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ELID超声珩磨机设计【7张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: ELID 超声珩磨机设计 cad图纸

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ELID超声珩磨机设计

65页 29000字数+说明书+中期报告+开题报告+7张CAD图纸

A0总装配图.dwg

A1主轴.dwg

A1电解修锐系统.dwg

A1阴极.dwg

A1阴极座.dwg

A2绝缘套.dwg

A2胀锥.dwg

ELID超声珩磨机设计开题报告.doc

ELID超声珩磨机设计论文.doc

中期报告.doc

摘要

　　珩磨头上的油石容易堵塞和磨粒磨损变钝是影响珩磨质量和加工效率的主要原因，所以采用有效的珩磨头修整方法，使珩磨头保持良好的锋利状态和磨削性能是解决工程上一些硬脆材料磨削加工的关键技术之一。本文介绍了在线电解修锐(ELID)技术，对金属结合剂的珩磨头进行电解修锐。并在一定程度上介绍了一般珩磨的特点, 珩磨是一种固结磨粒压力进给切削的精整加工方法，不仅能切除较大的加工余量而且能有效的提高工件的尺寸精度和形状精度、降低工件表面的粗糙度。珩磨主要加工内孔，在一定条件下也可以加工外圆、平面、球面、齿面。珩磨轨迹是交叉网纹，珩磨加工变质层很小能提高工件的使用寿命。珩磨与主轴一般采用浮动连接，符合广整加工的浮动加工原理。

在对ELID磨削原理进行深入分析总结的基础上，本文首先对ELID磨削必备的阴极、阳极电刷等装置进行设计开发，分析了修锐珩磨头ELID专用磨削液，并对其电解成膜特性进行了分析。　

关键词: ELID﹑ 珩磨头﹑ 珩磨﹑油石

Abstract

　　The main reason affecting the honing quality and machining efficiency is that the rock of honing first is jammed and the grain is wore to obtuse easily. So adopting an Effectual truing method, maintaining the required sharpness of abrasive grits for honing first during grinding is one of the key technologies to realize the grinding of hard and brittle material . In this paper, we introduce the skill craft of ELID. studies on combining electrical discharge and mechanical truing for honing first and ELID grinding. Introducing the characteristic of the honing in the sometime, It is a kind of solid knot that honing whet is to process the method when a pressure enter to slice, not only can it cut off bigger process but the amount of remaining and size accuracy and shape accuracy of the ability valid exaltation work piece, lower rough degree of a surface of work. The honing whets to mainly process inside the bore, can also process the outside circle, flat surface, surface of sphere under the condition of certain. The honing whets are to adopt the conjunction with principal axis generally, matching the light processed float.

　　Firstly, based on analyzing and summarizing the theory of ELID, the cathode And anode brush of the ELID system are designed and developed. By studying on the electrolytic Characteristics and the oxides film growing characteristics of the metallic bonded honing first, the ELID grinding fluid is developed.

Key Words: Electrolytic In-process dressing, honing first, honing, rock

前言1

1.毕业设计的目的1

2.毕业设计的主要内容和要求1

3.程序和时间安排2

第一章绪论3

1.1课题的来源及研究背景3

1.1.1课题来源及研究意义3

1.1.2珩磨加工的特点4

1.2珩磨头修整技术的发展现状5

1.2.1 珩磨头现有的修整方法5

1.2.2在线电解修锐技术的发展及研究现状7

1.3论文研究的主要内容10

第二章珩磨头的设计11

2.1珩磨头设计因素及要求11

2.1.1珩磨头设计时应考虑的因素11

2.1.2对珩磨头结构的基本要求12

2.2珩磨头的结构形式13

2.2.1通用珩磨头15

2.2.2小孔珩磨头16

2.2.3大孔珩磨头20

2.2.4平项珩磨头21

2.2.5特殊珩磨头22

2.3珩磨油石24

2.3.1珩磨油石的性能24

2.3.2珩磨油石的规格及数量29

2.3.3珩磨油石的连接方式30

2.4小结31

第三章珩磨头在线电解修锐原理32

3.1 ELID磨削的基本原理32

3.2 ELID磨削的特点34

3.3 ELID修锐的电化学反应原理36

3.4 ELID修锐中氧化膜的作用机理39

3.5小结42

第四章 ELID珩磨装置系统42

4.1 ELID珩磨装置42

4.2 ELID珩磨装置及方法44

4.2.1背景技术44

4.2.2 ELID珩磨装置专用电源49

4.2.3 阴极的设计50

4.2.4阳极电刷的设计52

4.2.5 ELID高速磨削专用磨削液的研制53

4.2.6 ELID磨削液的性能要求及成分选择53

4.3小结54

结束语55

致谢57

参考文献58

前言

　　毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活最后一个里程碑，是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。

1.毕业设计的目的

通过本次毕业设计，使达到以下几个效果：

　（1）巩固、扩大、深化学生以前所学的基础和专业知识；

　（2）培养学生综合分析、理论联系实际的能力；

　（3）培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力；

　（4）锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。

总之，通过毕业设计使学生建立正确的设计思想，初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而使学生受到一次工程师的基本训练。

2.毕业设计的主要内容和要求

　　本次设计的主要内容是珩磨头的ELID的修锐装置。具体设计内容和要求如下:

（1）调查使用部门对珩磨的具体要求，现在对珩磨头修锐的方法；收集并分析国内外同类型的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向；调查一些工厂的设备、技术能力和生产经验等。

（2）珩磨头的ELID的修锐装置的设计主要是设计珩磨装置、ELID装置所用的电极，确定各部分的相互关系；拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图和各零件的零件图；

（3）其他零部件的设计和选择；

（4）编制设计技术说明书一份。

3.程序和时间安排

　　毕业设计是实践性的教学环节，由于时间的限制，本次毕业设计不可能按工厂的设计程序来进行，具体的说，可以分以下几个阶段：

　　（1）实习阶段，通过毕业实习实地调查、研究、收集有关资料，掌握ELID磨削加工技术，了解珩磨头的ELID修锐装置结构、工作原理和设计的基本要求，花两周时间；

　　(2) 制定方案、总体设计阶段，花两周时间；

　　(3) 计算和技术设计阶段，绘制图纸，整理设计说明书，花四周时间；

　　(4) 答辩阶段，自述设计内容，回答问题，花半周时间。1.1 课题的来源及研究背景

1.1.1 课题来源及研究意义

珩磨时容易发生粘附、变钝、堵塞的现象，是影响硬脆材料珩磨质量和效率的因素之一，磨损和堵塞后的珩磨头磨削性能变差，无法继续对工件材料进行珩磨加工，这既影响了工件的加工质量，又影响加工效率，所以，采用一种有效的珩磨头修整方法，实现工程材料的高速高效磨削加工，对工程材料的加工的推广应用有十分重要的意义。

在线电解修锐技术(ElectrolyticIn-processDressing，简称ELID)利用金属结合剂的溶解去除和油石表层生成的氧化物绝缘层对电解抑制作用所构成的动态平衡，对珩磨头上的油石进行连续非线性修锐，使油石磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，可以很好的解决一些材料的难加工问题。国内外的一些高校和学者己经对该项技术进行了一定的理论和试验研究工作，取得一定的成果，ELID磨削可以明显的降低磨削力和工件表面粗糙度，但是目前珩磨头在线电解修锐技术主要应用于低速、精密和超精密镜面珩磨中,研究对珩磨头的ELID修锐机理，对提高材料的珩磨效率、改善表面加工质量以及拓宽珩磨头在线电解修锐技术的应用领域都具有重要的意义。

珩磨头ELID修锐原理是利用金属结合剂超硬磨料珩磨头与电源正极相接做阳极，工具电极做阴极，在珩磨头和电极的间隙中通过电解磨削液，利用电解过程中的阳极溶解效应，对珩磨头表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对珩磨头的修整作用：同时形成一层钝化膜附着于珩磨头表面，抑制珩磨头过度电解，从而使珩磨头始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。所以该技术将珩磨头修整与磨削过程结合在一起，利用金属基珩磨头进行磨削加工的同时利用电解方法对珩磨头进行修整，从而实现对硬脆材料的连续超精密镜面磨削。ELID修锐是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用和金属结合剂超硬磨料珩磨头表层氧化物绝缘层对电解抑制作用的动态平衡，对珩磨头进行连续修锐修整，使珩磨头磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，它适用于硬脆材料进行超精密镜面磨削。 ELID修锐技术是对金属结合剂超硬磨料珩磨头在线修整、修锐的复合磨削技术，在精密加工领域独树一帜，具有自身的一些显著特点。磨削过程具有良好的稳定性和可控性，易于实现磨削过程的最优化：加工精度高，表面裂纹少，表面质量好：适应性广泛，磨削效率高：装置简单1.2 珩磨头修整技术的发展现状

1.2.1 珩磨头现有的修整方法

珩磨加工过程中，珩磨头上的油石表层的磨粒会逐渐磨钝，磨钝后的油石摩擦力增大，磨削温度上升，容易发生颤振和烧伤，使被加工工件的表面完整性受到极大的影响，同时磨钝的油石也会使油石工作表面丧失正确的几何形状从而使加工精度降低。为了使珩磨头在使用中能始终保持正确的形状和锐利性，需要定期对珩磨头进行修整。修整实质上就是对珩磨头进行整形和修锐，整形是指对砂轮工作表面进行微量“切削”，使珩磨头达到所要求的几何形状精度，并使磨粒尖端微细破碎，形成锋利磨刃的过程;修锐是指除去磨粒间的部分结合剂(降低结合剂的高度)，使磨粒凸出结合剂之外，形成切削刃，同时产生足够的容屑空间的过程。

