金刚石砂轮修整器的研究

【摘要】：金刚石砂轮具有优异的磨削性能,广泛应用于硬脆材料的精密和超精密磨削加工,其推广应用已成为工业发达国家技术进步的重要标志。但由于金刚石砂轮具有极高的硬度,修整困难,限制了金刚石砂轮的应用,因此开发一种新的砂轮修整装置具有十分重要的实际意义和必要性。 针对黎明公司磨削叶片用的碗状金刚石砂轮,在广泛学习和分析了相关资料文献的基础上,本文开发了一种新型金刚石砂轮在线修整装置。该装置由修整砂轮、微进给机械机构和控制系统所构成。 为解决高硬度的金刚石磨料难以修锐的问题,修整器采用同样磨料的修整轮,通过使其变高速运动来提高其相对硬度,使其具备了修整能力。 金刚石砂轮的修整还需要通过两个方向的进给运动方可实现全部修整工作。其中沿砂轮表面切向运动由机床工作台的纵向进给运动完成,而沿砂轮表面法向运动的微进给运动由修整器的微位移机构来实现。上述各运动均由以PLC为核心的控制系统控制变频调速微型高速电机和步进电机以及普通交流电机来进行。可见,该装置是一个高技术含量的机电一体化系统。为研制该系统,本文主要进行了以下工作： (1)通过探讨了各种微进给机构的工作原理和特点,确定了修整器采用弹性铰链形式,设计了由步进电机驱动经齿轮和丝杠丝母传动利用弹性变形产生微位移的机械结构。 (2)弹性体是微进给机构的关键零件,位移量的大小直接影响进给量的范围,且必须在满足最大进给量的前提下,弹性体不会发生塑性变形和破坏。因此利用有限元软件对弹性体进行结构参数与弹性变形量影响程度的分析,确定了该零件的主要结构参数。 (3)根据控制运动等功能要求,确定了以西门子S7-200系列可编程控制器(PLC)为核心的控制系统总体方案,设计了包括步进电机接口电路、高速电机变频调速器接口电路以及修整轮接触状态检测电路在内的修整器的控制电路,采用MD204L显示模块作为人机交互界面。 (4)编写了修整器的控制程序实现了对砂轮修整器各工作方式的操作、参数设定、状态显示等控制功能。 (5)进行了新型修整器的初步修整实验,表明该修整器基本达到了设计要求。 本砂轮修整器的开发,使金刚石砂轮的在线修整成为现实,填补了该领域的国内空白。