一種動態(tài)磨削砂輪及其磨削方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、修整方便、應(yīng)用范圍廣的動態(tài)磨削砂輪，一種動態(tài)磨削砂輪及其磨削方法，包括砂輪基體，所述砂輪基體的單個側(cè)面上設(shè)置有一圈凹型槽。通過改變砂輪的轉(zhuǎn)速，利用砂輪基體的變形，用變形后砂輪磨料層來磨削工件，磨削出異形面。在砂輪基體單個側(cè)面上分布的凹形槽的作用下，高速旋轉(zhuǎn)的砂輪基體發(fā)生相應(yīng)非對稱形變，改變砂輪的轉(zhuǎn)速，控制磨料層不同區(qū)域參與工件的加工。不受工件加工寬度和形狀的限制，大大擴(kuò)大了砂輪的應(yīng)用范圍。
【專利說明】一種動態(tài)磨削砂輪及其磨削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磨削加工領(lǐng)域，特別涉及一種動態(tài)磨削砂輪及其磨削方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在磨削加工領(lǐng)域，成型磨削是指工件成品需要依靠磨削將之加工成為特定形狀的磨削加工方法。在成型磨削工藝中，一般先將砂輪直接制造成加工工件所需的特定型狀，或是把砂輪修整成與工件型面完全吻合的反型面，通過切入磨削加工方式使工件成為與砂輪相同的形狀。在磨削加工過程中，對砂輪的修整是不可或缺的步驟?，F(xiàn)有技術(shù)中修整砂輪的方法很多，其中對成型砂輪的磨削主要是通過各種專業(yè)修整工具來完成的。例如，在修整非圓弧曲面時，若被磨削的工件形狀比較復(fù)雜或輪廓又是非圓弧時，需采用專門的靠模工具來修整砂輪?，F(xiàn)有切入成型磨削加工方式存在以下不足:(I)制備成型砂輪的加工成本相對較高；(2)成型修整工序要求嚴(yán)格，在修整過程中，不但修整工作量很大，而且需要專用修整工具，給成型磨削加工帶來諸多不便；(3)由于機(jī)床設(shè)備或磨削工藝的局限性，不同磨削寬度、表面形狀的工件需要不同厚度、不同磨料層輪廓形狀的成型砂輪進(jìn)行加工，限制了單款成型砂輪的應(yīng)用場合。為此，亟待一種可以根據(jù)加工表面的變化而調(diào)整磨削區(qū)域、制造修整成本低、應(yīng)用范圍廣的動態(tài)砂輪的出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、修整方便、應(yīng)用范圍廣的動態(tài)磨削砂輪。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種動態(tài)磨削砂輪，包括砂輪基體，所述砂輪基體的單個側(cè)面上設(shè)置有一圈凹型槽。
[0005]所述的凹形槽橫切面形狀為“[”形或“V”形或鋸齒形或弧形。
[0006]一種動態(tài)磨削砂輪的磨削方法，它包括如下步驟:
①根據(jù)砂輪基體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速下砂輪基體的形變量；
②根據(jù)工件成品的表面形狀的尺寸差值，確定對工件進(jìn)行加工時需要的砂輪基體的形變量，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算出的砂輪基體的形變量確定加工工件時需要的砂輪加工轉(zhuǎn)速；
③對工件進(jìn)行加工前，在砂輪修整轉(zhuǎn)速下將磨料層修整成平整面；
④在對工件進(jìn)行加工中，在選定的砂輪加工轉(zhuǎn)速下，使砂輪從工件的一端切入進(jìn)行磨削加工；在工件的不同被加工位置采用不同的砂輪加工轉(zhuǎn)速，通過改變磨料層在不同轉(zhuǎn)速下參與磨削加工的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對工件的加工，磨削出工件需要的異形面。
[0007]所述步驟①為，根據(jù)砂輪基體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，得出砂輪有凹形槽側(cè)R點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時的變形量R1，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時的變形量R2,在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時的變形量R3 ;同時得出砂輪無凹形槽側(cè)L點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時的變形量L1，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時的變形量L2，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時的變形量L3。
[0008]所述步驟②為，砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I1 =R1-L1 ;砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I2 =R2-L2 ;砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I3 =R3-L3 ;當(dāng)[(I3-11VBl XW/2〈h時，確定砂輪加工轉(zhuǎn)速為V1I3，其中B為砂輪磨料層的寬度，W為工件的加工寬度，h為工件的表面形狀的尺寸差值，V1^a30
[0009]所述步驟③為，對工件進(jìn)行加工前，砂輪在轉(zhuǎn)速V2狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)后，將砂輪磨料層修整成平整面。
[0010]本發(fā)明與普通的成型砂輪相比，不但制備工藝簡單，而且制造成本相對較低。在成型磨削加工中，應(yīng)用該動態(tài)磨削砂輪，修整工藝簡單，對修整工具要求不高，降低了對砂輪修整和使用成本。同時，動態(tài)磨削砂輪通過改變磨料層在不同轉(zhuǎn)速下參與磨削加工的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)工件異形面的加工，不受工件加工寬度和形狀的限制，大大擴(kuò)大了砂輪的應(yīng)用范圍。在砂輪基體單個側(cè)面上分布的凹形槽的作用下，高速旋轉(zhuǎn)的砂輪基體發(fā)生相應(yīng)非對稱形變，改變砂輪的轉(zhuǎn)速，控制磨料層不同區(qū)域參與工件的加工。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的凹形槽橫切面形狀為“[”形的主視圖。