1.软弹性修整法

软弹性法修整珩磨头时，超硬磨料珩磨头以一定的速度旋转，而卷带轮则缓慢地转动，带动砂带缓慢移动，利用珩磨头的旋转而使砂带弹性变形不能完全恢复来实现去除珩磨头上油石上高点的目的。采用软弹性修整法修整砂轮时，被修整的砂轮与砂带之间能自动选择合适的挤压力，能保持修整过程稳定;砂带低速进给，与油石表面接触的砂带上的磨粒基本上没有磨损，因而可获得较强的修整能力;砂带是弹性的，因而它能去除砂轮表面磨粒间的结合剂，同时不损害磨粒的切削刃。

2.激光修整法

激光修整法是利用光学系统把激光束聚焦成极小的光斑作用于油石表面，在极短的时间内使油石局部表面的金属结合剂材料以蒸发、气化和熔融溅射的形式被去除，而不损伤超硬磨粒，从而达到修整的目的。激光修整珩磨头时，激光照射区域小，节省油石材料;修整过程中珩磨头上的油石不受机械力，适于磨削过程中在线修整;通过焦距的改变，可以有选择地除去油石上阻塞的工件材料:不存在修整工具磨损报废的情况，可重复利用性强;修整速度快、工效高、易实现自动化。

3.超声振动游离磨粒珩磨头修整法

超声振动珩磨头修整的机理是由超声波发生器发出的超声频电信号传给换能器，变换成超声频的机械振动，由变幅杆放大后带动修整器

1.3论文研究的主要内容

珩磨头在线电解修锐技术很好的解决了一些材料的珩磨中难加工问题，成功的实现了硬脆材料的精密、镜面珩磨，本文在基于ELID磨削原理的基础上，提出珩磨头的ELID珩磨装置.论文研究的主要内容包括以下四个方面:

(1)对一般的珩磨头进行设计。

(2)介绍ELID磨削原理及特点，并从电化学反应原理的角度对ELID磨削的实现机理进行研究，分析氧化膜在ELID磨削中的作用。

(3)对ELID磨削所必需的珩磨头、阴极、阳极电刷、电源等装置在珩磨中的要求进行分析，分析能进行在线的ELID珩磨装置.选择应用于珩磨头ELID装置的专用磨削液。

(4)对ELID磨削中电源参数(电解电压、脉冲电流频率、脉冲电流占空比)对磨削力和工件表面粗糙度的影响，从而选择最优化的ELID磨削电源电解参数。2 珩磨头的设计

2.1珩磨头设计因素及要求

在珩磨孔加工中分内孔珩磨和小孔珩磨两个方面。内孔珩磨一般指加工直径为25～500mm的圆柱通孔。对不通孔和内表面不连续的孔，也可珩磨，但较困难。小孔珩磨则指加工直径为25mm以下的孔。

珩磨头的作用是装置珩磨油石（亦称珩磨条或珩条），并由珩磨机主轴带动实现旋转、往复运动，还可通过调整机构，使珩磨油石作径向扩张或收缩。珩磨机的主要动作，都是通过它反映出来，以取得加工效果。

2.1.1珩磨头设计时应考虑的因素

（1）用于通孔还是不通孔，深孔还是浅孔，以及孔径大小。

（2）加工特性、工件材料与热处理状态。

（3）使用珩磨机床的型号、规格、主轴与工作台行程距离。

（4）工件定位对家具的要求，以便确定夹具的结构形式。

（5）工件的精度与粗糙度，确定珩磨加工方法。（即强制式珩磨或自由式珩磨）。

(6) 油石的结合剂应该用金属结合剂。

2.1.2对珩磨头结构的基本要求

（1）保证被加工孔的精度。

（2）遇到被加工表面上的硬点时，珩条不会被压退。

（3）当孔的轴线和主轴轴线不重合时，强制式珩杆能修整轴线的不垂直、不重合精度。自由式珩杆能自动找正工件中心。

（4）对较大孔珩磨时，珩磨油石应能自动调整，以保证与孔在全长范围接触，从而纠正孔形误差，补偿珩磨油石自身磨损的不均匀性。

（5）珩磨头在进孔及出孔时，能自动收缩。

（6）能精确而方便地调整珩磨油石的径向扩张量，并应有足够的扩张量，以保证最大限度地使用珩磨油石。

（7）能够避免各种工作状态下产生的各种振动因素。

（8）有足够的强度和刚性。

2.2珩磨头的结构形式

珩磨加工中，工件能够得到多高的几何形状精度和切削效率，在很大程度上取决于珩磨头的结构形式及设计的合理性。珩磨头的结构形式取决于被加工孔的尺寸、形状和精度要求，以及所用机床的进给方式、油石的种类及夹具的结构等。

珩磨头的结构对加工质量和生产率都有很大的影响。对珩磨头的一般要求是：油石能在径向均匀的胀缩，对加工表面的压力能调整并保持在一定的调节范围内；油石应具有一定的刚度，当被加工孔的形状误差使油石的压力增加时，油石在半径方向不致发生位移和歪斜；珩磨到最后尺寸时，油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。

珩磨头的形式有：通用珩磨头（珩磨Φ20-Φ150mm孔）、小孔珩磨头（Φ5-Φ20mm孔）、大孔珩磨头（Φ150-Φ300mm孔）、平顶珩磨头、特殊珩磨头（组合式珩磨头、盲孔珩磨头、锥孔珩磨头、带气动喷嘴的自动测量珩磨头、减少噪声的珩磨头等）等形式。设计珩磨头时，根据所加工的孔径的大小来选择珩磨头的形式。

珩磨头一端连接机床主轴接头，杆部镶嵌或连接珩磨油石。在加工过程中，珩磨头的杆部与珩磨油石进入工件的被加工孔内，并承受切削转矩；在机床进给结构的作用下，驱动珩磨油石做径向扩张，实现珩磨的切削进给，使工件孔获得所需的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。不论那一种珩磨头，它必须具备以下几个基本条件：

（1）珩磨头上的油石对加工工件表面的压力能自由调整，并能保持在一定范围内。

（2）珩磨过程中，油石在轴的半径方向上可以自由均匀地胀缩，并具有一定刚度。

（3）珩磨过程中，工件孔的尺寸在达到要求后珩磨头上的油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。

（4）油石工作时无冲击、位移和歪斜。

图2-1所示的珩磨头，是靠液压控制油石胀缩。它主要由两个部分组成：上部一调节头，下部一工作头。工作头是由钢质壳体1和壳体上嵌装六块油石座2所组成．油石座2的两端用弹簧5来固定，使它们紧紧靠在壳体1上。在壳体1内部有一根长心棒7，通过中间传递杆6和两个锥体3铰接起来。当液体压力传到心棒7上时，心棒7便向下推动中间传递杆6，使两个锥体3同时往下移动，从上面推动垫块4，使油石座2徐徐向外胀开。此时，珩磨头上的油石以固定的压力磨削金属。当珩磨过程结束时，即零件孔尺寸达到要求之后，操纵机床，压力消失，心棒7便向上退回，弹簧压缩油石座2，油石就向内收缩。

为了防止油石在珩磨头从零件孔内进出时碰伤零件的加工表面，在壳体1的周围，专门镶有夹布胶木板．调节头作调节工作头胀缩用。当拧动珩磨头上的刻度盘时，可以直接控制两个锥体3的移动，通过它来操纵油石的胀缩尺寸。在珩磨过程中，调整油石的胀缩尺寸和补镗油石的磨损量等，都是用调节头来实现的。

　 2.2.1通用珩磨头

图2-2是中等孔径(Ф20～Ф150 mm)通用珩磨头。采用的是后进给方式，它由磨头体、油石、油石座、导向条、弹簧、锥体涨芯组成。当锥体涨芯移动时，油石便可涨开或收缩。珩磨头为棱圆柱体，珩磨油石条数一般为奇数。油石座直接与进给涨芯接触，中间不用顶销与过渡板．结构简单。进给系统刚性好。同时在珩磨深孔时，还可根据需要在孔的中间部位或孔底进行必要的进给，以保证孔尺寸全长上的一致性。

参考文献

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[13]张飞虎，朱波，亲殿荣等.ELID磨削硬脆材料精密和超精密加工的新技术宇航材料工艺，1999(1):51-55

