摘要：对金刚石微粉烧结棒修整树脂结合剂金刚石砂轮进行了试验研究。以反映砂轮平面度的端面跳动和径向跳动作为修整效率的评价依据，通过试验对比了主轴转速、砂轮组织参数和修整棒进给速度对砂轮修整效率的影响，认为低主轴转速下修整棒对金刚石砂轮的修整效率较高、砂轮参数对修整效率的影响很小以及修整棒进给速度与修整效率呈非线性关系。

1 引言

超硬磨料砂轮的修整包括整形和修锐两方面内容。整形是使砂轮达到精度要求的几何形状，修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度，形成足够的切削刃和容屑空间，维持稳定的磨削性能。由于超硬磨料尤其是金刚石颗粒本身的硬度高于其他材料，因而超硬磨料砂轮的修整非常困难。当前对超硬砂轮修整技术的研究主要分为两大方面，一方面是对传统的修整技术进行改进，开发了杯形砂轮磨削法、游离磨料喷射法和弹性超声修锐法等；另一方面是将特种加工方法引入修整技术，开发了激光修整、在线电解修整、电火花修整、超声振动修整、双电极接触放电修整和磁粉研蚀修锐等方法。但由于这些方法普遍存在成本较高、工艺复杂等缺陷，因此难以在企业的实际生产中广泛推广。为了寻找一种成本较低、切实可行而又操作简单的修整方法，我们从美国引进了一种超硬磨具修整工具———金刚石微粉、钽和铌的烧结棒(以下简称为金刚石微粉棒) ，并利用工厂机床上原有的修整装置进行金刚石砂轮的修整试验。本文重点研究了金刚石微粉棒用于修整树脂结合剂金刚石砂轮的修整工艺。

2 砂轮修整试验与结果分析

某厂在Y7125型磨齿机上采用碟形树脂结合剂金刚石砂轮进行渐开线硬质合金插齿刀加工，其加工原理是利用齿轮齿条啮合原理展成插齿刀齿形。在磨制插齿刀的过程中，由于砂轮工作表面的磨粒逐渐磨钝，使磨削力增大，磨削温度上升，发生颤振，从而影响插齿刀的表面质量；同时，因砂轮的损耗使砂轮工作表面丧失正确的几何形状，使展成运动精度降低，加工质量无法保证。由于维持砂轮工作表面的几何形状以确保展成运动精度是插齿刀加工的关键，因而对砂轮的平面度、砂轮端面与砂轮主轴的垂直度要求很高。据此我们选定砂轮的端面跳动和径向跳动的变化率(即曲线斜率) 作为评价砂轮修整效果的主要依据，采用金刚石微粉棒进行了树脂结合剂金刚石砂轮的修整试验。试验原理见图1，试验条件见下表。

图1 修整试验原理装置图

表  试验条件机床Y7125磨齿机，主轴转速1415r/min，电机功率1.5Kw碟形金刚石砂轮(外径400mm，磨料层宽20mm)砂轮1：树脂结合剂，75%浓度，150#粒度砂轮2：树脂结合剂，100%浓度，200#粒度修整装置Y7125磨齿机专用修整装置修整棒材料：金刚石微粉烧结棒，d=9.525mm，L=44.45mm变频器FVR2.2E11S—V无级调速范围：0～400Hz

图2 砂轮2在不同主轴转速下的修整效率对比

图4 修整棒不同进给速度下砂轮修整效率的对比(570r/min)

试验采取一次进给切深0.03mm、往复行程2回、若干次进给后测量一次砂轮跳动的方法。为了进一步验证主轴转速及其他参数对砂轮修整效果的影响，我们从主轴转速、砂轮参数、修整棒进给速度三个方面进行了交叉对比试验：(1)对砂轮1和砂轮2变换主轴转速的对比试验；(2)同主轴转速下变换砂轮参数的对比试验；(3)对砂轮2变换进给速度的对比试验。

2.1 主轴转速对修整效率的影响

由于以前的修整工艺中缺乏研究砂轮主轴转速的试验结果，为了确定砂轮主轴转速与修整效果之间的关系，我们对机床进行了无级变速改装，并对不同砂轮主轴转速对修整效率的影响进行了对比。对两种砂轮进行的初步试验发现，在主轴转速为810r/min时砂轮1的修整效率明显高于主轴转速为1450r/min时砂轮2的修整效率。图2是在切深和修整棒进给速度相同的情况下，对变换砂轮2的主轴转速所得到的试验数据。从图2中可以看出，无论是端面跳动还是径向跳动，在主轴转速较低时砂轮修整曲线的变化率更大，说明在低转速下砂轮的修整效率更高。这是由于在低转速下，单位时间内砂轮表面的金刚石颗粒对修整棒的切削次数比高转速时少，使修整棒的无谓损耗减少，而修整棒对砂轮结合剂的切削作用增强，因而提高了修整效率。

2.2 砂轮参数对修整效率的影响

为了研究砂轮参数对修整效果的影响，在570r/min主轴转速下保持切深和进给速度相同，分别对不同参数的砂轮进行了修整对比试验。试验结果见图3。

图3 相同主轴转速下(570r/min)不同参数的砂轮修整效率对比

从图3中可以看出在两组试验中砂轮的端面跳动变化率相差无几，而砂轮1的径向跳动变化率略大于砂轮2。通过对两种砂轮分别磨制的硬质合金插齿刀的齿形和齿面进行检测发现，由砂轮2磨出的插齿刀的齿形精度和表面质量都明显高于砂轮1磨出的插齿刀，即采用砂轮2的参数有利于提高被加工齿轮的表面质量。因此，综合考虑砂轮修整效果和加工质量两方面因素，可以适当加大砂轮的浓度和粒度以提高插齿刀的加工质量。

2.3 修整棒进给速度对修整效率的影响

由于试验条件的限制，我们在车床上实现了模拟Y7125磨齿机对金刚石砂轮进行修整的试验，并且通过改变机床刀架的横向走刀速度实现了修整棒进给速度的调整。主轴转速为570r/min时改变修整棒进给速度时的砂轮端面跳动对比曲线见图4(修整棒进给速度=主轴转速(r/min)×横向走刀速度(r/mm))。图4中三条曲线的进给速度分别为1185mm/s、2185mm/s和11235mm/s。从图4中可以观察到：当修整棒进给速度为1.85mm/s时，砂轮端面跳动变化率最大，这说明修整棒进给速度与修整效率之间存在一个极值点，二者之间的关系为非线性比例关系。这是由于进给过快或过慢都将加大修整棒的消耗速度，使得修整棒的切深在棒与砂轮接触后很短的时间内就消耗殆尽，后续的磨削过程只是修光作用，没有起到对砂轮结合剂进行切削的作用，因而不能达到提高修整效率的目的。

3 结论

综上所述，由金刚石微粉与钽和铌烧结而成的新型修整棒可用于对金刚石砂轮进行修整。采用基于金刚石微粉烧结棒的超硬砂轮修整方法，勿需对机床进行大的改造，可充分利用机床原有的修整装置，应用合理的修整工艺便可获得较满意的整形效果。该方法工艺简单、操作方便，砂轮整形后用绿色SiC在工作转速下对砂轮进行修锐后便可用于插齿刀加工。

修整试验证明：(1)若切深和修整棒进给速度一定，则主轴转速较低时修整棒对金刚石砂轮的修整效率较高；(2)修整棒进给速度与修整效率呈非线性关系；(3)改变砂轮参数对砂轮修整效率的影响很小。