[0012]圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的凹形槽橫切面形狀為弧形的主視圖。
[0014]圖4是沿圖3中A-A線的剖視圖。
[0015]圖5是本發(fā)明的凹形槽橫切面形狀為“V”形的主視圖。
[0016]圖6是沿圖5中A-A線的剖視圖。
[0017]圖7是本發(fā)明的凹形槽橫切面形狀為鋸齒形的主視圖。
[0018]圖8是沿圖7中A-A線的剖視圖。
[0019]圖9是砂輪磨料層在V2狀態(tài)下修整前結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖10是砂輪磨料層在V2狀態(tài)下修整后結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖11是加工工件時，進(jìn)刀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖2所示的動態(tài)磨削砂輪，磨料層4與砂輪基體I之間由粘接層3連接固定，砂輪基體I的單個側(cè)面上設(shè)置有一圈凹型槽2，凹形槽橫切面的形狀可以根據(jù)需要作出不同的變化。
如圖1和圖2所示，凹形槽橫切面為“[”形；如圖5和圖6所示，凹形槽橫切面為“V”形；如圖3和圖4所示，凹形槽橫切面的形狀為弧形；如圖7和圖8所示，凹形槽橫切面的形狀為鋸齒形。
[0023]一種動態(tài)磨削砂輪的磨削方法，它包括如下步驟:
①根據(jù)砂輪基體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，得出砂輪有凹形槽側(cè)R點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時的變形量R1，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時的變形量R2，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時的變形量R3;同時得出砂輪無凹形槽側(cè)L點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時的變形量L1，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時的變形量L2，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時的變形量L3 ；
②根據(jù)工件成品表面形狀的尺寸差值，確定對工件進(jìn)行加工時需要的砂輪基體的形變量，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算出的砂輪基體的形變量確定加工工件時需要的砂輪加工轉(zhuǎn)速；砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I1 =R1-L1 ;砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I2 =R2-L2 ;砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I3 =R3-L3 ;當(dāng)[(I3-11VB] Xff/2<h時，確定砂輪加工轉(zhuǎn)速為V1I3，其中B為砂輪磨料層的寬度，W為工件的加工寬度，h為工件成品表面形狀的尺寸差值，'〈V2〈V3。以加工曲軸連桿頸為例，軸頸檔寬為W，中部要求有高度為h的突起，根據(jù)h≥(13_ 1J/BXW/2，確定砂輪回轉(zhuǎn)速度m ；
③如圖9和圖10所示，對工件進(jìn)行加工前，砂輪在轉(zhuǎn)速V2狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)后，將砂輪磨料層修整成平整面。
[0024]④在對工件進(jìn)行加工中，在選定的砂輪加工轉(zhuǎn)速下，使砂輪從工件的一端切入進(jìn)行磨削加工；在工件的不同被加工位置采用不同的砂輪加工轉(zhuǎn)速，通過改變磨料層在不同轉(zhuǎn)速下參與磨削加工的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對工件的加工，磨削出工件需要的異形面。如圖11所示，在' 速度下從工件加工部位一端切入磨削加工，完成后，退刀，移動砂輪到工件加工部位另一端，在速度V3下切入磨削加工；根據(jù)工件加工形狀，利用不同速度對工件加工部位兩端之間的部位加工。
[0025]下面以砂輪基體材料為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的40Cr為例說明:
①根據(jù)砂輪基體的材質(zhì)，利用有限元分析和Pro/E模擬仿真計(jì)算對砂輪基體進(jìn)行應(yīng)力和形變分布情況進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，得出砂輪有凹形槽側(cè)R點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為80m/s時變形量為0.107mm，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為50m/s時變形量為0.041mm ;同時得出砂輪無凹形槽側(cè)L點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為80m/s時變形量0.090mm，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為50m/s時變形量為
0.034mm ；