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内容简介：: 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称 ELID超声珩磨机设计学生姓名专业班级07机制2班学号一、选题的目的和意义：毕业设计是我们大学生活最后的一项重要学习任务；是对四年所学知识的总结和灵活运用；是我们结束本科学习，走上工作岗位或进一步深造的必由之路，其意义重大。通过这一过程，我们达到以下目的：（1）巩固、扩大和深化我们以前所学的基础课、专业课知识；（2）培养我们综合分析、理论联系实际的能力；（3）培养我们调查研究，正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具的能力；（4）锻炼自己的设计计算、数据处理、编写技术资料、绘图等独立工作能力；（5）培养团队精神、合作意识的能力。二、国内外研究综述珩磨是一种常用的精加工工艺，可获得高尺寸精度、高形状精度和低粗糙度（可达Ra 0.05），并且内孔表面有交叉网纹。珩磨机床的种类有平面珩磨机床、外圆珩磨机床、内圆珩磨机床等。目前，世界上应用最多的是内圆珩磨机床。珩磨机床的分类方法有很多种，如单轴，多轴的不同；如数控的，机械的差别；根据珩磨主轴的安装方式可分为二种：立式珩磨机床、卧式珩磨机床。珩磨机床作为复杂的生产工具，最根本的是加工工艺与主机结构布局设计，而各种新工艺，新材料，新元件，新刀具，新控制系统等也将运用在珩磨机床上，未来的珩磨机床的加工精度会更高，加工效率更快，加工范围更广泛。三、毕业设计所用的方法1. 在学校图书馆查阅相关资料；2. 在工厂实践毕业实习；3. 通过老师和工程师的指导；4. 通过浏览因特网上的相关资料；5. 通过对相关资料和数据的理论计算和分析。四、主要参考文献与资料获得情况参考文献：机械工程手册第二版（传动设计卷）机械工业出版社实用机械设计手册吴相宪王正为黄玉堂主编中国矿业大学出版社机械设计濮良贵纪名刚主编高等教育出版社机械原理孙恒陈作模主编西北工业大学机械原理及机械零件教研室机床液压传动与控制卢光贤主编西北工业大学出版社机床电气自动控制陈远龄主编重庆大学出版社五、指导教师审批意见指导教师：（签名）年月日河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘要珩磨头上的油石容易堵塞和磨粒磨损变钝是影响珩磨质量和加工效率的主要原因，所以采用有效的珩磨头修整方法，使珩磨头保持良好的锋利状态和磨削性能是解决工程上一些硬脆材料磨削加工的关键技术之一。本文介绍了在线电解修锐(ELID)技术，对金属结合剂的珩磨头进行电解修锐。并在一定程度上介绍了一般珩磨的特点, 珩磨是一种固结磨粒压力进给切削的精整加工方法，不仅能切除较大的加工余量而且能有效的提高工件的尺寸精度和形状精度、降低工件表面的粗糙度。珩磨主要加工内孔，在一定条件下也可以加工外圆、平面、球面、齿面。珩磨轨迹是交叉网纹，珩磨加工变质层很小能提高工件的使用寿命。珩磨与主轴一般采用浮动连接，符合广整加工的浮动加工原理。在对ELID磨削原理进行深入分析总结的基础上，本文首先对ELID磨削必备的阴极、阳极电刷等装置进行设计开发，分析了修锐珩磨头ELID专用磨削液，并对其电解成膜特性进行了分析。关键词: ELID 珩磨头珩磨油石AbstractThe main reason affecting the honing quality and machining efficiency is that the rock of honing first is jammed and the grain is wore to obtuse easily. So adopting an Effectual truing method, maintaining the required sharpness of abrasive grits for honing first during grinding is one of the key technologies to realize the grinding of hard and brittle material . In this paper, we introduce the skill craft of ELID. studies on combining electrical discharge and mechanical truing for honing first and ELID grinding. Introducing the characteristic of the honing in the sometime, It is a kind of solid knot that honing whet is to process the method when a pressure enter to slice, not only can it cut off bigger process but the amount of remaining and size accuracy and shape accuracy of the ability valid exaltation work piece, lower rough degree of a surface of work. The honing whets to mainly process inside the bore, can also process the outside circle, flat surface, surface of sphere under the condition of certain. The honing whets are to adopt the conjunction with principal axis generally, matching the light processed float.Firstly, based on analyzing and summarizing the theory of ELID, the cathode And anode brush of the ELID system are designed and developed. By studying on the electrolytic Characteristics and the oxides film growing characteristics of the metallic bonded honing first, the ELID grinding fluid is developed.Key Words: Electrolytic In-process dressing, honing first, honing, rock目录前言11.毕业设计的目的12.毕业设计的主要内容和要求13.程序和时间安排2第一章绪论31.1课题的来源及研究背景31.1.1课题来源及研究意义31.1.2珩磨加工的特点41.2珩磨头修整技术的发展现状51.2.1 珩磨头现有的修整方法51.2.2在线电解修锐技术的发展及研究现状71.3论文研究的主要内容10第二章珩磨头的设计112.1珩磨头设计因素及要求112.1.1珩磨头设计时应考虑的因素112.1.2对珩磨头结构的基本要求122.2珩磨头的结构形式132.2.1通用珩磨头152.2.2小孔珩磨头162.2.3大孔珩磨头202.2.4平项珩磨头212.2.5特殊珩磨头222.3珩磨油石242.3.1珩磨油石的性能242.3.2珩磨油石的规格及数量292.3.3珩磨油石的连接方式302.4小结31第三章珩磨头在线电解修锐原理323.1 ELID磨削的基本原理323.2 ELID磨削的特点343.3 ELID修锐的电化学反应原理363.4 ELID修锐中氧化膜的作用机理393.5小结42第四章 ELID珩磨装置系统424.1 ELID珩磨装置424.2 ELID珩磨装置及方法444.2.1背景技术444.2.2 ELID珩磨装置专用电源494.2.3 阴极的设计504.2.4阳极电刷的设计524.2.5 ELID高速磨削专用磨削液的研制534.2.6 ELID磨削液的性能要求及成分选择534.3小结54结束语55致谢57参考文献58IV前言毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活最后一个里程碑，是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。1.毕业设计的目的通过本次毕业设计，使达到以下几个效果：（1）巩固、扩大、深化学生以前所学的基础和专业知识；（2）培养学生综合分析、理论联系实际的能力；（3）培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力；（4）锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。