高了砂轮节块内弧的修整精度。
[0043]
(2)修整装置的支撑板以齿轮传动副作为摆动的动力源，将从动齿轮与支撑板联结完成工作台的摆动动作，结构紧凑，传动平稳；可通过数控装置设定支撑板摆动的角度完成不同弦长规格节块的修整，可通过控制滑台的位置完成不同内径规格节块的修整。
[0044]
(3)该工作台搭配的机床上可采用一定厚度的刀具砂轮，采用大切深缓进给的方式，增大刀具砂轮对节块的接触面积，实现对节块内弧面修整加工动作路径的简化和缩短，可显著提高修整效率。
[0045]
(4)通过该种摆臂式内弧修整工艺，可使用工具砂轮完成不同规格节块内弧的修整，且刀具砂轮磨损后可通过数控系统对x轴进行补偿，操作简单，方便快捷；各部件均采用联结式装配，无需专门铸造，制作简单，成本较低。
[0046]
(5)通过该修整装置修整节块内弧时，工作台带动节块摆动相应的角度，刀具砂轮自身旋转的同时上下运动，因此，工具砂轮的运动轨迹为交叉的z形螺旋线，可通过控制砂轮节块摆动的速度和工具砂轮上下移动的速度来减小内弧面接刀痕的影响，有效提高了内弧的修整精度。
[0047]
(6)该修整装置结构简单、紧凑，可搭配立式磨床、立式铣床使用，通用性较强。
附图说明
[0048]
图1是砂轮结构示意图；
[0049]
图2是烧结前砂轮节块形状；
[0050]
图3是烧结后砂轮节块形状；
[0051]
图4是本发明的结构示意图；
[0052]
图5是图4的局部放大示意图；
[0053]
图6是本发明的俯视图；
[0054]
图7是本发明的修整路径图；
[0055]
图8是砂轮节块的结构模型示意图；
[0056]
图9是修整轨迹示意图；
具体实施方式
[0057]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0058]
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0059]
本发明提供了一种cbn砂轮节块内弧修整装置及方法，如图4至图9所示。
[0060]
一种cbn砂轮节块内弧修整装置，包括底座5、直线导轨11、滑动设于直线导轨11上的滑台15以及相应布设的摆动控制系统和移动控制系统；所述底座5与直线导轨11之间还转动设有支撑板6，直线导轨11固设在支撑板6上，而支撑板6的下端面上还设有弧形导轨8，且弧形导轨8的底部限位固设于底座5上；所述支撑板6的右端部与回转轴18固设在底座5上的回转轴18转动配合并在摆动控制系统作用下沿弧形导轨运动，本实施例中，回转轴通过配设的回转轴承17与支撑板6转动连接；所述滑台15在移动控制系统控制下沿直线导轨11左右滑动。
[0061]
装配时，砂轮节块固设在滑台15上，且砂轮节块的中线与工具砂轮的中线以及回转轴18的中线均共线布设。所述摆动控制系统包括摆动驱动电机1以及齿轮传动副，且摆动驱动电机1通过减速机2与齿轮传动副相连，而齿轮传动副的从动齿轮7固设在支撑板6上且其中心线与回转轴18的中线也共线布设。所述齿轮传动副还包括与从动齿轮7啮合传动的主动齿轮3，且主动齿轮3与减速机2传动连接。
[0062]
所述移动控制系统包括移动伺服电机13以及丝杠传动副14，且移动伺服电机13通过联轴器与丝杠传动副14联结并带动滑台15运动，而丝杠传动副14沿直线轨道11布设，移动伺服电机13通过电机座12固设在支撑板6上。
[0063]
本实施例中，滑台15上设有多个用于安装砂轮节块的安装孔，满足对不同规格的砂轮节块安装。
[0064]
一种cbn砂轮节块内弧修整装置的方法，包括以下步骤：
[0065]
(1)选用金刚石砂轮作为工具砂轮，并通过标准刀柄安装于工具砂轮主轴；
[0066]
(2)调整支撑板的偏摆角度，摆动驱动电机驱动齿轮传动副转动并带动支撑板绕回转轴摆动，使支撑板绝对偏摆角度为0
°
；
[0067]
(3)将砂轮节块安装到滑台上，并通过移动控制系统控制滑台移动，将砂轮节块与工具砂轮接触时的位置设为初始修整位置；
[0068]
(4)输入偏摆角度；
[0069]
(5)设置砂轮节块的恒定摆动转速n，并计算工具砂轮沿上下z向进给的速度f；
[0070]
(6)设置循环次数以及单次进刀量，随后启动机床；
[0071]
(7)对修整后的砂轮节块内弧面进行检测。
[0072]
下面将结合本发明所述的内容，对本发明得具体实施方式进行详细地描述。使用
本发明的修整装置，应用摆臂式内弧修整工艺，对1a1-450x23x306.07x6型磨c15进排气凸轮用cbn砂轮节块进行修整，该规格砂轮基体半径为218mm，砂轮节块宽度为24.5mm，弦长l为53.4mm，需将该规格砂轮节块内弧半径r1修整至218mm。具体方法如下：
[0073]
1)选用半径r2为75mm，厚度d为15mm平型金刚石砂轮作为工具砂轮，通过标准刀柄安装于工具砂轮主轴；
[0074]
2)通过数控指令调整支撑板偏摆角度，使支撑板绝对偏摆角度为0
°
，在此过程中，摆动驱动电机1转动，通过减速机2进行减速，减速机2与主动齿轮3联结，主动齿轮3与从动齿轮7啮合，从动齿轮7与支撑板6联结，支撑板6与圆弧导轨8联结，从而带动支撑板绕回转轴19定轴摆动。
[0075]
3)修整首件节块时，将砂轮节块通过工装安装到滑台15上，通过数控指令调整工具砂轮位置，此位置绝对坐标值为x143，此时工具砂轮旋转，通过数控指令缓慢移动滑台15位置，将节块与工具砂轮接触时的位置设为初始修整位置。在此过程中移动伺服电机13转动带动丝杠14转动，丝杠14通过螺母与滑台15联结，滑台15与导轨滑块10联结，从而带动滑台15左右移动。
[0076]
