电镀砂轮磨粒等高性影响磨削性能研究

Hr = xmax - xmin
渊1冤
n
姨 移 Hs=
1 n
渊 xi - 滋 冤 2
i=1
渊2冤
第 42 卷第 8 期
师超钰等：电镀砂轮磨粒等高性影响磨削性能研究
137
其中
n
移 滋=
1 n
xi
i=1
渊3冤
截取砂轮圆周某一段的特征点进行分析袁可以获
取磨粒高度的微观分布状态袁实现砂轮表面局部区
域磨粒微观等高性的评价遥
1冤窗口限幅滤波遥 由于激光光斑照射到磨粒的 边缘或两磨粒交界位置时袁传感器会输出峰值和谷值 的奇异数据[13]袁需要对采样数据进行滤波处理遥 方法 是袁在原始采样数据上设置一逐点滑动的滤波窗口袁 计算窗口内数据的极差袁并与设定阈值比较袁若极差
砂轮
激光传感器
图 1 磨粒等高性测量装置照片
0.2 原始数据 0.0
摘 要院为解决电镀砂轮表面磨粒等高性差导致的磨削性能不佳的问题袁提出磨粒等高性的测量方法和量化指标渊Hr
和 Hs冤袁采用金刚石滚轮对砂轮进行微量修整袁检测磨削功率和磨削表面质量以评价砂轮磨削性能袁分析磨粒等高性与
砂轮磨削性能的关系遥 实验结果表明院微量修整可以明显提高电镀砂轮表面磨粒的等高性袁从而改善磨削表面振纹和
-0.3 0.2 滤波后
0.0
-0.3 0
600 采样点数
图 2 滤波前后数据曲线对比
小于阈值袁则窗口内全部数据均可通过曰将所有通过
的数据点按窗口顺序依次排列整理袁已经整理的数
据点不重复列入袁整理后得滤波后数据遥 通过滤波袁
可将奇异数据置为空值袁图 2 为滤波前后对比袁可看
出对奇异数据有较好的滤除效果遥
3 实验结果及分析
按照上述条件开展电镀 CBN 砂轮微量修整尧砂 轮表面磨粒等高性测试尧试件磨削和磨削质量测试 的实验循环袁比较分析各轮实验结果遥 3.1 磨粒等高性及砂轮形貌
图 3 为砂轮修整前和累计修整进给 70 滋m 时袁 磨粒等高性测试特征点的结果袁其中测试值为相对值袁 大小与激光传感器安装位置有关遥 由于砂轮一周的 特征点较多袁为便于宏观分析袁只在砂轮表面每 5毅取 一代表性特征点显示遥 可以看出袁砂轮修整前袁砂轮 表面一周磨粒的宏观高度相差较大袁存在明显的宏 观外圆跳动曰砂轮修整后袁磨粒宏观高度相差变小袁 趋向一致遥
SHI Chaoyu，FENG Keming，ZHU Jianhui （Zhengzhou Research Institute for Abrasive & Grinding Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China）
Abstract: To solve the problem of poor grinding capability of electroplated grinding wheel caused by the difference of height consistency of grains on surface electroplated grinding wheel， the measurement methods and quantification indexes （Hr and Hs） were proposed. Meanwhile，a precise dressing was carried out for the grinding wheel with a diamond roller， and the grinding performance was evaluated through monitoring the grinding power and grinding surface quality， and then，the correlation between grain height consistency and grinding performance of grinding
为验证各轮修整前后砂轮磨削性能的变化袁选 择 45 钢圆棒作为磨削试件开展磨削实验袁试件尺寸 为 准60 mm伊400 mm袁磨削方式为外圆切入式磨削袁实 验参数如表 2 所示遥 2.4 磨削质量测试
通过测试磨削实验中的磨削功率尧磨削表面粗 糙度尧磨削表面波纹度来评价砂轮的磨削性能遥 磨 削功率选用三相功率仪 AN87500 测试袁磨削表面粗
表 2 磨削实验参数
试验条件 砂轮线速度
试件转速 磨削深度
参数 81.6 m/s 60 r/min 0.3 mm
试验条件 最大进给速率
光磨次数 冷却条件
参数 0.4 mm/min 无 水基冷却液
糙度选择 TIME3230 轮廓仪测试袁磨削表面波纹度 借助 LK-G5000 激光位移传感器测试遥 同时袁利用 VHX-2000 显微镜考察磨削表面的微观形貌袁直观分 析其纹理和振纹[14-15]的形态遥
粗糙度袁但应防止修整钝化曰为获得良好修整效果袁通过 Hr 定量分析袁修整前 Hr 值不能大于磨粒直径的 30%袁修整后
