基于实时监控的金属结合剂金刚石微粉砂轮电火花精密整形金卫东任成祖华瑾海王太勇天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天大东超纳米复合结构陶瓷联合实验室。300072整精密与超精密磨削是项加工新技术。金属结合剂砂轮具有很高的强度硬度及良好的耐磨性，但修整困难。与普通磨削砂轮不同，金属结合剂金刚石微粉砂轮的修整分为整形和修锐两个阶段。本文开发了基于组态软件10贾的数据采集系统，研究了基于实时监控的金属结合剂金刚石微粉砂轮电火花精密整形技术。结果明砂轮旋转周期中的放电电流曲线是否呈现局部放电特征可以作为新设定电参数是否具有加工能力的判据。砂轮整形过程中的放电电流曲线是否达到平滑，即是否出现周圈放电现象可以作为其是否还具有整形能力的判据。对于圆跳小于1砂轮精密整形来说，仅靠观察火花状况实施进给难以避免空载拉弧甚至短路现象。通过整形电流波形的实时监控不仅可以方便地获取有效加工电规准，而且很容易避免极间短路现象鉴别非正常工作状态。金属结合剂微粉砂轮的整形精度和效率不仅与电规准有关，而且受到电极形状工作液的绝缘性能及最小进给量值的影响。实验明以电解液作为工作液采用平面电极，选定合适的电规准，W10微粉金刚石砂轮最终的整形精度可达到圆跳小于2ym锥度误差在Pm以内，平均整形效率约951他1.
寸主新技术。金属基超料砂轮磨刚性好，1修整B，Jf=，叫准。在普通磨削中忡用机械方法对砂轮扔饨灰以进采用金属结合剂超微细粒度超硬磨料砂轮实现硬行去除修整，使其重新恢复磨削能力。但这种方法用脆村料的精密超精密磨削足近年来出现的项加工于金属基超硬磨料微粉砂轮，修整效率很低。而1机械修整金属基砂轮时磨料后面留有结合剂角洲，使得磨料炻为零而使得摩擦力增大这对于微粉砂轮来说影响尤其大。与普通磨削砂轮不同，金属结合剂金刚石微粉砂轮的修整分力，形和修说两个阶段。电解也可厂金属结合剂砂轮的整形，似由于电化反应对间隙的反应没有电火花敏感。而电解整形，存在化学产物比较杂，所以电解整形精度不够高。金属结合剂砂轮电火花修整技术士08啤5.
简称0加最早于1993年提出，可应用于10精密磨削加工中作为金属结合剂超硬磨料砂轮的精密整形方法21.屯火花整形能够有效去除砂轮面的结合剂而不损坏金刚磨料，电火花整形可以实现在机013，10修核以修植溥片砂轮。口以头现成型修整。本文以贾10为例介绍基于实时监控的金属结合剂金刚石微粉砂轮电火花精密整形技术。
2基于组态软件1的数据采集系统为了准确方便的研究金属结合剂金刚石砂轮电火花整形的规律，基于，2003数据采集卡及组态软件资，数，求汜系统于对电火花，形过程中电流电压进行实时监测记录与分析，并可结合屯，测微仪用十砂轮跳动量的粘确测1.1电火花精密整形电流电压实时采集系统原理，放电电压与屯流经霍传感器感应低通滤波屯路滤波。并经数据采集卡传入计算机。
3金属结合剂金刚石微粉砂轮电火花整形实验系统与电参数选择3.1电火花整形装置潘120人精密卧轴矩台平面磨床，工具电极为碳钢平板，砂轮为铸铁结合剂金刚石微粉砂轮贾10.脉冲电源输出电压峰值为6090120档，输出电流最大峰值为20人，输出脉冲为脉冲宽度与脉冲间隔1 100士可调的方波。
3.2电火花整形机理电火花放屯之所以能够蚀除金属材料。主要是闪为电火花放电时，火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使结合剂局部熔化气化而被蚀除掉。
电火花整形就是利用金属结合剂砂轮与工具电极之间产生脉冲性火花放电的电腐蚀现象来蚀除砂轮面的金属结合剂以达到砂轮的尺寸和形状的整形要求。
由于砂轮跳动的存在，在其转动周期内砂轮外面各点与工具电极平面的间隙是不等的。火花放电总是优先在间隙最小处进行，所以蚀除总是发生在砂轮跳动量最大处，随着加工的持续进行将砂轮逐渐修圆。
在整形过程中，金属结合剂砂轮与工具电极之间产生过程中的放电凹坑相互重叠，逐渐提高整形精度或者获得所需截面形状。因此，砂轮的电火花整形机理与机械修整机理完个不1.芥山于电火花整形过程中。砂轮与工。1电极不接触。砂轮不受修萼力作用。从而避免了接触式修整时出现的振颤现象，因此可以达到很的，形精皮341.