4)输入偏摆角度，根据计算可得到偏摆角度θ'＝14.1
°
+4
°
＝18.1
°
。
[0077]
5)设置节块摆动转速n＝30r/min，则根据计算可知刀具砂轮z向进给速度f≤8590mm/min，为保证节块内弧的修整质量，取f＝500mm/min。
[0078]
6)设置循环次数为1次，单次进刀量为0.05mm，一上一下为一个行程。
[0079]
7)启动机床，可在30s内自动完成砂轮节块内弧面的修整加工，与传统插补修整工艺相比，修整效率提高2.5倍以上，远高于目前其他修整工艺方法。
[0080]
8)对修整后的节块内弧面进行检测，节块内弧半径r1尺寸偏差为
±
0.1，通过涂色法检测结果可知内弧面与基体外径贴合面大于90％，完全满足粘接要求。
[0081]
本专利中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，上述词语并没有特殊的含义。
[0082]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。
[0083]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种cbn砂轮节块内弧修整装置，其特征在于：包括底座、直线导轨、滑动设于直线导轨上的滑台以及相应布设的摆动控制系统和移动控制系统；所述底座与直线导轨之间还设有可转动的支撑板，直线导轨固设在支撑板上，而支撑板的下端面上还设有弧形导轨，且弧形导轨的底部限位固设于底座上；所述支撑板的右端部与固设在底座上的回转轴转动配合并在摆动控制系统作用下沿弧形导轨运动；所述滑台在移动控制系统控制下沿直线导轨左右滑动；装配时，砂轮节块固设在滑台上，且砂轮节块的中线与工具砂轮的中线以及回转轴的中线均共线布设。2.根据权利要求1所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置，其特征在于：所述摆动控制系统包括摆动驱动电机以及齿轮传动副，且摆动驱动电机通过减速机与齿轮传动副相连，而齿轮传动副的从动齿轮固设在支撑板上且其中心线与回转轴的中线也共线布设。3.根据权利要求2所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置，其特征在于：所述齿轮传动副还包括与从动齿轮啮合传动的主动齿轮，且主动齿轮与减速机传动连接。4.根据权利要求1所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置，其特征在于：所述移动控制系统包括移动伺服电机以及丝杠传动副，且移动伺服电机通过联轴器与丝杠传动副联结并带动滑台运动，而丝杠传动副沿直线轨道布设，移动伺服电机通过电机座固设在支撑板上。5.根据权利要求1所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置，其特征在于：所述滑台上设有多个用于安装砂轮节块的安装孔。6.基于权利要求1至5任一项所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选用金刚石砂轮作为工具砂轮，并通过标准刀柄安装于工具砂轮主轴；(2)调整支撑板的偏摆角度，摆动驱动电机驱动齿轮传动副转动并带动支撑板绕回转轴摆动，使支撑板绝对偏摆角度为0
°
；(3)将砂轮节块安装到滑台上，并通过移动控制系统控制滑台移动，将砂轮节块与工具砂轮接触时的位置设为初始修整位置；(4)输入偏摆角度；(5)设置砂轮节块的恒定摆动转速n，并计算工具砂轮沿上下z向进给的速度f；(6)设置循环次数以及单次进刀量，随后启动机床；(7)对修整后的砂轮节块内弧面进行检测。7.根据权利要求6所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置的方法，其特征在于：步骤(4)中的偏摆角度，通过以下方式计算获得：记砂轮节块的内弧中心为o，直线cc'为弦长l，弦长对应的弧长为p，弦长对应的角度为θ，砂轮节块内弧半径为r1，则：p＝r1θl＝2r
1 sin(θ/2)故，
而为保证砂轮节块的内弧被完整修磨，采用摆臂磨弧时需增加偏摆角度预留量δθ，故偏摆角度为：8.根据权利要求7所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置的方法，其特征在于：δθ取值2-4
°
。9.根据权利要求6所述的一种cbn砂轮节块内弧修整装置的方法，其特征在于：步骤(5)中工具砂轮沿上下z向进给的速度f，满足以下条件：记砂轮节块的恒定摆动转速为n，砂轮节块的弦长为l，内弧半径为r1，工具砂轮的刀具厚度为d，砂轮节块摆动一个行程对应工具砂轮移动的距离为h，弦长l对应的角度为：转动角度θ所需要的时间为：若要保证内弧面完全被修整出来，则需满足f
·
t＝h≤d；即工具上轮上下移动的速度应满足：

技术总结
本发明公开了一种CBN砂轮节块内弧修整装置及方法，采用摆臂式运动方式，可对不同规格的CBN、金刚石砂轮节块内弧进行修整，修整装置以定轴摆动的形式代替了传统的圆弧插补，以圆弧导轨作为辅助支撑完成摆动动作，大幅度简化了内弧修整动作，降低了传统的圆弧插补修整过程中丝杠的磨损风险，提高了砂轮节块内弧的修整效率和精度。整效率和精度。整效率和精度。


技术研发人员：胡晨辉 高会强 穆龙阁 王志起 杨威 李鹤南 席耀辉
受保护的技术使用者：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/7/21