馮克明 杜曉旭 王慶偉 張亮波 趙金墜 呂申峰

(鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司，河南 鄭州 450001)

制造業(yè)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的主體和綜合國力的重要支撐[1]，機(jī)械制造業(yè)是為各個行業(yè)提供裝備的基礎(chǔ)和重要動力[2]。但是，我國制造業(yè)大而不強(qiáng)問題還沒有得到根本解決，基礎(chǔ)能力依然薄弱，關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人。在全球制造業(yè)中，中國處于第三梯隊[3]，質(zhì)量效益為最大弱項(xiàng)，在世界產(chǎn)業(yè)價值鏈上仍處于中低端水平[4-6]。隨著“中國制造2025”的全面推進(jìn)、裝備制造核心技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械零部件加工精度、表面質(zhì)量的進(jìn)一步提升得到日益重視。

磨削加工是用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪去除工件上多余材料的加工技術(shù)?？蓾M足各種材料、各種機(jī)械零部件的加工需求，對零件表面質(zhì)量起關(guān)鍵作用，因此常作為機(jī)械加工的最終一道工序。但是，在磨削加工過程中，系統(tǒng)不穩(wěn)定特別是磨削振動卻時常出現(xiàn)[7-10]，在工件表面產(chǎn)生振紋，不僅影響表面質(zhì)量、加工精度，還會導(dǎo)致機(jī)構(gòu)總成振動、磨損、噪音和泄漏等，加速裝備失效。據(jù)統(tǒng)計, 因振動而導(dǎo)致設(shè)備損壞的比例高達(dá)60%～70%[11]。

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于回轉(zhuǎn)體不平衡引起的振動約占總故障的70%～80%[12]。對于磨削加工，由于砂輪線速度高、砂輪表面磨粒呈負(fù)前角工作、法向磨削力大、磨削比能高；再加上砂輪呈多元、多孔、多刃、硬脆和非均質(zhì)特有結(jié)構(gòu)，磨削過程中砂輪表面磨粒分布、磨損、堵塞和自銳均處于不確定狀態(tài)。因此，毫無疑問砂輪系統(tǒng)是產(chǎn)生磨削振動的主要振源[13-14]。

為了提高和改善磨削系統(tǒng)穩(wěn)定性，國內(nèi)外學(xué)者作了大量的研究。鐘建琳等[15]以軸承內(nèi)圈外圓磨削為研究對象，建立了磨削系統(tǒng)的動力學(xué)模型； Hassui A等[16]研究了外圓磨削表面粗糙度與振動的相關(guān)性；Yuan L 等[17]基于回轉(zhuǎn)體方程和速度控制對軋輥磨削系統(tǒng)進(jìn)行了動力學(xué)仿真；Liu Z等[18]基于再生振動對外圓磨削穩(wěn)定性進(jìn)行了分析； Fan H等[19]研究了電磁環(huán)式在線自動動平衡補(bǔ)償方法；王貴成等[20]基于有限元法，建立了高速加工工具系統(tǒng)的三維模型；母德強(qiáng)等[21]建立了由砂輪不平衡量引起的主軸系統(tǒng)二自由度振動模型；王旭等[22]研究了DFT算法計算砂輪不平衡振動信號的幅值以及相位；叢培田等[23]針對三個平衡塊現(xiàn)狀，提出了兩個平衡塊調(diào)整量計算方法；魏于評等[24]分析了砂輪基體的跳動值與不平衡量的關(guān)系；馮克明等[25]提出了預(yù)制孔砂輪平衡新思路，只需一次動平衡測試即可完成砂輪精密平衡校正；臧廷朋等[26]提出一種基于穩(wěn)健回歸分析的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡量識別方法；張山山等[27]分析了工件偏心、砂輪偏心引起的振動，等等。這些研究成果對于振動模型建立，不平衡測試、計算、調(diào)整，單一因素影響等具有重要意義。但是以上文獻(xiàn)多為學(xué)術(shù)研究，偏重于理論分析、建模仿真，工程上指導(dǎo)砂輪應(yīng)用效果有限。