3.3加工电规准的分析与选择31评价放电效果的指标主要1两个，放电效率。
是砂轮整形精度。整形精度由放电凹坑的大小主处是深度和凹坑的氓叠状况决足，放屯效率段时间内的砂轮总蚀除量决定砂轮总蚀除与阜个脉冲能及脉冲频率成正比。个放屯脉冲能1取决于极间放电屯压放电电流及其放电持续时间。在限流电阻与液体介质选定之后，放电电流与电源电压成正比例；单个脉冲能量与脉冲电流的幅值及脉冲持续时间成正比例。所以，放电效率与整形精度皆由脉冲电流从整形效率方面讲，单个脉冲能量越大整形效率越高；从整形精度方面讲，单个脉冲能量尽可能小，同时加大放电频率，则整形精度越高。为保证极间介质量，所以需要定的脉冲持续时间，即脉冲宽度。脉冲宽度和放电电压起决定单个脉冲能量，在粗整阶段可选择较长的脉宽，而精整阶段则宜选择较短的脉宽。
极间介质消电离是指放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复间隙介质处原有的绝缘强度，以免总是重复在同处发生放电而导致电弧放电。也只有这样才能保证在两极相对最近处或电阻率最小处形成下个放电通道。因此，脉冲间隔时间过长将降低加工效率，脉冲间隔时间过短将产生电弧放电。脉冲间隔大小应根据极间介质消电离的时间来确定。而消电离用相关。
总之，在记的电源电压下，适当增大脉冲宽度，确定与之合适的脉冲间隔，即尽可能提高脉冲占空比可以捉1单个脉冲能量，有利于提高整形效札而姑密牿形时在保证定加工能力前提下，应该降低单个脉冲能量，并适当增大脉冲间隔，以便于放电通道充分消电离。
频率低于迎出经笔者实验证实的以效率为主要目标的粗整电规准为1208020，即脉冲周期100占控比80；以保证整形精度的精整电规准为6202队，脉冲周期4队占柠比30，4实验结果与讨论4.1基于实时监控的电火花整形实验在完成静平衡之后将砂轮稳固地安装在机床主轴上进行电火花整形加工。整形方案分为两个阶段由于砂轮可能存在质量偏心会影响修整精度，所以粗整之需要新进行平衡处理。然后再进行粗精整形，直至达到整形要求12阁331为整形初采集到的放电电压及放电电流有效值个周期的波形曲线。放电电流峰值约10.7人，对应的击穿电压约30整形初期由于砂轮的偏心量比较大，在砂轮旋转周期间放电电流呈现与砂轮面形状致的曲线形态，有效放电区域大约占砂轮圆周的70.
流波形1线，4以看出由于砂轮跳动！1降低很大，砂轮圆周高厉点之间的厉得很小鲁寸砂轮在整3整形初期电压电流曲线3电火花整形放电电压与放电电流个圆周上几乎都存在放电现象。实验还明1当放电电流与放电电压曲线趋于滑之6.即便进行长间变却不能提高整形精度。有时砂轮跳动量不仅不会有所减小，还会因为进刀过程出现短路导致高点不放电最低点放电出现偏心量急剧增大的情况。因此，旦砂轮整个圆周都出现放电现象就明在该电规准下整形已经达到其极限精度，应予停机待测。显然，砂轮整形过程中的放电电流曲线是否达到平滑，即是否出现周圈放电现象可以作为某参数是否还具有加工能力的判据。同时，在判断个新设定电规准是否具有加工能力时，不需要通过试加工之后根据偏心量的变化情况来进行判别，而是直接根据放电电流的波形是否呈现局部放电的状态来进行判别。显然，这种判断方法可以获得更高的效率。
4.2放电间隙的控制及避免短路在两极之间施加脉冲电压后，放电通道处于非稳定的振荡状态，会在间隙出现空载加工短路和拉弧几种现象。空载是由于两极之间的距离过大产生的，应该通过适宜的进给量值与频次避免空载以提高加工效率。拉弧之所以发斗就是因为未能产生高频振荡，ngHouse.Allrightsreserved，httpwww.cnki.net拦要原因就是没有充分的消电离，这个可以提高适当增大脉冲间隔解决。两极接触时便发生短路，短路时电极间电流最大，容易发生高温灼伤。更重要的是短路总是最先在局点发生，不仅使得高点未能蚀除，而且会因为次高点甚至低点的蚀除导致精度降低。
放电间隙的控制实际上就是砂轮垂直方向间断进给量值与频率的确定。在粗整阶段由于单个脉冲能量大放电间隙大，可以通过火花强弱的观察来控制进给速度。当然，比较精确地避免空载短路和拉弧现象可以提高整形效率。在笔者进行的评10砂轮的粗整加，般是两个机床横衍程进给职，在偏心量达到出也以内进行精密整形时放电间隙非常小，因而需要更小的单个脉冲能量和更小的垂直进给量值。很容易在垂直进给时不是发生空载，就是发生短路甚至拉弧现象。空载影响整形效率，而旦短路将会使偏心量向增大方向急剧变化。仅仅依靠加工过程中火花强度的观1来控制进给圳率是不可能避免载短路与拉弧现象发生的+是，精密整形过祝中实时频采集到的砂轮旋转周时的放电电流。前者是有效电流波形，后者是存在短路现象时的电流波形。可以看出，有效放电火花击穿电流为5.5左心，而短路电流大约7说明发生短路时极间电流明显大于击穿电流。因此，采用放电电流的实时监控就可以根据采样波形来获取有然，放电电流的实时监控可以既获得整形精度又提高加。1效率。在笔者进的10砂轮的精整加工中。
般是2个横向行程进给2.