②砂輪回轉(zhuǎn)速度為80m/s時R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形量差值為(0.041-0.034)mm,即0.007mm,砂輪回轉(zhuǎn)速度為50m/s時R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值為(0.107-0.090) mm,即0.017mm ;以加工曲軸為例，曲軸軸頸檔寬為40mm時，中部要求有高度為h=0.003mm的突起時，砂輪磨料層寬度為36mm，砂輪的加工轉(zhuǎn)速為50m/iT80m/S，曲軸軸頸加工后的中部突起為
0.005/36 X 20mm=0.0028mm,能夠滿足曲軸軸頸加工后中部凸起(0.003±0.0002)mm的要求。
[0026]⑤對工件進(jìn)行加工前，砂輪在轉(zhuǎn)速68m/s狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)后，將砂輪磨料層修整成要求的形狀尺寸；
在對曲軸連桿頸磨削時，加工部位一端使用砂輪無凹形槽側(cè)L點(diǎn)區(qū)域作為主磨削加工時，砂輪的使用速度為50m/s ;加工部位另一端使用砂輪有凹形槽層R點(diǎn)區(qū)域作為主磨削加工時，砂輪的使用速度為80m/s ；
為保證曲軸軸頸以中部相對稱的輪廓度，砂輪在磨削使用速度80m/s時需要相對在磨削使用速度50m/s時徑向進(jìn)給補(bǔ)償(0.090-0.034) =0.056mm。
[0027]本發(fā)明的磨削原理就是:由于砂輪在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較大的離心力，當(dāng)進(jìn)行磨削時，砂輪高速旋轉(zhuǎn)，在砂輪基體單個側(cè)面上分布的凹形槽的作用下，砂輪基體發(fā)生相應(yīng)非對稱形變，具有凹形槽一側(cè)的直徑較沒有凹形槽一側(cè)的直徑變大或變小，故能實(shí)現(xiàn)磨料層與工件接觸的區(qū)域發(fā)生變化。通過改變砂輪的轉(zhuǎn)速，可以控制磨料層不同區(qū)域參與工件的加工，從而實(shí)現(xiàn)加工異形面的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種動態(tài)磨削砂輪，包括砂輪基體，其特征在于:所述砂輪基體的單個側(cè)面上設(shè)置有一圈凹型槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)磨削砂輪，其特征在于:所述的凹形槽橫切面形狀為“[”形或“V”形或鋸齒形或弧形。
3.一種動態(tài)磨削砂輪的磨削方法，其特征在于:它包括如下步驟: ①根據(jù)砂輪基體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速下砂輪基體的形變量； ②根據(jù)工件成品的表面形狀的尺寸差值，確定對工件進(jìn)行加工時需要的砂輪基體的形變量，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算出的砂輪基體的形變量確定加工工件時需要的砂輪加工轉(zhuǎn)速； ③對工件進(jìn)行加工前，在砂輪修整轉(zhuǎn)速下將磨料層修整成平整面； ④在對工件進(jìn)行加工中，在選定的砂輪加工轉(zhuǎn)速下，使砂輪從工件的一端切入進(jìn)行磨削加工；在工件的不同被加工位置采用不同的砂輪加工轉(zhuǎn)速，通過改變磨料層在不同轉(zhuǎn)速下參與磨削加工的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對工件的加工，磨削出工件需要的異形面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動態(tài)磨削砂輪的磨削方法，其特征在于:所述步驟①為，根據(jù)砂輪基體的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，得出砂輪有凹形槽側(cè)R點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時的變形量R1，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時的變形量R2，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時的變形量R3 ;同時得出砂輪無凹形槽側(cè)L點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1時的變形量L1，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時的變形量L2，在砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時的變形量L3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)磨削砂輪的磨削方法，其特征在于:所述步驟②為，砂輪回轉(zhuǎn)速度為V1 時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I1 =R1-L1 ;砂輪回轉(zhuǎn)速度為V2時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I2 =R2-L2 ;砂輪回轉(zhuǎn)速度為V3時，R點(diǎn)相對L點(diǎn)變形差值I3 =R3-L3 ;當(dāng)[(I3-11) /B] XW/2〈h時，確定砂輪加工轉(zhuǎn)速為V1I3，其中B為砂輪磨料層的寬度，W為工件的加工寬度，h為工件成品的表面形狀的尺寸差值，V1^a30
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)磨削砂輪的磨削方法，其特征在于:所述步驟③為，對工件進(jìn)行加工前，砂輪在轉(zhuǎn)速V2狀態(tài)下運(yùn)行平穩(wěn)后，將砂輪磨料層修整成平整面。
【文檔編號】B24D5/16GK104002251SQ201410194635
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】閆寧, 李學(xué)文, 李學(xué)仁, 邢波 申請人:鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司