磨削加工是極其復(fù)雜的工程技術(shù)問題。為了適應(yīng)現(xiàn)代磨削技術(shù)工程化應(yīng)用，本文對磨削加工系統(tǒng)、砂輪不平衡及磨削振動、砂輪不平衡影響因素、砂輪平衡及精度表征、砂輪校正及閾值等進(jìn)行了全面梳理及深入分析，以期能引導(dǎo)磨削工程技術(shù)人員對砂輪平衡足夠重視，為現(xiàn)代磨削技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1 砂輪不平衡及磨削振動

1.1 砂輪不平衡

任何回轉(zhuǎn)體在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時，由于其質(zhì)量相對于軸線分布不均勻，必然會使回轉(zhuǎn)體慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸不重合，產(chǎn)生不平衡現(xiàn)象。根據(jù)回轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)、工作形態(tài)和受力特性，一般將回轉(zhuǎn)體分為剛性回轉(zhuǎn)體和柔性回轉(zhuǎn)體。剛性回轉(zhuǎn)體工作轉(zhuǎn)速通常低于其一階臨界轉(zhuǎn)速[28]，其不平衡可以在一個或兩個與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面內(nèi)進(jìn)行校正；而柔性回轉(zhuǎn)體則需要在兩個或更多個平面內(nèi)進(jìn)行調(diào)整[29]。

對于剛性旋轉(zhuǎn)砂輪，依據(jù)其受力形態(tài)，可進(jìn)一步將砂輪不平衡分為力不平衡和偶不平衡。力不平衡可以近似地認(rèn)為砂輪各質(zhì)點(diǎn)分布在與軸線垂直的同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)。當(dāng)砂輪均勻轉(zhuǎn)動時，砂輪內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心力構(gòu)成平面匯交力系，砂輪慣性軸線與旋轉(zhuǎn)軸線相互平行而不重合 (圖1a)，此時砂輪不存在偶不平衡，只存在力不平衡現(xiàn)象。偶不平衡主要存在于寬徑比大的砂輪(如無心磨砂輪、組合砂輪)中，由于其軸向尺寸長，各質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心力不能近似地認(rèn)為處于同一平面內(nèi)，而呈空間力系；并且，砂輪慣性軸線與旋轉(zhuǎn)軸線正好相交于砂輪質(zhì)心(圖1b)，此時砂輪不存在力不平衡，只存在偶不平衡現(xiàn)象。而在實(shí)際磨削工程中，以上兩種狀態(tài)往往同時存在，即砂輪不僅有力不平衡，還存在使砂輪慣性軸線產(chǎn)生傾斜的偶不平衡現(xiàn)象。

1.2 磨削振動

對于磨削加工，磨床、砂輪、工件和工裝等構(gòu)成磨削工藝系統(tǒng)。磨床主軸是其核心部件，工作轉(zhuǎn)速高，傳遞動力大，主要用于支撐砂輪進(jìn)行磨削加工。為了實(shí)現(xiàn)磨削功能，磨床主軸多采用砂輪懸臂設(shè)計，主軸直徑粗、砂輪懸出短且軸承跨距大，磨床不僅剛性好，而且便于砂輪裝卸；磨床出廠前，制造商已對磨床主軸等關(guān)鍵部件及整機(jī)進(jìn)行了動力學(xué)分析、模態(tài)分析、精密平衡及預(yù)載試驗(yàn)等；磨床主軸工作轉(zhuǎn)速多設(shè)定在一階臨界轉(zhuǎn)速0.7倍以內(nèi)[30]。作為磨床使用者，只要在磨床安全操作規(guī)范內(nèi)工作，其主軸可視為剛性平衡軸。