4.3关于电极形状电火花整形加工电极的形状有圆盘电极和平板电极两种。圆盘电极除旋转运动外，还需要工作台的横向运动。平板电极需要机床工作台的纵向与横向进给运动。由于圆盘电极的空载时间较少，其效率更高些。但是在精密整形时，圆盘电极的极限精度明显不如平板电极，如在602020和微细进给21下，圆盘电极在偏心量达到5！时，由于周圈存在放电效应，已经无法进步提高整形精度。而采用平板电极在同样电规准条件下却可以得到2此！的整形精度。
分析原因认为，由于圆盘电极本身的圆度误差和旋转时的振动现象难以避免，导致两极之间难以获得非常细小的放电间隙，并且放电间隙不够均，制约了极限精度的进步提高。而平板电极可以在粗整形阶段进步提高其自身平面度，使得精密整形时放电间隙能够到非常小。汴讪过低屯压平脉冲。即化较低的单个脉冲能量下旭过频宰的凹坑叠加获得极，的砂轮悠形精度。
4.4砂轮整形效率与整形精度影响砂轮扔削加工效率和面粗糙度的是砂轮跳动量。砂轮速旋转时的偏心跳动量实际1包拈效电规准，及时识别空载短路现象并予以调整。显0粗密整形有效电流波形，电流。，上存在短路现象的电流波形面的内容砂轮质量偏心导致的周期性振荡砂轮的圆度误差和砂轮的形状偏心。显然，用千分进行静态测量并不能反映砂轮质量偏心的影响，衡量者之综合影响的合理方法就是测量砂轮按加工转速旋转时砂轮外的线轨迹。采屯容测微仪仍助于数采系统对旋转砂轮进行非接触测量是可行方法。
评10金刚石金属结合剂砂轮初始偏心量为nrnnhMmmllUm，M135min0flMft.l轮跳动量降低到9此1.51为经过粗整并重新平衡处理后的砂轮轮廓极坐标曲线。可知偏心清约221.殓51为换电规准进行精密整形。人约50，之测得的砂轮轮靡极坐标曲线此，砂轮跳动为1.69tadgyjUimfUjiMiU20V802购的牿形精度为眺1以内，602020心整形粘度可达到21以内。
随珩整形加工的持续进行砂轮参放电的范围将加人。即由于材料上除景的增大导致偏心消除速度必然降低。由于砂轮圆度及形状偏心误差的个体差异，评价加工效率的理想方法应该是单位时间内的实际材时间如⑷砂轮旋转周期中的放电电流曲线是否呈现局部放电特征可以作为参数设定时判断其是否具有加工能力的判据。砂轮整形过程中的放电电流曲线是否达到平滑，即是否出现周圈放电现象可以作为其是否具有加工能力的判据。
对于圆跳小于10砂轮精密整形来说，仅靠观察实施进给坫不可能避免空载姒路甚节拉弧现象。
而通过电流波形的实，高频采集与观察就4以获取有效电流避免短路现象，鉴别非正常工作状态。电流波形的实时监控有利于尽快获得最高的整形精度。
最终的整形精度和效率不仅与电规准有关，而且受到电极形状1作液的绝缘能及最小进给量俏准120，8020时的整形精度为10如以内，在电规准60，20208时的整形精度可达到圆跳小于2锥度误差在1以内。贾10微粉砂轮电火花整形平均效牟约0.95山1.
3王贵成，张银喜。精密与特种加工灿。武汉理工大学出版社，2，1 4马明霞，应宝阁，王先逵。金属结合剂金刚石微粉砂轮电火花整形精度研究仆金刚石与磨料磨具工程，19993202第作者金卫东，男，天津大学机械学院在读博士生。研究方向为硬脆材料的超精密加工技术。
收稿日期200扮20编辑张慧，妁偏心泊除以1为整形效率的评价指标。影；放电效率的直接因素是放电电流峰值的大小，而影响电流峰值的是电源电压与占空比，所以精密整形的效韦明显低于粗整加工。
5结论1丛态软忭1建的数据采集系统，可以方便实时地监测放电加工过程中的电压电流；号，对于提高闱4结剂金刚石微粉砂轮的坫密整641208645兹画运您窠诠