一种对片状工件的外圆进行放电-机械复合磨削的方法技术

“磁力浮动定心复合磨削法”是一种用独特的装夹方式对片状工件的外圆或内孔进行放电－机械复合磨削的方法，属机械加工类。该法适用于金属、工程陶瓷、超硬材料等的半精和精加工。 本发明专利技术的特征在于：在主轴前端装有可导电的磁性夹头，导磁工件吸附在其端面上随之同步旋转，在砂轮的磨削作用下，工件可在夹头端面上滑移但不脱落，对不导磁工件，可用一块辅助磁体与夹头异性相吸地把工件夹压在夹头端面上。 工件装卸方便，在磨削过程中自动找正，浮动定心。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用独特的装夹方式来对片状工件的外圆或内孔进行放电—机械复合磨削的方法，属机械加工类，适用于钢，铜，铝，不锈钢，钛合金，硬质合金，聚晶金刚石(PCD)或立方氮化硼(CBN)复合材料，玻璃，陶瓷，半导体等材料的半精或精加工。对其中的导磁材料，还可进行端面加工，对其中不导磁的材料，可用一块辅助磁体与夹头异极相吸地把工件夹压在夹头端面上。本方法尤其适合于PCD，CBN复合片外圆的高效、低耗整形加工。圆片工件的外圆磨削，传统的方法是使用无心磨床，但不能磨削铜、铝等粘软材料，也不适宜磨甚薄的工件；虽然用金刚石砂轮在无心磨床上可以磨削PCD或CBN超硬复合材料，但因为是硬碰硬，致使昂贵的金刚石砂轮损耗严重，加工成本很高。另一方面，在无心磨床上也不便于实现电火花放电—机械复合磨削。近年来开发的放电机械复合磨削法，例如美国专利US.4.641.007(Feb.3.1987)虽然可以用金属基超硬非导电磨料砂轮对工件外圆进行放电磨削，但是该专利中，工件的装夹是用三爪卡盘(附图说明图1)或芯轴(图11)，也就是说工件是“定心磨削”，这就使可加工的工件形状局限为需带有夹持柄或需有内孔，对于无孔簿片工件，只能用导电胶粘在辅助夹柄的端面上，这既麻烦又难以找正(导致加工余量走偏)，对批量生产是不适用的；另一方面定心式放电磨削的缺点是若工件毛坯有椭圆或与主轴有偏心，使得在磨削时，工件每转一周，只有两个点(椭圆长轴)或一个点(偏心高点)与磨轮发生放电蚀除，从而放电平均电流很小，加工效率低下。另外该美国专利的加工控制系统也过于复杂。本专利技术的目的就是为了克服上述无心磨削或定心放电机械复合磨削法的缺点，开发出一种简单、可靠、经济的磨削方法，主要用于加工多种材料圆片工件的外圆，尤其是超硬复合材料PCD或CBN复合片的外圆整形。本专利技术的优点在于磁力浮动定心夹头一方面使圆片工件的装卸十分方便，在磨外圆时可自动找正，自动定心，另一方面，其浮动作用非常适合电火花放电磨削时的机—电特性，使得放电磨削的效率比不浮动时大为提高，所以它不仅仅是解决了工件装夹问题，而且与放电加工特性有机地结合起来，相得益彰。磁力浮动定心复合磨削法原理简介如下工件主轴和导电金刚石砂轮分别通过电刷接到高频脉冲电源的输出端，彼此绝缘，其特征在于工件主轴前端装有可导电的磁力夹头，用永磁或电磁的方法在该夹头的端面上形成适当的磁场，使导磁的片状工件可吸附于夹头端面上，工件随主轴同步旋转，而且在砂轮的磨削作用下，可在夹头端面上滑移但不脱落，对不导磁工件，可用一块辅助磁体与夹头异极相吸地把工件夹压在夹头端面上。作为实施例，具体说明如下图一为磁力浮动定心复合磨削系统的示意图，图中1为砂轮主轴，2为导电金刚石砂轮，3为工作液喷咀，4为工件主轴，5为电刷，6为磁力夹头，7为工件，8为极性转换开关，9为高频脉冲电源。由图一可看出当砂轮沿Y轴进给，使其端面与工件主轴X的距离y＜r时(r为工件毛坯半径)，工件7随同主轴4旋转的同时，被砂轮推顶滑移，其中心01浮动偏离主轴中心0，由于工件与主轴以转速ω同步旋转(图一为逆时针方向)，偏心点由下方向上进入磨削加工区，重新被砂轮端面推顶产生新的偏心，这种“偏心旋入——推顶——产生新偏心”的连续过程，使工件始终以一定的压力(径向滑移摩擦阻力)保持与砂轮接触。如果此时砂轮不接脉冲电源，则砂轮对工件外圆进行连续纯机械磨削，只是因为工件的径向滑移退让，磨削余量不会很大，当偏心点或工件椭圆长轴高点进入加工区时，工件被砂轮“吃”掉一些，同时沿径向滑移退让一些，但无论如何，工件高点始终不会进入加工区下游，因此在加工过程中，虽然工件以ω同步旋转，但空间位置总是吸附悬留在X轴的斜下方，自动实现工件在圆周方向的连续柔性超量进给，不会崩毁砂轮或工件。