對于磨削砂輪，絕大多數(shù)為平行結(jié)構(gòu)，寬度遠(yuǎn)小于其直徑，因此砂輪可視為平面非均質(zhì)剛性回轉(zhuǎn)體。在砂輪平衡時可不考慮其厚度即偶不平衡現(xiàn)象，只考慮其力不平衡問題。砂輪旋轉(zhuǎn)時，不平衡產(chǎn)生的離心力會給磨床主軸增加額外負(fù)荷。假設(shè)砂輪質(zhì)量為M，其質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心之距為e，砂輪旋轉(zhuǎn)角速度為ω，則由砂輪不平衡產(chǎn)生的離心力F可依據(jù)平面剛性回轉(zhuǎn)體計算：

F=Mω2e

(1)

在砂輪切入磨削進(jìn)給方向，由于砂輪不平衡，工件受砂輪不平衡產(chǎn)生的離心力作用可簡化為單自由度橫向強(qiáng)迫振動，其激振力即為砂輪不平衡產(chǎn)生的離心力在水平方向的分力Fx，如圖2所示。

Fx=Mω2ecos(ωt)

(2)

由此可見，在磨削過程中工件不僅受砂輪磨削力的正常作用，還會受到砂輪不平衡產(chǎn)生的離心力的非均勻、周期性沖擊干擾。其干擾頻率即砂輪工作轉(zhuǎn)速，干擾力大小與砂輪的質(zhì)量M、偏心距e及角速度ω的平方成正比。

傳統(tǒng)磨削時，砂輪轉(zhuǎn)速低、磨削需求不高，砂輪不平衡產(chǎn)生的離心力較小，通常可忽略；但是，對于高速超高速、精密超精密等現(xiàn)代磨削加工，砂輪不平衡產(chǎn)生的干擾往往不能忽視。砂輪不平衡的存在，工程上易導(dǎo)致磨削系統(tǒng)產(chǎn)生振動，不僅對砂輪、工件產(chǎn)生沖擊，在兩者表面出現(xiàn)有規(guī)律的磨痕(振紋)(圖3)，影響工件表面質(zhì)量、加工精度，加快砂輪磨損、降低砂輪壽命，而且會加速磨床老化、增加不安全隱患。

2 砂輪平衡關(guān)聯(lián)分析

2.1 砂輪不平衡因素

基于砂輪的特殊結(jié)構(gòu)及其在機(jī)械工程領(lǐng)域的高質(zhì)量加工要求，不平衡現(xiàn)象存在于砂輪的全生命周期之中。

2.1.1 砂輪原始不平衡

(1)砂輪均質(zhì)性差

在砂輪設(shè)計、投攤刮料和模壓成型過程中，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及原材料之多元組合、比重不一且性能各異，粉體間摩擦、成型料蠕變等一系列的特征[31]，砂輪內(nèi)部時常出現(xiàn)密度不均勻、組織不均勻和硬度不均勻問題，致使砂輪始終處于非均質(zhì)狀態(tài)、存在不平衡現(xiàn)象。

(2) 制造精度低

對于普通磨料砂輪，由于其成型精度低、硬脆性大且機(jī)加工困難，國標(biāo)《 GB/T 2485-2016固結(jié)磨具 技術(shù)條件》中砂輪極限偏差、形位偏差要求均較低(IT11、IT12)。例如：外圓 ±0.5～± 8.0 mm，厚度 ±0.1～±4.0 mm，孔徑 +0.16～+0.44 mm；平行度0.2～0.5 mm、同軸度0.3～1.0 mm，甚至沒有垂直度要求[32]。對于超硬磨料砂輪，其基體普遍采用金屬均質(zhì)材料，行標(biāo)《JB/T 7425-2012超硬磨料制品 金剛石或立方氮化硼磨具技術(shù)條件》中推薦砂輪平衡選用精度如表1[33]。盡管砂輪平衡精度很寬松，但是仍沒有引起許多企業(yè)關(guān)注，時常出現(xiàn)砂輪不平衡超差現(xiàn)象。

