【摘要】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； 磨粒粒度； 固有频率
    【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．