基于氧化膜状态主动控制的ELID磨削及其应用研究

摘要

在线电解修整(ELID)磨削技术是在磨削过程中通过电解作用修锐铸铁基砂轮，特别适于陶瓷、超硬合金等硬脆材料的超精密磨削。ELID磨削的重要特征是在砂轮表面生成的氧化膜参与磨削过程，因此氧化膜的状态直接关系到磨削加工的效率和质量，对ELID磨削影响重大。
　　 本文首先分析了氧化膜在ELID磨削中的作用和影响因素，分别用电解电流、磨削力和振动信号来表征氧化膜的状态。发现电解电流信号与氧化膜的厚度、表面形貌、组成成分及强度之间有着紧密的联系，能很好的表征氧化膜的状态。
　　 为了实现ELID磨削过程中对氧化膜状态的实时监测和控制，本文研制了台新的ELID磨削高频脉冲电源。通过对电源脉冲控制部分的改进，利用两块脉冲发生卡生成大、小两路脉冲的叠加实现了电解作用周期性的开启和关闭，并以此来改变电解强度进而控制氧化膜的状态。
　　 在对ELID磨削过程中电解电流变化规律研究的基础上，利用模糊控制的方法并结合LabVIEW程序实现了对氧化膜状态的实时监测和控制，能使之维持在目标值附近，在此基础上还研究了不同状态下氧化膜的磨削作用。结果表明，使用这台新的电源可以维持稳定的磨削过程，可以根据不同的磨削需求将氧化膜控制在相应的状态上。
　　 在ELID平面磨削的基础上，本文对3MZ1410自动轴承外圈沟磨床进行了数字化改造。利用NI-7344运动控制卡控制伺服电机带动滚珠丝杠实现机床两轴精确的进给运动，并编制了相应的运动控制程序使其能满足ELID内圆磨削的需求。
　　 最后，设计并制造了应用于ELID内圆磨削的砂轮接长轴、修整电极和电解阴极装置，并对铸铁基CBN砂轮进行了电火花整形和预修锐试验。通过使用两种不同的ELID内圆磨削方式发现利用工件电极的ELID内圆磨削方式同样可以获得很好的磨削效果。由于省去了复杂的电解阴极装置，不但可以避免砂轮进入工件时的冲击振动，而且可以实时修锐砂轮，便于操作和使用，有很广泛的应用空间。