表1 超硬砂輪動平衡參考選用精度

2.1.2 砂輪應(yīng)用不平衡

(1)安裝不平衡

砂輪只有安裝到磨床上才能實(shí)現(xiàn)其可靠的磨削加工。對于普通磨料砂輪，其內(nèi)孔與磨床主軸(或法蘭軸徑)配合間隙一般在0.1～1.2 mm[34]，則砂輪安裝到磨床上通常會有0.05～0.6 mm、甚至更大的偏心距存在。在砂輪使用時，由于二次安裝，砂輪不僅會出現(xiàn)新的不平衡，還會增加0.1～1.2 mm的砂輪修整余量，耗材又費(fèi)時。圖4是工程試驗(yàn)中使用的8片普通磨料砂輪(D150×H18×T32)在修整前后檢測的外圓跳動值數(shù)據(jù)，可真實(shí)地反映普通磨料砂輪安裝對其圓度的影響。

(2)磨削不平衡

在砂輪磨削加工過程中，由于磨削力、磨削熱，磨粒破碎、脫落和粘附，砂輪修整、磨損和自銳，氣孔堵塞、磨屑脫落，磨削液吸附、甩出等磨削現(xiàn)象，致使砂輪表層各質(zhì)點(diǎn)密度始終處于高速動態(tài)變化之中。圖5是工程試驗(yàn)中使用的6片樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪(D250×H75×5×T10)經(jīng)現(xiàn)場動平衡后持續(xù)跟蹤磨削過程的振幅數(shù)據(jù)(空載下測試)?？梢姡词股拜喴呀?jīng)過仔細(xì)的平衡校正，也無法保證磨削過程中砂輪平衡狀態(tài)的穩(wěn)定；甚至隨著磨削的進(jìn)行，砂輪不平衡量會越來越大。

2.2 砂輪平衡表征

理論上只有消除砂輪的不平衡，才能有效地降低磨削振動帶來的危害。但是，由于磨削工藝系統(tǒng)、影響因素極其復(fù)雜，包含了大量的非線性因素[35]，因此磨削振動難以完全控制。工程中砂輪平衡就是重新調(diào)整砂輪質(zhì)量分布，使砂輪新的質(zhì)心回歸到磨床主軸的旋轉(zhuǎn)中心，達(dá)到砂輪的新的近平衡狀態(tài)。

為減小砂輪不平衡量產(chǎn)生的不良效應(yīng)，須對砂輪進(jìn)行必要的平衡檢測與校正。但是，關(guān)于砂輪平衡精度的表征，業(yè)內(nèi)一直沒有統(tǒng)一的參數(shù)規(guī)范。不論學(xué)術(shù)研究還是工程應(yīng)用，多種參數(shù)并存、難以理解，甚至還時常出現(xiàn)錯誤，給砂輪制造及磨削應(yīng)用帶來了許多不便。目前，文獻(xiàn)中常見的砂輪平衡參數(shù)主要有：不平衡量、不平衡值、質(zhì)徑積、不平衡矩、質(zhì)心矩、偏心距、擺距、不平衡率、比不平衡量、不平衡質(zhì)量、質(zhì)塊、平衡系數(shù)、平衡品質(zhì)等級和振幅等。

不平衡量U是指砂輪的質(zhì)量M與偏心距e的乘積，相當(dāng)于砂輪的不平衡力矩，也稱不平衡值、不平衡矩、質(zhì)心矩、質(zhì)徑積和感度，可以很好地反映旋轉(zhuǎn)砂輪的不平衡狀態(tài)、慣性和離心力狀況；偏心距e是指砂輪質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)中心之距離，也稱擺距，還可表示為e=U/M，即不平衡率或比不平衡量，相當(dāng)于單位砂輪質(zhì)量的不平衡量；不平衡質(zhì)量m通常指砂輪外圓處殘余不平衡質(zhì)量，在固結(jié)磨具中也稱質(zhì)塊；在超硬砂輪平衡校正時，可換算成校正圓直徑上不平衡質(zhì)量。以上多種砂輪平衡表征參數(shù)均可反映砂輪平衡程度，但是都與砂輪的工作速度無關(guān)。表2匯總了多種常見的砂輪平衡表征參數(shù)及其量綱。

