如何實(shí)現(xiàn)雙側(cè)平面磨削的最佳化

　進(jìn)一步研發(fā)設(shè)有傳感元件和數(shù)據(jù)傳送功能的高效磨削刀具及其工藝數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以使行星運(yùn)動方式的雙側(cè)精密平磨流程達(dá)到最佳化。
　　
優(yōu)化了的球面外形降低了接觸面積，在采用行星傳動
方式和新型流程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的雙側(cè)平面磨削過程中，
可以達(dá)到更高的磨削效率和工件上的更少熱量導(dǎo)入
　　采用行星運(yùn)動的雙側(cè)平面磨削主要用于對扁平工件的精密平行功能平面進(jìn)行加工。由于加工工藝非常靈活，因此可接受加工的工件材料范圍極廣，工件的幾何外形也可以多種多樣，例如齒輪、擋環(huán)和墊片、轉(zhuǎn)位刀片和圓盤刀等。工件在一個工序上雙側(cè)同時接受兩個設(shè)有襯層的環(huán)形磨削盤的磨削。通過對刀盤進(jìn)給力的控制，可以很好地維持材料切割所需的正常力，而不受工件厚度的影響。由此，工件可以在不受壓的情況下被引向行星齒輪箱中圍繞設(shè)備中心運(yùn)行的砂輪(圖1)。
　　

圖1AC700-F型雙側(cè)扁平磨床的運(yùn)動原理
　　通過這種行星傳動機(jī)構(gòu)原理，工件在磨削加工過程中勾勒出循環(huán)軌跡，如圖2所示。刀具與工件之間的這種相互運(yùn)動，可以使金剛石層達(dá)到很均衡的載荷，材料磨削也很平整。這是精密平面加工所必需的。由此可以實(shí)現(xiàn)其他平面磨削無法達(dá)到的良好的尺寸精度、平面度和平行度等加工結(jié)果。
　　
a雙側(cè)面磨床；b行星運(yùn)動；c軌跡形狀
圖2用于設(shè)計(jì)行星運(yùn)動速率的模擬軌跡形狀
　    多種因素影響磨削效果
　　如同其他磨削工藝，雙側(cè)平面磨削結(jié)果也會受到眾多因素的影響。需要考慮到的主要影響因素見圖3所示。如果工件的所有特征均得到設(shè)定，則設(shè)備在規(guī)格和驅(qū)動功率等方面必須作相應(yīng)的設(shè)計(jì)。尤其是在加工難切割材質(zhì)的大型工件時，如果砂輪的驅(qū)動功率設(shè)計(jì)過小的話，則加工作業(yè)會受到很大的制約。一旦磨削盤直徑設(shè)計(jì)與工件規(guī)格不相匹配，雖然采取行星傳動機(jī)理，也會使得磨削襯層磨損不均勻，從而影響加工的結(jié)果。
　　

圖3可影響到磨削結(jié)果的影響因素
　　如果磨削刀具和所采用的冷卻潤滑劑與加工工件不匹配的話，則雙側(cè)扁平磨床的優(yōu)勢就得不到充分的發(fā)揮。唯有充分考慮到所有影響因素，方可通過設(shè)定合適的作業(yè)參數(shù)獲得理想的加工結(jié)果。
　　選擇正確的工藝參數(shù)是關(guān)鍵
　　工藝設(shè)定或正確選擇工藝參數(shù)，同樣是圓滿完成加工任務(wù)的關(guān)鍵。這里，兩個砂輪和驅(qū)動葉輪盤運(yùn)行的內(nèi)銷環(huán)的轉(zhuǎn)速非常重要。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速關(guān)系直接決定了工件在刀盤襯層上的磨削軌跡。只有工件運(yùn)行軌跡近似地覆蓋襯層的所有區(qū)域，方可使刀具達(dá)到所希望的均勻受載，實(shí)現(xiàn)良好的加工結(jié)果。在過去，為了獲得何種轉(zhuǎn)速最有利于所給定的應(yīng)用場合的數(shù)據(jù)，往往需要積累多年工作經(jīng)驗(yàn)或?qū)嵤┐罅康脑囼?yàn)。在此期間，通過采用模擬程序，在所選定的參數(shù)條件下，可以事先計(jì)算出所需的軌跡(圖2)。
    　對意外變化做出快速而正確的回應(yīng)
　　所有有助于掌握磨削流程和對工藝流程意外變化做出快速和正確反應(yīng)的信息是非常重要的。例如，有關(guān)金剛石磨損或刀具與工件之間接觸區(qū)的力和溫度變化情況等信息可以幫助人們對工藝流程的理解，從而促使磨削流程進(jìn)入一種極佳的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。在PeterWolters公司所研發(fā)的新型砂輪方案中，傳感器與無線數(shù)據(jù)傳送的遙測單元一起被集成到砂輪上(圖4)。由此可以首次做到在雙側(cè)平面磨削時對加工流程中砂輪的載荷情況進(jìn)行觀察。
　　