总之，通过毕业设计使学生建立正确的设计思想，初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而使学生受到一次工程师的基本训练。2.毕业设计的主要内容和要求本次设计的主要内容是珩磨头的ELID的修锐装置。具体设计内容和要求如下: （1）调查使用部门对珩磨的具体要求，现在对珩磨头修锐的方法；收集并分析国内外同类型的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向；调查一些工厂的设备、技术能力和生产经验等。（2）珩磨头的ELID的修锐装置的设计主要是设计珩磨装置、ELID装置所用的电极，确定各部分的相互关系；拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图和各零件的零件图；（3）其他零部件的设计和选择；（4）编制设计技术说明书一份。3.程序和时间安排毕业设计是实践性的教学环节，由于时间的限制，本次毕业设计不可能按工厂的设计程序来进行，具体的说，可以分以下几个阶段：（1）实习阶段，通过毕业实习实地调查、研究、收集有关资料，掌握ELID磨削加工技术，了解珩磨头的ELID修锐装置结构、工作原理和设计的基本要求，花两周时间；(2) 制定方案、总体设计阶段，花两周时间；(3) 计算和技术设计阶段，绘制图纸，整理设计说明书，花四周时间；(4) 答辩阶段，自述设计内容，回答问题，花半周时间。1 绪论1.1 课题的来源及研究背景 1.1.1 课题来源及研究意义珩磨时容易发生粘附、变钝、堵塞的现象，是影响硬脆材料珩磨质量和效率的因素之一，磨损和堵塞后的珩磨头磨削性能变差，无法继续对工件材料进行珩磨加工，这既影响了工件的加工质量，又影响加工效率，所以，采用一种有效的珩磨头修整方法，实现工程材料的高速高效磨削加工，对工程材料的加工的推广应用有十分重要的意义。在线电解修锐技术(ElectrolyticIn-processDressing，简称ELID)利用金属结合剂的溶解去除和油石表层生成的氧化物绝缘层对电解抑制作用所构成的动态平衡，对珩磨头上的油石进行连续非线性修锐，使油石磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，可以很好的解决一些材料的难加工问题。国内外的一些高校和学者己经对该项技术进行了一定的理论和试验研究工作，取得一定的成果，ELID磨削可以明显的降低磨削力和工件表面粗糙度，但是目前珩磨头在线电解修锐技术主要应用于低速、精密和超精密镜面珩磨中,研究对珩磨头的ELID修锐机理，对提高材料的珩磨效率、改善表面加工质量以及拓宽珩磨头在线电解修锐技术的应用领域都具有重要的意义。珩磨头ELID修锐原理是利用金属结合剂超硬磨料珩磨头与电源正极相接做阳极，工具电极做阴极，在珩磨头和电极的间隙中通过电解磨削液，利用电解过程中的阳极溶解效应，对珩磨头表层的金属基体进行电解去除，从而逐渐露出崭新锋利的磨粒，形成对珩磨头的修整作用：同时形成一层钝化膜附着于珩磨头表面，抑制珩磨头过度电解，从而使珩磨头始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工。所以该技术将珩磨头修整与磨削过程结合在一起，利用金属基珩磨头进行磨削加工的同时利用电解方法对珩磨头进行修整，从而实现对硬脆材料的连续超精密镜面磨削。ELID修锐是在磨削过程中，利用非线性电解修整作用和金属结合剂超硬磨料珩磨头表层氧化物绝缘层对电解抑制作用的动态平衡，对珩磨头进行连续修锐修整，使珩磨头磨粒获得恒定的突出量，从而实现稳定、可控、最佳的磨削过程，它适用于硬脆材料进行超精密镜面磨削。 ELID修锐技术是对金属结合剂超硬磨料珩磨头在线修整、修锐的复合磨削技术，在精密加工领域独树一帜，具有自身的一些显著特点。磨削过程具有良好的稳定性和可控性，易于实现磨削过程的最优化：加工精度高，表面裂纹少，表面质量好：适应性广泛，磨削效率高：装置简单，成本低推广性强等。 1.1.2 珩磨加工的特点珩磨加工可以提高工件的尺寸、几何形状精度和表面光洁度，它的加工特点有：（1）表面质量特性好珩磨可以获得较低的表面粗糙度，一般可达Ra0.80.2m，甚至可低于Ra0.025m，同时珩磨表面上有均匀的交叉网纹有利于贮油润滑。实现平顶珩磨，可使有相对运动的摩擦副获得较理想的表面质量。珩磨加工面具有交叉网纹，有利于润滑油的贮存和油膜的保持，并有较高的表面支承率，因而能承受较大的载荷，乃磨损，从而延长了使用寿命。另一方面，由于珩磨速度低，且油石与孔是面接触，因此每一磨粒的平均磨削压力很小，这样工件的发热量很少，工件可能产生的变形量也少，工件表面几乎没有热损伤和变质层，适于加工相对运动精度高的精密偶件，此外，珩磨加工面几乎没有嵌砂和挤压硬质层。（2）加工精度高现代珩磨技术不仅可以获得较高的尺寸精度，而且还能修正孔在珩磨加工中出现的轻微形状误差，如圆度、圆柱度和表面波纹等。珩磨小孔时，圆度与圆柱度可达0.5m，轴线直线度可小于1m；珩磨中等孔径，圆柱度可达5m，圆柱度不超过10m；珩磨短孔时，若用刚性连接珩磨头与平面浮动夹具，还可适当提高短孔轴线与端面的垂直度。间断孔珩磨可以提高同轴度。它不提高孔对其他孔或表面的相互位置精度，且一般对前道工序有一定的精度要求，否则不易保证得到较高的形状精度。（3）珩磨效率高可以使用多条油石或超硬磨料油石，也可提高珩磨头的往复速度增大网纹交叉角，能较快地去除珩磨余量与孔形误差。也可应用强力珩磨工艺，有效地提高珩磨效率。珩磨工件干净，在冷却液的冲洗下，很少积存脏污。珩磨加工一些圆周有孔或内槽的液压系统偶件时，可以保持这些孔与工件孔壁形成锐边，以保证偶件的液压性能。（4）珩磨工艺较经济薄壁孔和刚性不足的工件，或较硬的工件表面，用珩磨进行光整加工不需要复杂的设备与工装，操作方便。磨料选择适当，工具设计合理，切削速度合理的情况下，珩磨的经济效果较研磨好（主要反映在加工效率、加工精度和表面质量上），且加工稳定，因而零组件的成品率高。并且，珩磨加工可节省研磨加工所必须的辅助材料，如清洗用的汽油、棉花等。采用超硬磨料做珩磨油石，经济效果更好。1.2 珩磨头修整技术的发展现状 1.2.1 珩磨头现有的修整方法珩磨加工过程中，珩磨头上的油石表层的磨粒会逐渐磨钝，磨钝后的油石摩擦力增大，磨削温度上升，容易发生颤振和烧伤，使被加工工件的表面完整性受到极大的影响，同时磨钝的油石也会使油石工作表面丧失正确的几何形状从而使加工精度降低。为了使珩磨头在使用中能始终保持正确的形状和锐利性，需要定期对珩磨头进行修整。修整实质上就是对珩磨头进行整形和修锐，整形是指对砂轮工作表面进行微量“切削”，使珩磨头达到所要求的几何形状精度，并使磨粒尖端微细破碎，形成锋利磨刃的过程;修锐是指除去磨粒间的部分结合剂(降低结合剂的高度)，使磨粒凸出结合剂之外，形成切削刃，同时产生足够的容屑空间的过程。 1.软弹性修整法软弹性法修整珩磨头时，超硬磨料珩磨头以一定的速度旋转，而卷带轮则缓慢地转动，带动砂带缓慢移动，利用珩磨头的旋转而使砂带弹性变形不能完全恢复来实现去除珩磨头上油石上高点的目的。采用软弹性修整法修整砂轮时，被修整的砂轮与砂带之间能自动选择合适的挤压力，能保持修整过程稳定;砂带低速进给，与油石表面接触的砂带上的磨粒基本上没有磨损，因而可获得较强的修整能力;砂带是弹性的，因而它能去除砂轮表面磨粒间的结合剂，同时不损害磨粒的切削刃。 2.激光修整法激光修整法是利用光学系统把激光束聚焦成极小的光斑作用于油石表面，在极短的时间内使油石局部表面的金属结合剂材料以蒸发、气化和熔融溅射的形式被去除，而不损伤超硬磨粒，从而达到修整的目的。激光修整珩磨头时，激光照射区域小，节省油石材料;修整过程中珩磨头上的油石不受机械力，适于磨削过程中在线修整;通过焦距的改变，可以有选择地除去油石上阻塞的工件材料:不存在修整工具磨损报废的情况，可重复利用性强;修整速度快、工效高、易实现自动化。 3.超声振动游离磨粒珩磨头修整法超声振动珩磨头修整的机理是由超声波发生器发出的超声频电信号传给换能器，变换成超声频的机械振动，由变幅杆放大后带动修整器对油石进行修整。超声振动修整珩磨头是一种优良的珩磨头修整方法。试验证明，超声振动修整后的珩磨头具有表面磨粒均匀、方向性好等特点。对于珩磨工件来说易于避免工件烧伤、降低磨削温度、减小磨削力、提高珩磨头的使用寿命等优点。 4.在线电解修锐技术在线电解修锐技术是利用油石金属结合剂在电源的驱动下，在具有电解作用的磨削液中发生电解反应而溶解去除，使油石中的磨粒露出结合剂表面，形成一定的出刃高度和容屑空间，同时，在油石表面逐渐形成一层氧化膜，氧化膜的不断磨损与不断生成使得上述修整过程保持动态平衡，既避免了油石的过快消耗又自动保持了油石表面的磨削能力。在线电解修锐技术是专门应用于金属结合剂珩磨头的修整方法，与传统的电解修整方法相比，它具有修整效率高、工艺简单、修整质量好等特点。 