不宜大于磨粒直径的 8%遥
关键词院电镀砂轮曰磨粒等高性曰表征参数曰磨削性能
文献标志码院A
文章编号院1674-5124渊2016冤08-0135-06
Research on influences of grain height consistency on grinding performance of electroplated wheel
2 实验条件与方法
选择 60/70# 电镀 CBN 砂轮袁尺寸 500 mm伊2床 CNC8325 上进行实
验遥 该机床主轴转速可调袁X 向进给精度 1 滋m袁采用
M6000 动平衡系统对砂轮进行在线动平衡遥
2.1 砂轮修整
采用金刚石滚轮通过纵向往复移动的方式对砂
的先进加工制造工艺技术袁被誉为野现代磨削技术的 最高峰冶袁并为国际生产工程学会渊CIRP冤确定为面向 21 世纪的中心研究方向[1-2]遥 对于高速超高速磨削袁 砂轮表面磨粒的状态是决定磨削质量的主要因素 之一[3]遥 在同样的砂轮转速下袁磨粒等高性差袁则参与 切削的动态有效磨粒数少袁磨削效率低袁甚至引起磨
136
中国测试
2016 年 8 月
削振动袁 造成磨削表面损伤恶化和砂轮的不均匀损 耗遥 针对电镀砂轮袁其表面只有一层磨粒袁磨粒损耗 后无新磨粒补充袁其磨粒等高性对磨削质量的影响更 为突出遥 因此袁深入研究电镀砂轮精密修整后磨粒 等高性变化袁并分析磨粒等高性对磨削性能的影响 具有重要意义遥
目前国内外很多学者致力于砂轮形貌测量和评 价的研究[4-8]袁但对于砂轮形貌中磨粒等高性的测量 和评价研究较少袁刘佳等[9]利用等高线图直观比较砂 轮修整前后磨粒等高性的变化曰张贝等 利 [10] 用激光 三角法测量砂轮形貌并对局部测量数据的轮廓峰点 高度进行统计分析遥 以上研究只针对砂轮表面局部 区域的磨粒高度进行观察比较或统计分析袁并未提出 磨粒等高性的量化指标遥
2冤中位值插值遥 为修复被滤除的奇异数据留下
的空值袁对其进行中位值插值袁即选择空值点邻近的
若干个数据点袁计算其中位值并补充到该空值点的
位置遥
3冤提取特征点遥 从砂轮一周的采样数据中提取
出光斑扫过的磨粒轮廓的峰点袁作为特征点袁这些特
征点基本上代表了磨粒的高度遥 特征点提取方法如下院
在滤波尧 插值处理后的数据上设置一逐点滑动
的取样窗口袁计算窗口内数据的最大值袁如果某取样
窗口的最大值与之前相邻窗口的最大值不是同一数
据点袁则该取样窗口的最大值可通过袁将所有通过取
样窗口的数据点依次排列整理曰然后对这些整理后
的数据点袁以每个数据点为中心袁设置一固定的筛选
窗口袁如果窗口内只有一个数据点袁则该数据点可通
过袁如果窗口内有多个数据点袁且中心数据点最大袁
第 42 卷第 8 期 2016 年 8 月
中国测试 CHINA MEASUREMENT & TEST
Vol.42 No.8 August，2016
doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.08.028
电镀砂轮磨粒等高性影响磨削性能研究
师超钰袁 冯克明袁 朱建辉
（郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，河南 郑州 450000）
量值 1 10 滋m 逆修 水基冷却液
2.2 磨粒等高性测试 选用 LK-G5000 激光位移传感器对砂轮修整
前后的外圆表面进行测量袁光斑直径 25 滋m袁设置采 样频率 200 kHz袁测量位置为砂轮外圆宽度的中间位 置袁计算砂轮表面磨粒等高性表征参数的值遥 选用 VHX-2000 超景深光学显微镜对砂轮表面微观形貌 进行定点跟踪观测袁探究修整前后砂轮表面磨粒的 微观变化遥 2.3 磨削实验
鉴于此袁本文针对电镀砂轮提出了磨粒等高性的 测量及定量表征方法袁并且开展实验分析研究了磨粒 等高性对电镀 CBN 砂轮磨削性能的影响袁制定出电 镀 CBN 砂轮在良好的修整和磨削状态下袁磨粒等高 性表征参数的合理量值范围袁有利于磨削加工质量 和效率的提升遥
1 磨粒等高性测量方法
砂轮是非均质多元复合材料袁其表面特性决定了 接触式量仪难以真实反映表面磨粒等高性信息遥 为 此袁本文利用激光位移传感器[11-12]搭建电镀砂轮磨粒 等高性的非接触测量装置袁如图 1 所示袁激光传感器 安装于砂轮的前方袁保证激光光斑的照射路径通过 砂轮轴的中心遥 当光斑照射在砂轮表面上时袁被照射 点的相对高度值就通过激光传感器获取并传输至计 算机中遥 对砂轮外圆表面采样一周袁通过数据处理袁 完成磨粒等高性的计算和表征遥 处理步骤如下院
grinding performance
0引言
高速高效磨削技术是集高效尧优质尧低耗于一体
收稿日期院2016-01-10曰收到修改稿日期院2016-02-27 基金项目院国家科技支撑计划基金资助项目渊2015BAF31B00冤 作者简介：师超钰渊1988-冤袁男袁河南郑州市人袁助理工程师袁 硕士袁主要从事智能磨削监测与测试的研究遥