表2 常見的砂輪平衡表征參數(shù)

2.3 砂輪平衡技術(shù)

砂輪平衡是消除砂輪上過大的不平衡量、減小磨削振動和保障磨削安全。按平衡測試工作場所不同，砂輪平衡可分為離線平衡和在線平衡。

2.3.1離線平衡

離線平衡是指在非應(yīng)用裝備上進(jìn)行的砂輪平衡校正。即砂輪平衡與砂輪應(yīng)用是分屬在兩臺設(shè)備上工作。進(jìn)一步，依據(jù)砂輪平衡原理又可分為靜平衡和動平衡兩種。

(1)靜平衡

靜平衡測試是砂輪制造與磨削應(yīng)用中使用最早最廣的平衡測試方法。是在砂輪非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依據(jù)砂輪不平衡矩(U=M·e)的驅(qū)動而自由轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過目測判斷、人工調(diào)整。工程上，砂輪平衡主要采用芯軸與水平導(dǎo)軌組合檢測，簡單、直觀、實(shí)用且成本低。

但是，靜平衡測試存在有明顯不足。其一，在砂輪平衡過程中，往往需要多次試調(diào)，耗時費(fèi)力；其二，靜平衡只能檢測砂輪的力不平衡、不能測試砂輪偶不平衡；其三，受靜平衡測試裝置形位精度、表面質(zhì)量、工作環(huán)境、人為因素影響較大。特別是，靜平衡忽略了芯軸與導(dǎo)軌間滾動摩擦力矩的存在，測試精度不高，一般振幅在2～5 μm[36-37]，主要用于傳統(tǒng)磨削、低速砂輪平衡。

(2)動平衡

動平衡測試是在砂輪旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依據(jù)砂輪不平衡產(chǎn)生的振動來檢測其不平衡大小和相位。通常采用多傳感器設(shè)置，不僅可測量砂輪的力不平衡，也可選兩個或多個校正平面測量砂輪的偶不平衡分布。動平衡測試精度相對較高，振幅可達(dá)0.2～0.5 μm[38]，比靜平衡高出一個數(shù)量級左右。

動平衡測試有單機(jī)測試，也有隨磨床配套專機(jī)測試兩種。動平衡測試不足之處是相對磨削應(yīng)用仍屬于離線平衡，并且其測試轉(zhuǎn)速通常與砂輪工作轉(zhuǎn)速不一致，不能真實(shí)反映砂輪應(yīng)用情況。多用于超硬磨料砂輪生產(chǎn)檢測，是對砂輪生產(chǎn)質(zhì)量的基本規(guī)范，對砂輪應(yīng)用安全的基本約束。但是，對于磨削加工而言，由于砂輪應(yīng)用還需在磨床上二次安裝，因此離線平衡精度對砂輪磨削應(yīng)用意義不大。

2.3.2在線平衡

對于現(xiàn)代磨削，由于砂輪轉(zhuǎn)速高，無論制造精度再高、安裝再精密，如果沒有在砂輪應(yīng)用現(xiàn)場平衡校正，則很難保證穩(wěn)定的磨削質(zhì)量。在線平衡就是指砂輪不再移動，而是在磨床上直接完成平衡、校正工作。依據(jù)其自動化程度，分以下2種。

(1)現(xiàn)場動平衡

現(xiàn)場動平衡測試原理同動平衡機(jī)測試，是基于可移動、通用型，可在應(yīng)用現(xiàn)場測試的動平衡儀器。使用時，在砂輪旋轉(zhuǎn)時測試、在砂輪停止時校正，精度高、成本低、使用方便，又稱便攜式動平衡。并且，由于不存在砂輪二次安裝，也間接提高了效率，優(yōu)勢明顯。