1.2.2在线电解修锐技术的发展及研究现状采用传统磨削工艺对工程陶瓷、光学玻璃、硬质合金、淬火钢及半导体等硬脆材料进行加工时不仅磨削力大、磨削温度高、磨削效率低，而且砂轮极易钝化、堵塞而丧失其切削性能，从而造成工件加工表面脆性破坏及应力集中，加工质量恶化，难以满足高精度、高效率的加工要求。为了解决这一问题，日本学者HitoshiOhmori(大森整)于1987年提出了砂轮在线电解修锐技术，成功解决了硬脆材料的难加工问题。从ELID方法提出开始，HitoshiOhmori以及国外的许多学者就对该技术进行了深入的研究，Hitoshi Ohmori, TakeoNakagawa, SeiMoriyasu等学者对硬脆材料ELID精密磨削的表面形成机理进行了试验分析研究，并且采用杯形砂轮实现了光学镜头的ELID镜面磨削。在HitoshiOhmori研究的基础上，NobuhideItoh,ShinyaMorita等学者采用铸铁结合剂金刚石砂轮对Gd2SiO5的SLID磨削特点进行了研究:Kiyoshi Sawada,AkiraYamamot。等学者采用ELID技术对石英石坯料进行了磨削试验研究;YoshihiroUehara,YutakaYamagata,YutakaYamagata等人将ELID技术应用于一些微细工件的磨削加工中。 JamesC.M.Li就SLID磨削过程中阳极金属的去除率分别进行了二维和三维模型的分析研究;RichardJ.Boland在ELID磨削过程的计算机控制与监控方面进行了探索。 ELID精密磨削技术在日本己经得到较深入的研究和广泛的应用，在日本有ELID磨削研究会”及相应的学术期刊ELID研削研究会报。日本的富士公司、Fuji模具株式会社、新东工业株式会社等许多公司采用该技术进行零部件的加工生产或从事与该技术相关产品的生产开发与技术支持，此外，日本KURODA公司、不二越株式会社还推出了系列ELID专用磨床。富士公司采用ELID磨削技术加工镜头，镀膜后直接用在望远镜、幻灯产品上，真正实现了光学镜头加工的以磨代研、代抛的工艺革命，东京物理化学研究所将ELID磨削技术应用于超精密数控加工，成功加工出光学玻璃和碳化硅陶瓷等材料的高精度非球曲面。从ELID技术诞生之初，美国就投巨资进行该技术的研究开发，还与日本进行该技术的交流与合作，美国在应用ELID磨削技术加工电子计算机半导体微处理器方面已取得突破性进展，在国防、航空航天及核工业等领域的应用研究也在进行。德国是最早研究ELID磨削技术的几个国家之一，在1991年就有德国的机床厂家进行系列ELID专用机床的设计。此外，英、法等国对ELID磨削技术也进行了深入的研究。在亚洲，韩国很早就同日本开展卓有成效的技术交流与合作。 ELID磨削技术在我国尚处于研究阶段，主要集中在高校，哈尔滨工业大学的袁哲俊、张飞虎等人在ELID精密、超精密镜面磨削、专用磨削液、专用电源、ELID镜面磨削中砂轮耐用度、铸铁砂轮ELID镜面磨削中电解氧化膜的作用机理以及氧化铝陶瓷和石榴石铁氧体等材料的ELID磨削等方面进行了理论与试验研究，成功研制了ELID精密磨削专用的脉冲电源、磨削液和砂轮，在国产机床上开发出平面、外圆和内圆ELID精密磨削装置. 大连理工大学的关佳亮、郭东明等人在ELID镜面磨削中氧化膜的生成机理硕士学位论文及作用、砂轮结合剂作用机理及金属结合剂砂轮的研制等方面进行了研究。天津大学的徐燕申、张春河等人就ELID超精密镜面磨削中砂轮磨损规律以及磨削力变化规律等方面进行了试验研究。北京工业大学的范晋伟、马春敏等人对ELID精密镜面磨削技术在不同磨削方式下的应用进行了研究，并且研制出硬脆材料精密磨削的ELID专用磨削液，实现了硬脆材料的ELID精密超精密磨削。西北工业大学史兴宽、任敬心、彭炎午等人以及西安理工大学的王平、赵文福对铸铁结合剂微粉金刚石砂轮的在线电解修整进行了试验研究，广西大学的段明扬、杨玲等人对青铜结合剂金刚石砂轮电解修整进行了一定的研究。这些研究成果促进了ELID技术的推广应用，目前，国内己有十几家单位应用该技术，如230厂用于加工动压马达零件，23所用于相阵雷达互易移相单元陶瓷、微晶玻璃、铁氧体等航天材料零件加工，8358厂用于光学玻璃非球曲面加工，205所用于光学玻璃加工，华侨大学用于加工大理石，福建南安宏伟陶瓷厂用于加工陶瓷等。但是，目前ELID技术主要应用在采用微细粒度砂轮的低速、精密磨削中，当砂轮线速度提高后，由于砂轮与阴极之间的磨削液供给不足，使得砂轮的修锐效率下降，达不到理想的磨削效果，这是ELID技术在高速磨削的应用中所要解决的一个难题，而国内外学者对这方面的研究比较有限。美国StevensInstituteof Technology的ZhuZhenqi学者对ELID磨削过程中砂轮与阴极之间磨削液的流动状态与砂轮线速度之间的关系进行了仿真分析，对传统的刚性阴极与新设计的弹性箔片阴极进行了对比，仿真结果表明1)在传统的刚性阴极中，采用喷嘴喷射供液，砂轮线速度为24m/s时，极间间隙内的磨削液为层流状态，供液充足，修锐效果好，砂轮线速度提高到58m/s和118m/s时，由于磨削液供给不足，极间间隙内的磨削液为紊流状态，修锐效果差;(2)砂轮速度提高后，要保证极间间隙内的磨削液供给充足，必须使得磨削液的供给速度至少为砂轮线速度的一半，而这一点却很难实现:(3)文中新设计的弹性箔片阴极可以通过调整弹性箔片的速度和张紧力，在较低的供液速度下保证电解反应区内磨削液充足，较好的解决了高速ELID磨削中极间间隙内磨削液供液不足的问题。国内哈尔滨工业大学的张飞虎教授对石榴石铁氧体材料进行了ELID高效磨削试验研究，试验结果表明:采用铸铁结合剂金刚石砂轮ELID磨削的磨削力仅为相同条件下树脂结合剂砂轮非ELID磨削的2/53/5，试验中砂轮线速度为15.7m/s，工件进给速度为2m/min,最大磨削深度为4mm，实现了ELID高效磨削，但仍属于低速磨削，如果能进一步提高砂轮线速度，就可以大幅度的提高磨削效率。所以如何结合高速磨削与ELID技术的特点，实现粗粒度超硬磨料砂轮的高速高效ELID磨削，成为一个有待解决的实际问题。1.3论文研究的主要内容珩磨头在线电解修锐技术很好的解决了一些材料的珩磨中难加工问题，成功的实现了硬脆材料的精密、镜面珩磨，本文在基于ELID磨削原理的基础上，提出珩磨头的ELID珩磨装置.论文研究的主要内容包括以下四个方面: (1)对一般的珩磨头进行设计。 (2)介绍ELID磨削原理及特点，并从电化学反应原理的角度对ELID磨削的实现机理进行研究，分析氧化膜在ELID磨削中的作用。 (3)对ELID磨削所必需的珩磨头、阴极、阳极电刷、电源等装置在珩磨中的要求进行分析，分析能进行在线的ELID珩磨装置.选择应用于珩磨头ELID装置的专用磨削液。 (4)对ELID磨削中电源参数(电解电压、脉冲电流频率、脉冲电流占空比)对磨削力和工件表面粗糙度的影响，从而选择最优化的ELID磨削电源电解参数。2 珩磨头的设计2.1珩磨头设计因素及要求在珩磨孔加工中分内孔珩磨和小孔珩磨两个方面。内孔珩磨一般指加工直径为25500mm的圆柱通孔。对不通孔和内表面不连续的孔，也可珩磨，但较困难。小孔珩磨则指加工直径为25mm以下的孔。珩磨头的作用是装置珩磨油石（亦称珩磨条或珩条），并由珩磨机主轴带动实现旋转、往复运动，还可通过调整机构，使珩磨油石作径向扩张或收缩。珩磨机的主要动作，都是通过它反映出来，以取得加工效果。 2.1.1珩磨头设计时应考虑的因素（1）用于通孔还是不通孔，深孔还是浅孔，以及孔径大小。（2）加工特性、工件材料与热处理状态。（3）使用珩磨机床的型号、规格、主轴与工作台行程距离。（4）工件定位对家具的要求，以便确定夹具的结构形式。（5）工件的精度与粗糙度，确定珩磨加工方法。（即强制式珩磨或自由式珩磨）。 (6) 油石的结合剂应该用金属结合剂。 2.1.2对珩磨头结构的基本要求（1）保证被加工孔的精度。（2）遇到被加工表面上的硬点时，珩条不会被压退。（3）当孔的轴线和主轴轴线不重合时，强制式珩杆能修整轴线的不垂直、不重合精度。自由式珩杆能自动找正工件中心。（4）对较大孔珩磨时，珩磨油石应能自动调整，以保证与孔在全长范围接触，从而纠正孔形误差，补偿珩磨油石自身磨损的不均匀性。（5）珩磨头在进孔及出孔时，能自动收缩。（6）能精确而方便地调整珩磨油石的径向扩张量，并应有足够的扩张量，以保证最大限度地使用珩磨油石。（7）能够避免各种工作状态下产生的各种振动因素。图2-1 珩磨头1壳体；2油石座；3锥体；4垫块；5弹簧； 6传递杆；7心棒。（8）有足够的强度和刚性。2.2珩磨头的结构形式珩磨加工中，工件能够得到多高的几何形状精度和切削效率，在很大程度上取决于珩磨头的结构形式及设计的合理性。珩磨头的结构形式取决于被加工孔的尺寸、形状和精度要求，以及所用机床的进给方式、油石的种类及夹具的结构等。珩磨头的结构对加工质量和生产率都有很大的影响。对珩磨头的一般要求是：油石能在径向均匀的胀缩，对加工表面的压力能调整并保持在一定的调节范围内；油石应具有一定的刚度，当被加工孔的形状误差使油石的压力增加时，油石在半径方向不致发生位移和歪斜；珩磨到最后尺寸时，油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。