介绍一种新型的加工窄深槽磨具（CBN）的基体设计

根据当前加工窄深槽现状和难题，介绍了一种新型的加工窄深槽磨具的基体设计，并用有限元对其进行了模态分析，得出了磨具振动的频率。
【关键词】ＣＢＮ磨具
【中图分类号】 ＴＧ74＋9 【文献标识码】 Ａ 【文章编号】 1003－ 773Ｘ（2008）03－ 0114－ 02
0 引 言
高精度窄深槽一直是机械machine/加工的难题。以前，对普通材料零件上的宽度＞2 ｍｍ的窄深槽， 通常是用切口铣刀预先铣槽， 经热处理后再用较薄的树脂或陶瓷结合剂砂轮磨削加工。这种工艺加工效率低、砂轮强度低、刚性差、寿命短， 较难达到高加工精度。采用普通砂轮缓进给磨削工艺， 通过一次磨削热处理后的工件时可加工出较高精度的窄深槽。对于宽度＜2 ｍｍ的窄深槽，铣削加工时，成本高，精度低；采用普通砂轮缓进给磨削时，砂轮工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整时极易破碎，加工成本很高。近年来，电镀超硬磨料砂轮广泛用于高精度槽的缓进给磨削。国外已用电镀ＣＢＮ砂轮在硬度ＨＲＣ42的4340 钢件上缓进给磨削出宽1．52ｍｍ、深6．35 ｍｍ、带有 Ｒ为0．38 ｍｍ 圆角的窄深槽。国内也用电镀ＣＢＮ砂轮在普通钢材上缓进给磨削出宽1．5 ｍｍ的窄深槽。许多由难加工材料制造的航空零件， 有各种各样高精度的型槽，特别是飞机涡轮叶片根部高精度齿槽和窄深直槽的加工， 一直是国内叶片加工的难点。本文将介绍电镀 ＣＢＮ 砂轮缓进给磨削窄深槽的磨具基体设计。
1 磨具基体的半径设计
磨具速度增加，磨削表面粗糙度值减小，这是由于增大砂轮速度会使单颗磨粒未变形、磨屑厚度减小的缘故。高速度磨削可以提高金属切除率，降低磨削
力、减少功率消耗，可以提高磨削效率。提高ＣＢＮ磨具速度，可使工件表面粗糙度改善；磨具速度越高，工件表面粗糙度越好，切向和法向磨削力下降，这样就减小了单个磨粒上承受的力， 因而磨具磨损减小、磨削热可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深减小， 切屑截面面积减小， 同时切削次数和磨削热增加，这两个因素均使堵塞量增加［1］。根据工艺要求磨具的线速度要到30 ｍｐｓ以上时，机床转速要能达到6000ｒｐｍ；为了防止机床振动带来不利影响，我们一般选取4000ｒｐｍ。这时，磨具边缘的线速度ｖ＝πｄｎ。ｄ为磨具直径，ｎ为机床转速。我们选ｄ＝200 ｍｍ，计算得ｖ＝41．9ｍｐｓ，符合加工工艺的速度要求。

2 磨具基体的厚度选择
磨具总厚度为2 ｍｍ，考虑到镀层和底镍的厚度，设计的基体厚度 δ＝2－ 2ｄ1－ 2ｄ2。ｄ1为电镀磨料粒径，ｄ2为底镍厚度。一般，底镍厚度3￣5μｍ，取 4μｍ。磨料粒度的选择主要考虑磨削效率和工件表面粗糙度的要求。综合两方因素我们选择100￣120粒度的ＣＢＮ，按照ＧＢ6408－ 98标准，相应尺寸为120￣150μｍ，可取最大值150μｍ，算得厚度δ＝1．692 ｍｍ。但是考虑到砂粒的热膨胀，根据经验热膨胀大概为5μｍ，因此最后的厚度定为δ＝1．687 ｍｍ。
3 磨具基体的建摸和有限元分析

1） 磨具建模和磨具网格划分后的单元模型

2）进行有限元分析，查看3阶固有频率。
＊＊ ＩＮＤＥＸ ＯＦ ＤＡＴＡ ＳＥＴＳ
ＯＮ ＲＥＳＵＬＴＳ ＦＩＬＥ ＊＊ＳＥＴ ＴＩＭＥ／ＦＲＥＱ ＬＯＡＤ ＳＴＥＰ ＳＵＢＳＴＥＰ ＣＵＭＵＬＡＴＩＶＥ
1 2 477．2 1 1 1
2 7 661．8 1 2 2
3 7 696．3 1 3 3
（3）各阶固有频率磨具变形情况。当磨具以临界旋转时，磨具基体受到应力最大，应变最大，到达“临界”状态时，磨具强烈振动，导致磨具寿命下降，甚至破坏磨具［2］。磨具临界转速和频率关系为： ｎ＝60×ｆ。ｎ为转速（ｒｐｍ）， ｆ 为频率（Ｈｚ）。可将磨具频率转化为临界转速， 见表1。磨具的工作转速为4 000 ｒｐｍ。由表（1）可以看出， 磨具的工作转速远低于临界转速。
磨具在这些频率下，变形量都很小，不会导致磨具在工作时损坏，能够正常工作。

4 结 论
在保证磨具制作工艺条件下，按上述设计磨具对机床损害少，磨具寿命高， 加工精度也能得到保证。
参考文献
［1］ 朱山民， 陈已珊．金刚石磨具制造［Ｍ］．北京：机械machine工业出版社，2005．
［2］ 《电镀用材料和设备手册》编写组．电镀用材料和设备手册［Ｍ］．北京： 国防工业出版社， 1989．