当工件主轴反向(顺时针)旋转时，如图二所示，图中，偏心高点总是随着同步旋转由上方向下进入加工区，被砂轮推顶后产生的新偏心01，总是悬留在工件主轴的斜上方，随着工件加工余量Δ＝γ-y的逐渐蚀除减小，工件中心01相对于夹头6(如图中双点划线所示)沿着一条近似为阿几米德螺线的轨迹滑向主轴中心0，此时若砂轮2不再继续沿Y轴进给，则工件便悬停在与工件主轴足够同心的位置处，这就是本专利技术能够自动找正，浮动定心的道理。图二的情况下(主轴顺时针旋转)，工件由悬留在主轴斜上方的初始状态，随着加工余量的去除，逐渐回落到与主轴同心，这与工件重力的作用方向相同，因而比图一(主轴逆时针转，工件悬留于斜下方)的情况能够更好地纠正工件的椭圆度，适用于工件的精加工，工件主轴旋转方向可通过开关方便地转换。当工件及砂轮接上高频脉冲电源时，工件余量去除的机理，与纯机械磨削时有较大的差别，如图三所示。图三中，砂轮中的棱状颗粒1，2，3，4为金刚石微粒，工件中的1′、2′、3′、4′为人造金刚石或立方氮化硼微粒，阴影线为导电基体。图三a中，硬粒2与3′轻微擦碰，在此点的左、右一定范围内，金属基体之间存在合适的放电间隙，发生电火花放电，将金属基体蚀除掉一些。在最小间隙区(图三a中K处)可能发生短路放电(蚀除能力差)，但因高速相对运动，工作液冲刷及弥散的不导电微粒掠过，这种短路放电脉冲概率并不高，对蚀除效率影响不大。当工件和砂轮都转过一个角度时，如图三b所示凸出最高的硬粒3与2′接触，其作用力尚不足以使2′(或3)脱落，迫使工件产生径向滑移退让Δ，(0a→0b)在其左右邻近区域发生电火花放电，将硬粒2′周围的金属基体进一步掏空，同时，硬粒的尖峰可能或多或少地彼此撞掉一些如图三b中之3′所示，当工件转过一周，下次再进入加工区时，图三b中的大部分硬粒(如2′，3′)将在放电局部爆炸力及擦碰作用下脱落。工件中心(0a或0b)的浮动位置，取决于弥散的硬粒间微碰撞及电火花微爆炸斥力两个因素在时间和空间上的统计平均作用，以及磁力夹头端面与工件间的摩擦阻力情况。由上述分析可知，磁力浮动定心复合磨削时，工件余量主要是由放电来蚀除的，硬粒主要是脱落，只是尖峰处有少量脆性崩离，从宏观上看，只要机电参数及砂轮粒度选择合适，工件就与砂轮处于连续轻微接触，且自动维持足够的合理放电间隙区，又不至发生过多的短路脉冲状态。由此可见，本专利技术的磨削机理与定心式复合磨削法(如美国专利US,4,641,007图4—8)是不同的，可获得更高的生产率及低的砂轮损耗，工件装卸方便且自动找正，浮动定心，免去了复杂昂贵的控制系统，也能获得足够的加工精度。另一方面，磁力浮动定心方法由于与放电加工的结合，在磨削导电类工件时，比单纯机械磨削高效、低耗，二者相得益彰。当需要工件外圆有更佳的表面粗糙度时，可在复合磨削精加工结束后，断开脉冲电源，用金刚石砂轮略施纯机械光整磨削即可。本专利技术的磁性夹头，是一个端面吸盘，当用永磁体形成磁场时，其结构如图四所示，图四中，6.1及6.2为不导磁的金属柄部及外套或隔套，6.3为永磁体，虚线表示磁力线，磁场可以是简单的轴向磁场(如图四a)，可以是环形涌泉状磁场(如图四.b，图中6.4为导磁杯)，也可如图四c所示，用多个小磁体6.3极性相间地镶入不导磁的法兰盘6.2的端面，形成环链状磁场，如果将6.2的中心钻孔6.5，则可用此夹头吸附工件进行内圆磨削。对于导磁材料，用本方法磨完本文档来自技高网...

【技术保护点】
“磁力浮动定心复合磨削法”涉及一种用独特的装夹方式来对片状工件的外圆或内孔进行放电－机械复合磨削的方法，适用于钢、铜、铝、不锈钢、钛合金、硬质合金、聚晶金刚石或立方氮化硼复合材料，玻璃、陶瓷、半导体等材料的半精或精加工，对其中的导磁材料，还可进行端面加工。本专利技术的特征在于：在工件主轴的前端装有可导电的磁力夹头，用永磁或电磁的方法在该夹头的端面上形成适当的磁场，使导磁的片状工件可吸附于夹头端面上，工件随主轴同步旋转，而且在砂轮的磨削作用下，可在夹头端面上滑移但不脱落，对不导磁工件，可用一块辅助磁体与夹头异极相吸地把工件夹压在夹头端面上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宁光昌，刘小同，
申请(专利权)人：北京市电加工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]