珩磨头的形式有：通用珩磨头（珩磨20-150mm孔）、小孔珩磨头（5-20mm孔）、大孔珩磨头（150-300mm孔）、平顶珩磨头、特殊珩磨头（组合式珩磨头、盲孔珩磨头、锥孔珩磨头、带气动喷嘴的自动测量珩磨头、减少噪声的珩磨头等）等形式。设计珩磨头时，根据所加工的孔径的大小来选择珩磨头的形式。珩磨头一端连接机床主轴接头，杆部镶嵌或连接珩磨油石。在加工过程中，珩磨头的杆部与珩磨油石进入工件的被加工孔内，并承受切削转矩；在机床进给结构的作用下，驱动珩磨油石做径向扩张，实现珩磨的切削进给，使工件孔获得所需的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。不论那一种珩磨头，它必须具备以下几个基本条件：（1）珩磨头上的油石对加工工件表面的压力能自由调整，并能保持在一定范围内。（2）珩磨过程中，油石在轴的半径方向上可以自由均匀地胀缩，并具有一定刚度。（3）珩磨过程中，工件孔的尺寸在达到要求后珩磨头上的油石能迅速缩回，以便于珩磨头从孔内退出。（4）油石工作时无冲击、位移和歪斜。图2-1所示的珩磨头，是靠液压控制油石胀缩。它主要由两个部分组成：上部一调节头，下部一工作头。工作头是由钢质壳体1和壳体上嵌装六块油石座2所组成油石座2的两端用弹簧5来固定，使它们紧紧靠在壳体1上。在壳体1内部有一根长心棒7，通过中间传递杆6和两个锥体3铰接起来。当液体压力传到心棒7上时，心棒7便向下推动中间传递杆6，使两个锥体3同时往下移动，从上面推动垫块4，使油石座2徐徐向外胀开。此时，珩磨头上的油石以固定的压力磨削金属。当珩磨过程结束时，即零件孔尺寸达到要求之后，操纵机床，压力消失，心棒7便向上退回，弹簧压缩油石座2，油石就向内收缩。为了防止油石在珩磨头从零件孔内进出时碰伤零件的加工表面，在壳体1的周围，专门镶有夹布胶木板调节头作调节工作头胀缩用。当拧动珩磨头上的刻度盘时，可以直接控制两个锥体3的移动，通过它来操纵油石的胀缩尺寸。在珩磨过程中，调整油石的胀缩尺寸和补镗油石的磨损量等，都是用调节头来实现的。 2.2.1通用珩磨头图2-2是中等孔径(20150 mm)通用珩磨头。采用的是后进给方式，它由磨头体、油石、油石座、导向条、弹簧、锥体涨芯组成。当锥体涨芯移动时，油石便可涨开或收缩。珩磨头为棱圆柱体，珩磨油石条数一般为奇数。油石座直接与进给涨芯接触，中间不用顶销与过渡板结构简单。进给系统刚性好。同时在珩磨深孔时，还可根据需要在孔的中间部位或孔底进行必要的进给，以保证孔尺寸全长上的一致性。图2-2 中等孔径(后进给)通用珩磨头1本体前导向；2弹簧圈；3本体涨锥；4油石座珩磨头的外径尺寸应以被加上孔径为基准，当油石处于收缩状态时，珩磨头外径比被加工孔的孔径小。以便于珩磨头进入或退出工件孔；当油石处于最大涨开位置时，珩磨头的外径至少应等于被加工孔的最终要求尺寸加上油石的极限磨耗量。有时在珩磨头体圆周上嵌有导向条。它与油石相间排列。当珩磨头进入工件孔时。导向条起导向作用和保护油石不致碰伤，当珩磨头退出工件孔时起定心作用。此外，它还能防止油石因磨耗不均而导致珩磨头偏心。导向条在圆周上的外径应比被加工孔的基本尺寸小0.10.5 mm，但比油石收缩状态时的外径大，并与油石圆周同轴。图2-3为一种采用前进给方式的通用珩磨头它与后进给方式的不同之处在于：其涨芯体的移动是由转动括动套而带动螺母在四方槽内移动，从而使得涨芯体沿轴向伸出或缩回，并带动油石座的径向伸出和缩回(在“O”形密封圈的拉力作用下)。这种珩磨头不需要涨芯操作杆。在加工中，当珩磨头尾部退出工件时，可使用勾头扳手转动活动套，从而完成油石的径向进给。因此这种珩磨头的操作简单方便。油石进给容易控制比较适合于卧式深孔珩磨加工。图2-3 中等尺寸(前进给)通用珩磨头l一珩磨头体；2油石3一油石座；4涨芯体；5垫片；6一螺杆；7一滑动螺母；8活动套；9螺钉； 10密封圈 2.2.2小孔珩磨头珩磨5-20mm的小孔时，可将珩磨头体与油石座做成一体，使涨芯与珩磨头体在整个长度上为面接触，以增强刚性。（1）单油石珩磨头：如图2-4所示珩磨头，适用于加工直线度要求很高，孔径为520 mm的孔，珩磨头由两根导向条与一根切削油石组成。两根导向条非对称分布，宽度大的导向条用来承受油石产生的径向力和切向力的合力(合力通过它的支承面中间)，防止珩磨头变形；窄导向条起辅助支承的作用，使珩磨头与孔的接触状态稳定，以提高加工精度。导向条的材料用硬质合金或人造金刚石。根据孔径大小，导向条可做成镶嵌式或用电镀法将金刚石微粉镀在磨头体表面上，也可镀上粗粒度金刚石，然后用立方氮化硼砂轮或油石将其磨钝，使其失去切削能力。图2-4 单油石珩磨头1涨楔；2一磨头体；3一油石座；4一辅助导向条；5一主导向条 (2)对开轴瓦式珩磨头：由两个半圆形轴瓦构成，如图2-5所示。适用于加工直线度要求较高，有间断表面的孔。珩磨头的径向扩张进给是通过楔形涨芯作用于两个半圆形轴瓦的斜面上，缩回是靠轴向两端的两个“O”形弹簧圈的弹力。它可用普通磨料油石粘接于磨头表面。也可用几根金刚石油石用低熔点的焊条焊接于磨头表面。油石长度为一般珩磨头所选用的油石长度的两倍。此磨头便于在磨床上修磨它的切削表面，加工精度稳定。切削效率比单油石珩磨头高10左右，使用寿命长。图2-5对开轴瓦式珩磨头1，3O形弹簧2油石4珩磨头5调节板6联结轴7调节件（3）可调整的整体珩磨头：在大量生产中用这种珩磨头(见图2-6)束加工高精度的孔。孔的形状误差可达0.5m以下，尺寸误差可控制在23 m内，表面粗糙度R达0.2 m。图2-6 可调整的整体珩磨头磨头体为一整体套筒，两边对称开两条轴向槽，在其表面上镀0.30.5 mm厚度的金刚石磨粒，磨头体内孔为1：50的锥孔。利用锥孔中的锥形涨芯使整个磨头体产生弹性变形而调整到预定的尺寸。在加工过程中没有涨缩运动。因此可将其看做一种成形工具。使用这种珩磨头的机床，一般均为立式多轴多工位珩磨机。珩磨头与主轴间为刚性连接。工件夹具设计成浮动形式。这种珩磨头的运动与一般的珩磨运动不同，磨头一方面作旋转运动，一方面径向快速接近工件。轴向工作进给(进给速度为l1.5 mmin)，快速退回。一个工作循环即可完成一件加工。 (4)双斜面小孔珩磨头：这种珩磨头的头部结构如图2-7所示，其主要特点是： 1)珩磨头体上的导向条采用一种整体式结构，即为头体上外圆的一部分对导向条部分进行渗氮处理，使其表面硬度达HVl 200左右，以提高导向条的耐磨性。珩磨头体上采用长方槽来容纳涨开机构，如图2-8所示。 2)油石座采用双斜面涨开机构，以提高油石径向运动的稳定性和减小油石座的径向尺寸同时将斜面涨开机构安置在油石座的侧面，大大减小了油石座的径向尺寸，有利于径向空间的利用，如图2-9所示。3)采用薄片式涨芯，并用双斜面与油石座配合，如图2-10所示。 4)油石用胶与油石座连接，易于粘接。 5)珩磨头与夹持体之问以双螺纹套连接，以提高连接的柔性。 6)采用螺纹进给加力机构完成油石的径向进给运动。图2-7 双斜面高效小孔珩磨头l一珩磨头体；2一涨芯；3一油石；4一油石座此种珩磨头可直接安装在普通车床上，配以其他附件就可以投入使用。油石在半径方向上的最大伸出量可达2 mm。油石用钝或破损后，给油石座粘上新的油石后稍稍修磨即可使用。这种小孔珩磨头具有刚性好、切削效率高、结构简单、制造工艺性好等方面的独特优点，有着良好的应用效果。图2-8珩磨头体图2-9 油石座图2-10 薄片式涨芯 2.2.3大孔珩磨头它主要用于大孔径150300mm的珩磨加工，图2-11为凸环式大孔珩磨头，凸环的外径接近珩磨孔径，以支持油石座和承受珩磨切削力，具有较好的刚性。油石座上的横销3紧贴凸环内端面，对油石轴向定位并承受珩磨时的轴向力。移动涨锥1使油石座4伸出，借弹簧圈5缩回油石。同时为了减小涨芯和油石座的体积(减轻珩磨头的重量)，可以在涨芯体与油石座之间采用斜端面柱销来完成顶出油石的运动。图2-11 凸环式大孔珩磨头1涨锥；2一凸环；3油石座横销；4油石座；5弹簧圈 2.2.4平项珩磨头它主要用于具有相对运动摩擦副的零件的内孔珩磨，如内燃机气缸孔等。与普通珩磨相比，它所加工的表面微观几何形状是不同的，承载面积增大4倍左右具有较高的珩磨效率。珩磨头装有粗、精珩磨两副油石。珩磨头装在具有双阶段进给装置的珩磨机主轴上，分别进行粗、精珩磨。磨头进入工件孔前，两油石均处于收缩状态。加工开始时，涨芯向下移动。由于斜面的作用。粗珩油石涨开(见图2-12(a)。进行粗珩，并可扩张进给。当加工到预定尺寸时，锥度涨芯向上移动，粗珩油石收缩(见图2-12(b)，再继续向上移动时，精珩油石涨开。珩磨到最终尺寸时涨芯向下移动，两组油石均处于收缩状态(见图2-12(c)，然后珩磨头退出工件，加工循环结束。图2-12 平顶珩磨头工作原理 (a)粗珩油石涨开；(b)精珩油石涨开；(c)粗、精珩油石收缩图2-13为平顶珩磨头，粗珩时活塞杆C推动套杆11，使外锥套下移，涨开粗珩油石座6。在珩磨头的两个对称硬质合金导向条上配有气动测量喷嘴12，待粗珩到预定尺寸后，通过气动测量仪发出信号，使粗珩油石降压并缓慢退回。