但是，便攜式動平衡仍需測試儀器安裝，磨床主軸多次開機(jī)、停機(jī)操作，并且由于磨床熱變形、砂輪磨損和環(huán)境等因素的變化，會影響砂輪動平衡的穩(wěn)定。為了實(shí)時調(diào)整砂輪系統(tǒng)的不平衡，確保磨削過程的平穩(wěn)運(yùn)行，最好采用自動動平衡技術(shù)。

(2)自動動平衡

自動動平衡是現(xiàn)場動平衡的進(jìn)一步升級，是安裝在磨床上在砂輪正常旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)時監(jiān)測砂輪振動，并可自動完成砂輪平衡校正工作?？墒股拜喪冀K處于最佳平衡狀態(tài)，是目前最先進(jìn)的砂輪平衡技術(shù)。

平衡頭通常安裝在磨床主軸內(nèi)或砂輪法蘭盤上，其核心技術(shù)是通過機(jī)電[39-40]或流體(液體、汽體)[41-43]的移動來實(shí)現(xiàn)砂輪的在線平衡。整個平衡過程只需按一下按鈕就會自動調(diào)整砂輪當(dāng)下的動平衡，通常不到1 min。不僅降低了磨床操作者勞動強(qiáng)度、提高了平衡精度、平衡效率，而且可直接、實(shí)時顯示砂輪不平衡值，便于在線監(jiān)視，及時了解砂輪平衡狀態(tài)。目前，振幅可達(dá)0.1～0.5 μm[44-46]，多用于高檔或高速超高速磨床應(yīng)用領(lǐng)域。

表3是對以上4種砂輪不平衡檢測方法的特征對比分析。

表3 砂輪平衡檢測方法及其主要特點(diǎn)

3 砂輪平衡

基于砂輪平衡現(xiàn)狀、磨削應(yīng)用實(shí)際，結(jié)合砂輪平衡需求，作為砂輪平衡表征建議采用平衡品質(zhì)等級或振動幅值二參數(shù)相對適宜。

3.1 平衡品質(zhì)等級

平衡品質(zhì)等級G是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織1940年定義的，是指回轉(zhuǎn)體偏心距e與角速度ω的乘積(G=e·ω/1000)，其物理意義是回轉(zhuǎn)體質(zhì)心的線速度。G既包括了回轉(zhuǎn)體當(dāng)下的不平衡信息，也考慮了其工作速度因素，在動力機(jī)械(壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和風(fēng)機(jī)等)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

并且，為了控制回轉(zhuǎn)體不平衡行為，ISO基于回轉(zhuǎn)體的應(yīng)用領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作速度，規(guī)范了各種回轉(zhuǎn)體平衡品質(zhì)等級范圍。從G=4 000到G=0.4共分11級，級別間以2.5倍增減，數(shù)字越小表示平衡等級越高，如表4。平衡品質(zhì)等級G與回轉(zhuǎn)體偏心距e、工作轉(zhuǎn)速n之關(guān)聯(lián)如圖6。

表4 ISO推薦回轉(zhuǎn)體在線平衡品質(zhì)等級及應(yīng)用范圍

對于同一砂輪(同e)，轉(zhuǎn)速越高，實(shí)測其平衡品質(zhì)等級G越低；在相同的G條件下，砂輪工作速度越高，要求其制造精度、安裝精度亦越高；在相同的工作轉(zhuǎn)速下，平衡品質(zhì)等級G越小，要求其制造精度、安裝精度應(yīng)相應(yīng)地提高。

3.2 振動幅值

進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的表4過于簡單。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，面對不同的工程需求，各種磨削加工使用統(tǒng)一的G=0.4作為砂輪平衡指標(biāo)不甚科學(xué)、合理[47]；并且，平衡品質(zhì)等級G與砂輪質(zhì)量無關(guān)，不能反映砂輪不平衡產(chǎn)生的強(qiáng)度信息；另外，ISO國際組織推薦的G值也已過去數(shù)十年，難以適應(yīng)現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，更不能真實(shí)反映先進(jìn)磨削技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀。