圖4裝有傳感器的“智慧型”砂輪的構(gòu)造
　　結(jié)合采用設(shè)備上的其他數(shù)據(jù)(如驅(qū)動力矩、冷卻介質(zhì)流速、溫度等)，即可對設(shè)備工藝流程進(jìn)行綜合分析和評判。通過一種Datacare數(shù)據(jù)過濾系統(tǒng)，PeterWolters公司可以提供一種比以往更快速優(yōu)化工藝參數(shù)的高效工具。由此所獲得的更為穩(wěn)定地工藝條件有助于設(shè)備生產(chǎn)效率的提高�？梢岳�用此類工藝參數(shù)分析工具，以便從大量可供使用的磨削刀具中，為特定的應(yīng)用場合挑選出合適的磨削，或?qū)δハ鞯毒哌M(jìn)行優(yōu)化處理。
　　對磨削刀具技術(shù)規(guī)格的確定，往往都是在最大磨削能力和所需的工件表面質(zhì)量之間的一種妥協(xié)。一般說來，人們都從其經(jīng)驗(yàn)值或制造廠家經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)備操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)上選擇磨削刀具。在決定某種工藝流程時，往往只關(guān)注顆粒大小、顆粒類型和結(jié)合物等因素。金剛石層的外形設(shè)計(jì)，例如金剛石層的顆粒大小和形狀(Pellets)和其間的空隙，往往會被忽略或忽視掉。
　　提高單位時間切削效率
　　在加工不敏感和穩(wěn)定的工件(如泵的定子或轉(zhuǎn)子)時，人們通常優(yōu)先考慮切削效率。其實(shí)對于很高的切削時間與容積比率情況，很高的表面壓力也是必不可少的。很高的表面壓力要依靠設(shè)備負(fù)荷系統(tǒng)較高的垂直力才能獲得。但是，這方面也有缺陷，即設(shè)備即使可以達(dá)到所需的垂直切削力，也常常是處于其能力極限上運(yùn)行。此外，過高的垂直力也容易導(dǎo)致諸如作業(yè)砂輪等部件的彈性變形，從而影響到加工結(jié)果。為了避免此類影響，應(yīng)把特定切削時間容積比所需的設(shè)備垂直切削力盡量維持在較低的水平上。通過降低工作砂輪面所對應(yīng)的有效磨削面的面積和提高表面切削力水平，可以實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。在磨削顆粒與工件切削材料之間所提高的單位壓力可以帶來所需的很高的單位時間切削效率。
　　通過與Tech和Diprotex這兩家金剛石磨削工具制造廠商的緊密合作，在兩個示范性加工流程中實(shí)現(xiàn)了降低金剛石層面積的制造策略。采用特殊效用的金剛石層，即可降低金剛石層的有效面積(圖5)。
　　

a-槽；b-金剛石層83%；c-槽；d-襯層63%；e-槽；f-金剛石層53%
圖5金剛石層的減少和形狀
   　 采用較小的金剛石層面積
　　將金剛石層面積縮小，可以達(dá)到特定單位時間切削效率所需的表面切削壓力，從而使砂輪達(dá)到更長的使用壽命，并使工件達(dá)到更高的質(zhì)量。由此，磨削作業(yè)可以從原來的大約35個循環(huán)提高到接近80個循環(huán)，之后才需接受維護(hù)。
   　根據(jù)針對不同開槽所給定的100μm/min磨削率所需的切削力的測試，可以看出，較小的磨削面可以促使切削力的降低。針對第二種加工場合，即加工大面積的部件，開發(fā)出了一種特殊的環(huán)狀砂輪。這種砂輪甚至可以縮小74%的接觸面，從而達(dá)到更有效的切削和降低部件的受熱輻射程度。單位面積的磨削壓力則從大約0.3daN/cm2，提高到1.1daN/cm2。在改善G比例(材料磨削與金剛石層磨耗之間比例)的同時，可以把25μm/min的磨削率提高到60μm/min磨削率。在一臺PeterWoltersAC700-F型磨床上，可以在兩個磨削循環(huán)之間對加工余量為500μm的部件進(jìn)行十次加裝、每次五個部件的磨削加工。對于難加工的工件來說，這個數(shù)值已經(jīng)是很好的。
　　通過過程數(shù)據(jù)監(jiān)視，簡化最優(yōu)化流程
　　通過采用上述系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)監(jiān)視功能，還可以發(fā)現(xiàn)其很大的優(yōu)點(diǎn)在于對切削力的調(diào)節(jié)上，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單位時間切削量。例如在第一種應(yīng)用場合中，可以依據(jù)驅(qū)動力矩的情況來調(diào)節(jié)切削力的大小，由此提高磨削效率。
　　最后可以明確一點(diǎn)，即采用諸如Datacare過程數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)，可以極大提高流程優(yōu)化程度，或者可以尋找到新的技術(shù)方案的途徑。此外，連續(xù)的過程數(shù)據(jù)記錄也可以在確保機(jī)床長期穩(wěn)定運(yùn)行方面，對雙側(cè)平面磨床的操作人員提供支持。