活塞杆B迅速推动内锥3，使精珩油石涨开，进行精珩。待预定精珩时间完毕后，油石卸压缩回，珩磨头复位。此珩磨头的另一个特点是制造精密所有油石座与磨头体上的油石槽均经研配，以保证进给系统的可靠性。 2.2.5特殊珩磨头 (1)盲孔珩磨头：一种可采用普通珩磨头，按通孔珩磨原则选择油石长度，珩磨中使油石在盲孔底端换向时自动停留(12 s)，或在预定时间间隔(可通过试验来确定)内，对盲孔底端进行若干短行程的珩磨，此法宜采用耐用度较高的金刚石油石。另一种是长短油石组合珩磨，在孔的全长上用长油石珩磨，在孔的盲孔端将短油石涨出，增加切削刃，既可保证孔的精度。又可提高珩磨效率，如图2-14所示。 (2)锥孔珩磨头：锥孔珩磨头即如图2-15所示珩磨头。锥形心轴l与磨头体2通过键7带动而一起旋转。同时磨头体又带动油石座3与油石4作旋转及往复运动(锥形心轴不作往复运动)。因油石座与油石是沿锥形心轴1的锥面上移动的并且要求锥形心轴在轴向上无窜动，因此，工件孔的锥度精度取决于锥形心轴的锥度。图2-13 平顶珩磨头1本体；2外涨锥；3内涨锥；4斜销；5粗珩油石；6油石座；7复位弹簧；8精珩油石座；9精珩油石；10复位弹簧；11套杆；12导向条喷嘴图2-14 盲孔珩磨（a）长油石珩磨；（b）长短油石珩磨图2-15 锥孔珩磨头1锥形心轴2磨头体3油石座4油石5工件6弹簧圈7键2.3珩磨油石珩磨前正确地选择油石，是保证顺利完成珩磨工艺的重要条件之一。油石的特性同砂轮一样，也是用磨料、粒度，硬度、结合剂等几个参数来表示的。 2.3.1珩磨油石的性能 1.珩磨油石的磨料珩磨油石的磨料是油石的一个重要性能，它直接影响到珩磨加工的表面质量和生产率。生产中使用的珩磨油石主要有白刚玉、棕刚玉、黑色碳化硅和绿色碳化硅等，近几年发展到使用人造金刚石、立方氮化硼做珩磨油石的磨料。刚玉系制成的珩磨油石，适宜珩磨淬火钢、高碳钢以及薄壁零件和抗拉强度高和韧性较大的金属。它的主要缺点是在珩磨过程中，磨料往往很快崩坏，而且常常会整粒地掉下来，失去切削能力。因此常要更换油石或者重新修磨油石。碳化硅系油石的硬度比刚玉高。绿色碳化硅硬度比黑色碳化硅更高，但它们的韧性比较差，磨粒表面的棱角磨钝后，磨料本身能自动分裂而逐渐剥落，从面产生新的切削刃，这是碳化硅磨料的优点。碳化硅油石适用于珩磨强度低和性能脆的材料，如铸铁及黄铜等有色金属和非金属材料。金刚石系磨料可分为天然金刚石和人造金刚石两种。天然金刚石硬度高，强度大，大负荷珩磨时不易碎裂，磨削性能好，磨削力小，价格较为昂贵，适用于珩磨高强度、低韧性的工件材料。人造金刚石较天然金刚石硬度高，但强度较天然金刚石低，自锐性好，适合于加工韧性较差的硬或软的工件材料，价格低，所以较天然金剐石用途范围广。立方氮化硼的硬度高、热稳定性好，对黑色金属的化学反应与刚玉一样属惰性，是加工钢材料的一种好磨料，尤其适合于加工硬且韧性大的钢件材料，如特种工具钢(高钒高速铜)、耐热合金钢、镍基高温合金、钛合金和高铬不锈钢等。这些特殊材料用人造金刚石油石则难以加工。立方氮化硼磨料的这些特殊加工性能，还表现在它加工时切屑自离性好，故不会发生切屑黏结在油石上的现象保证了它对这些材料加工性能始终如一的正常进行。表2-1 珩磨油石磨料应用范围磨料名称代号适用加工工件材料应用范围棕刚玉A未淬火的碳钢、合金钢等粗珩白刚玉WA经热处理的碳钢、合金钢等精珩、半精珩单晶刚玉SA韧性好的轴承钢、不锈钢、耐热钢等粗珩、精珩铬刚玉PA各种淬火与未淬火钢件精珩黑色碳化硅C铸铁、铜、铝等及各种非金属材料粗珩绿色碳化硅GC铸铁、铜、铝等。多用于淬火钢及各种脆、硬的金属与非金属材料精珩人造金刚石MBD各种钢件、铸铁及脆、硬的金属与非金属材料，如硬质合金粗珩、半精珩天然金刚石各种钢件，韧性较差的硬或软的工件材料粗珩、半精珩立方氮化硼CBN韧性好且硬度和强度较高的各种合金钢粗珩、精珩2珩磨油石的粒度珩磨油石的粒度的粗细直接影响加工表面的表面粗糙度和生产率，因此一般根据生产率与表面粗糙度决定珩磨油石的粒度。在表面粗糙度允许的前提下，粒度应尽量选择得粗一些，以获得高的生产率。一般粗珩选用80180，半精珩选用180280，精珩选用W40以上。表2-2 普通珩磨油石粒度与珩磨表面粗糙度的关系磨料粒度珩磨表面粗糙度Rm淬火钢未淬火钢铸铁有色金属刚玉碳化硅180I.25101.0l.61.25刚玉碳化硅2400.63l.0080.631.251.0刚玉碳化硅WS00.40.32100.630.50.40.8刚玉碳化硅W400.3620.250.630.50.50.40.80.63刚玉碳化硅W280.20.160.320.250.320.250.50.4刚玉碳化硅W200.160.100.250.200.160.1250.40.32表2-3 金刚石珩磨油石粒度与珩磨表面粗糙度的关系珩磨油石粒度80100120150180240280W40W28W20珩磨表面粗糙度R/m1.60.80.80.40.40.40.20.200.100.100.100.050.050.05 立方氮化硼珩磨油石粒度与人造金刚石珩磨油石相同，一般采用120，150，180，280，W40，W28，W20，W14等。3珩磨油石的硬度珩磨油石的硬度取决于珩磨金属的硬度。从油石的自锐性出发，珩磨硬的金属要选较软的油石；珩磨软金属则要选择较硬的油石。油石硬度的高低，是指结合剂对磨粒粘结能力的强弱，它与磨粒本身的硬度高低无关。珩磨油石的硬度过低，说明结合剂对磨粒的粘结能力低，磨粒脱落快，油石消耗量大，尺寸不易控制，脱落的磨粒也易划伤工件，不易获得较好的表面质量。珩磨油石的硬度过高，已磨耗的磨粒不易脱落，油石自锐性不良，油石表面易堵塞，切削性能低甚至消失，工件表面质量低劣，容易引起工件表面烧伤。所以，合理地选择油石的硬度，对珩磨油石的寿命、珩磨效率、珩磨工件表面粗糙度以及能否顺利地进行珩磨有很大影响。如下表：表2-4 珩磨油石的硬度油石粒度双边珩磨余量/mm油石硬度钢件铸铁1001500.050.5LQNT0 0I01NTQY1802800.050.5TPLR0.010.1LSQ TW40W200.050.15EMKQ0.010.05MRMT4珩磨油石的结合剂及组织普通磨料的珩磨油石一般采用陶瓷、树脂结合剂。陶瓷结合剂(代号V)油石较脆，硬度不均匀，珩磨过程中经常发生块状剥落的现象。剥落的油石碎片会擦伤孔壁表面，破坏加工表面质量，影响生产率和孔的尺寸精度。树脂结合剂(代号B)的油石强度比较高，且有一定弹性，能抗振，油石磨损均匀，寿命长，不易打碎，珩磨出来的零件表面粗糙度较陶瓷结合剂的低。但树脂结合剂易受碱的侵蚀，如果冷却液中含碱量超过1.5时，结合剂会遭到破坏，油石的强度和硬度会显著下降，所以珩磨时应避免用含碱的冷却液。一般在珩磨压力较高的条件下使用，用于低粗糙度珩磨。超硬磨料油石，如金刚石、立方氮化硼油石通常采用的结合剂有4种类型，树脂、陶瓷、青铜和电镀金属。树脂结合剂主要用于低粗糙度珩磨；陶瓷结合剂自锐性好，珩磨效率高，用于粗珩、半精珩；青铜结合剂(代号Q)，强度高，耐磨性好，自锐性较差，用于脆、硬材料或韧性材料的粗珩；电镀金属结合剂(代号D)，用于成形油石、小孔珩磨头，珩磨效率高，耐用度低。2.3.2珩磨油石的规格及数量珩磨油石的规格是指油石的形状和尺寸。它的断面尺寸为矩形，珩磨大直径的孔时，为了延长油石寿命，也可采用断面为方形的油石。（1）油石长度L。油石长度L根据珩磨头的长度和孔径选取。（2）油石的截面尺寸。珩磨软材料可选宽油石，珩磨硬材料需选窄油石，珩磨钢件比珩磨铸铁油石宽度要窄一些。珩磨小孔，油石尽可能宽些；珩磨大孔，油石宽度B25 mm。使用金刚石或立方氮化硼油石，其宽度一般为普通油石的l/21/3。具体数据如下。表2-5 珩磨油石截面尺寸及数量珩磨孔径mm油石数量/条普通油石截面BH金刚石油石截面BH510l21.52.2L013221.521.51316332.532.51624343332437464443746348644 4675468856 75I1068108，121056 110180681210，141266 1803108101613，2020300102020，2525 (3)金刚石、立方氮化硼油石的结构形状、尺寸与所选用的结合剂有关，一般树脂、陶瓷和电镀金属结合剂的油石，由于自锐性较好，其形状可近似普通磨料油石。而青铜结合剂油石必须采用带槽结构的窄油石，如图4-16所示，以提高其自锐能力和防止堵塞。槽宽b约为l2 mm，槽深t不小于磨料层h，一般为1.5 mm。图2-16 金刚石和立方氮化硼油石的形状结构 (a)珩磨小孔用油石；(b）带槽油石 (4)油石数量在不影响珩磨头刚性的前提下，尽可能采用多条油石，并适当减少油石宽度，若能保持油石总宽度占孔周长的0.150.28倍，就可获得较高的珩磨效率，还可减少孔的变形量。2.3.3珩磨油石的连接方式小孔珩磨头所用的油石一般不需连接，可与珩磨杆径向的孔配合，由锥芯推动扩张、收缩。中孔、大孔珩磨头所用的油石，一般采用机械夹固、胶合、压制(在塑料油石座上)等连接方式。 