機(jī)械振動是機(jī)械加工中一種常見的自然現(xiàn)象。振動幅值A(chǔ)指裝備振動引起的最大位移，單位為μm，是反映振動強(qiáng)度的重要指標(biāo)。在額定轉(zhuǎn)速下，機(jī)械裝備的不平衡量和引起的振幅呈線性關(guān)系[48]。因此，振幅能很好地反映機(jī)械裝備的工作狀態(tài)，在機(jī)械加工領(lǐng)域常用來表征工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。磨削振幅通常是指磨床上最靠近砂輪的主軸前軸承機(jī)架處工件方位測得的最大振動位移。相對于平衡品質(zhì)等級G能更真實(shí)地顯現(xiàn)磨削應(yīng)用中系統(tǒng)振動強(qiáng)度信息。

3.3 磨削應(yīng)用

磨削加工影響因素眾多，砂輪要完全平衡是不可能的。并且，工程上磨削加工也不需要過高的砂輪平衡精度，一般是綜合考慮應(yīng)用需求、技術(shù)水平及其經(jīng)濟(jì)合理性，將砂輪不平衡量控制在一定區(qū)域范圍內(nèi)為宜。表5是作者根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)推薦的不同磨削方式下砂輪平衡精度范圍。

表5 不同磨削方式下砂輪平衡精度范圍

對于普通磨削加工，砂輪工作速度低，不平衡產(chǎn)生的離心力小，砂輪平衡精度一般可控制在G=0.4～1.0或A=0.2～2.0以內(nèi)；對于粗磨削，磨床剛性好、主軸直徑粗，其主要目的是快速去除磨削余量、提高磨削效率，磨削表面質(zhì)量不是重點(diǎn)，砂輪平衡精度可適當(dāng)放寬一些(如G=1.0或A=2.0)，甚至更大，如重負(fù)荷磨削；對于精密超精密磨削、高速超高速磨削，工件表面質(zhì)量、加工精度要求高，砂輪平衡精度可以高一些，控制在G=0.1～0.4、或A=0.05～0.5左右。

4 結(jié)語

(1) 提高砂輪平衡精度是實(shí)現(xiàn)高速超高速磨削、精密超精密磨削之關(guān)鍵實(shí)用技術(shù)。有利于提高磨削質(zhì)量、提升砂輪使用壽命、延長磨床服役期限，應(yīng)引起相關(guān)工程技術(shù)人員足夠的重視。

(2)隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，對工件精度、表面質(zhì)量的要求也越來越高。為了適應(yīng)各種現(xiàn)代裝備和工具需求的不斷提升，作為精密加工重要支撐的磨床配備砂輪在線自動平衡系統(tǒng)逐漸成為未來磨削加工的重要發(fā)展趨勢。

(3)對于磨削砂輪，其精度標(biāo)準(zhǔn)偏低，不能適應(yīng)高速、高效、精密、綠色加工發(fā)展理念。為了提高市場競爭力、適應(yīng)現(xiàn)代磨削技術(shù)需求，砂輪制造商應(yīng)面向高端需求，開創(chuàng)更高自有標(biāo)準(zhǔn)，占領(lǐng)更多高端用戶市場。

(4)對于砂輪在線平衡技術(shù)，盡管砂輪平衡精度有很大提升，但是不管是現(xiàn)場動平衡，還是自動動平衡，其校正平面與砂輪質(zhì)心平面尚有一定軸向距離，相當(dāng)于給高速砂輪又附加了新的偶不平衡隱患。因此，隨著科學(xué)技術(shù)及現(xiàn)代磨削技術(shù)的進(jìn)一步研究與發(fā)展，未來高檔磨床不可忽視偶不平衡帶來的影響。