1机械夹固式图2-17(a)是用螺钉或其他机械夹紧方式连接，切削力负荷集中在夹紧螺钉上，易引起珩磨油石破裂，结构不紧凑，但更换珩磨条方便。 2肢合式图2-17(b)是用树脂漆、赛璐珞及虫胶等方法胶合连接。胶合牢固可靠。由于油石底面胶层有厚有薄，胶台后的油石高度不一致，须经修整后才能使用。 3压制式图2-17(c)是用塑料热模压制成型。珩磨轻巧省力，既可提高珩磨效率，又能延长油石寿命，比胶合式更经济，适宜在大量生产中使用，一般珩磨头直径为1275 mm。图2-17 油石的连接方式（a)机械夹固式；(b)胶合式；(c)压制在塑料油石2.4小结本章论述了普通珩磨头的设计因素及要求和珩磨头的基本结构形式,最后论述了,珩磨油石的性能,规格及油石的连接方式。根据加工特性、工件材料与热处理状态。从而选出用于ELID修锐的珩磨头。3 珩磨头在线电解修锐原理珩磨头在线电解修锐技术的提出，解决了一些硬脆材料珩磨时磨削力大、珩磨削温度高、珩磨效率低、珩磨头上的油石极易钝化、堵塞等难题，这一技术的出现，丰富了珩磨头修整方法，拓宽了珩磨加工的适用范围，同时也促进了硬脆材料应用领域的扩大。ELID技术是根据油石的结合剂在发生电化学反应时发生溶解去除来实现其修锐目的的，具有结构简单、整形效果好、可控性强等优点，在各种珩磨方式下均可实现。3.1 ELID磨削的基本原理图3-1ELID珩磨装置示意图 (a) 电解过程 (b) 珩磨过程如图3-1所示，以平面磨床为例，在ELID珩磨中，金属结合剂珩磨头通过电刷与电源的正极相连，根据珩磨头的形状制造一个导电性能好的阴极接电源的负极，阴极与珩磨头表面之间保持一定的间隙，从喷嘴中喷出的具有电解作用的磨削液进入阴极和珩磨头表面之间的间隙，在电源的驱动下，利用电解过程中的阳极溶解效应，对珩磨头表层的金属结合剂进行电解去除，由于磨粒不会被电解，所以会逐渐露出砂轮珩磨头表面，从而形成对珩磨头的修锐作用。如图3-2所示，在电解修锐过程中，根据阳极反应原理，作为阳极的油石表层结合剂的金属被电离，形成相应的离子溶解到磨削液中，油石磨粒凸出，同时在油石表面形成一层有绝缘作用的氧化膜，该膜的厚度对导电率有直接影响，可以减缓和阻止油石金属结合剂的进一步电解，使电解速度降低，以免使油石损耗过快。随着珩磨加工的进行，当油石表面的磨粒磨损后，出刃高度降低，由于工件材料的刮擦作用，氧化膜会逐渐变薄，导电性恢复，金属结合剂的电解过程加快，继续开始油石表面的电解过程，磨粒的出刃高度增加，氧化膜又开始增厚。周而复始，利用这种非线性电解的作用，可以使油石的修锐过程对珩磨过程有一定的自适应能力，砂轮表面金属结合剂的去除速度与磨料消耗的速度达到动态的平衡，最终使得油石表面结合剂基体不断被电解，新的磨料不断地露出，以保证金属结合剂油石在磨削过程中的锐利性，不会由于表层磨料的磨损和脱落而失去切削能力造成切屑堵塞现象。而油石也不会过快消耗，能充分发挥超硬磨料的珩磨能力，对一些材料实现高精度、高效率珩磨。通过调整电解修锐电源的参数，可以适应不同的珩磨条件，这种修整方法可以在珩磨过程中在线进行，节省了修整油石的时间，使珩磨过程可以高效、连续地进行。图3-2ELID磨削原理示意图3.2 ELID磨削的特点ELID磨削是对金属结合剂超硬磨料砂轮在线修锐修整的复合磨削技术，它具有一些不同于其它磨削技术的显著特点。(1)适应性广金属结合剂超硬磨料砂轮制造技术的不断进步和发展，促进了ELID磨削技术的广泛应用，ELID磨削可以适应从粗磨、高效磨削到超精密镜面磨削的需要。粗磨和高效率磨削多采用粒度W50的砂轮.采用W5以上的砂轮磨削可以得到镜面加工表面。ELID超精密镜面磨削技术的出现，可以取代部分材料传统的研磨、抛光工艺，而且还可以克服研磨、抛光表面形状精度低的缺点。(2)适应材料广泛由于机械、电子、光学、核能、宇航、生物工程等领域中新材料不断出现，特别是难加工、硬脆材料的精密及超精密加工，要求加工精度高、表面粗糙度低，使得加工更为困难。ELID磨削采用金属结合剂金刚石砂轮特别适合陶瓷材料、光学玻璃、硬质合金、铁氧体、半导体材料、蓝宝石等硬脆材料的磨削，而采用金属结合剂CBN砂轮则适合钦合金、不锈钢、高速钢、模具钢、轴承钢、弹簧钢及普通结构钢等黑色金属的精密和高效磨削。(3)磨削过程稳定性好、效率高采用在线电解修锐方法，砂轮在磨削中能始终保持锐利状态，同时不但可以使砂轮表面形成容纳磨削液和切屑的空间，而且能及时的去除粘附在砂轮表层的切屑，使得砂轮具有良好的、稳定的磨削性能，磨削效率高于其它砂轮磨削。试验结果表明，ELID磨削的磨除率明显高于非ELID磨削，同时磨削力较非ELID磨削大幅度降低而且稳定，工件表面质量也十分稳定，充分显示了其高效率磨削的特点。(4)金刚石砂轮不会过快磨耗，提高了贵重磨料的利用率在ELID磨削过程中，绝缘氧化膜生成的厚度和非线性电解的修锐作用处于一种动态平衡，既保持了金刚石砂轮表面的最佳切削状态，又限制了金属结合剂的过快电解。同时，电解修锐对金刚石等超硬磨料(不导电)不起作用，因而避免了砂轮的过快磨耗。(5)可控性好在ELID磨削过程中，砂轮的修锐和磨削可以通过合理选择电源参数和电解液的种类来控制，从而实现磨削修整过程的最优化。(6)装置简单，适合推广ELID磨削中所用的电解修锐装置体积小、结构简单，不仅适合于平面、内圆、外圆、无心磨削以及切割、成形磨削时的安装，也可以在数控加工中心上改装使用，适合于各种磨削方式，如图3-3所示。而且ELID磨削不需要专门的设备，在普通磨床上配以适当的装置即可实现，适合在各类机床上推广应用。图3-3不同磨削方式下的ELID装置示意图1.喷嘴 2.紧固螺柱3.阴极4.砂轮罩5.砂轮6.工件7.阳极电刷8.绝缘板a)平面磨削 b)外圆磨削 c)内圆磨削3.3 ELID修锐的电化学反应原理由ELID磨削原理可知，油石表面生成的氧化膜在整个修整、磨削过程中发挥着重要的作用，油石阳极金属结合剂的溶解去除及氧化膜的生成满足电解池的电化学反应原理。如图3-4所示，在电解池中，以NaCl溶液作为电解液，分别以铁和铜片作为阳极和阴极。整个导电回路由三部分组成:从电源引到电极的导线、电解质溶液、电极与电解液界面。当外电源通过导线把电子送到负极(从正极取走电子)时，负极上多余的电子(正极上多余的正电荷)会通过静电作用吸引电解质溶液中的正离子(正极则吸引负离子)到电极附近，当电压达到某种离子的放电电位时，就会发生电子得失的电化学反应，溶液中的正离子到负极还原，负离子到正极氧化，或者接正极的金属本身的原子失去电子变成正离子溶解下来。这种界面上发生的电化学反应完成了使电子消失或产生、离子复合或形成的过程，从而完成从导线的电子导电向电解质溶液的离子导电的过渡。所以，当电流通过两极界面时，必有化学反应发生，在阳极，发生氧化反应，电子由该极流向外电路，相反，在阴极有还原反应发生，以消耗外电路流入电极上的电子。图3-4电解池反应原理图如图3-5所示，电源的正极相连，油石的金属结合剂们一起构成电解池根据电解池反应原理，在ELID磨削中，当油石通过电刷与阴极与电源的负极相连，并在油石与阴极之间注入磨削液时，金属阴极分别充当阳极和阴极，磨削液作为电解质溶液，它们一起构成电解池。图3-5ELID磨削中的电解池反应示意图以铸铁结合剂珩磨头油石为例，当整个系统接通外电源时，电源从电解池的阳极(油石的铸铁结合剂)取走大量的电子，这样会使阳极失去电子的氧化反应大大加速，但是无论怎样加速，单位时间内电化学反应产生的电子总是供不上外电源从阳极取走的电子，所以阳极就会因为缺少电子而累积了多余的正电荷。具体的反应过程如下:阳极过程Fe-2eFe (3.1)Fe水化离子 (3.2)水化离子扩散离开电极表面并与水中OH反应生成Fe(OH)2阴极过程电解质溶液中的水化氢离子()向电极表面扩散HO+H水化氢离子脱去水分子 (3.3)H吸附到阴极表面H+eH (3.4)H+H=H (3.5)H脱附变成气泡逸出溶液但是整个电解反应不会这样无休止的进行下去，根据钝化成膜理论，随着电解反应的进行，电极电位的改变，在阳极表面会生成一层氧化膜，使得电路的电阻增大，从而阻滞了阳极砂轮金属结合剂的进一步溶解4Fe(OH)+2HO+O4Fe(OH) (3.6)2Fe(OH)一3H0FeO (3.7)综上所述，根据电解池的电化学反应原理及钝化成膜理论，在ELID磨削过程中，油石、阴极、电解液与外加电源一起构成了一个电解池系统，在电源的驱动下，阳极油石表面的金属结合剂会逐渐被溶解到电解液中变成金属离子，从而使得砂轮表面的磨粒露出结合剂表面，而金属离子会与电解液中的氢氧根离子结合生成金属氢氧化物，氢氧化物会脱水变成该金属的氧化物，所以由金属氢氧化物与氧化物的混合物构成的氧化膜会吸附在砂轮的表面，随着这层氧化膜的增厚，电路的电阻增大，阻滞了电解反应的继续进行，避免了砂轮金属结合剂的过度榕解。进行磨削加工时，这层氧化膜会被工件不断刮除而逐渐变薄，回路电阻减小，电解反应重新开始，氧化膜又会逐渐整厚，这样周而复始，砂轮处于一个非线性电解过程，最终使得氧化膜的“生成一变厚一刮除一变薄一重新生成”达到一个动态平衡，既避免了砂轮的过快电解消耗，又使得油石表层的磨粒始终露出结合剂表面，保持锋利状态，始终具有良好的磨削性能。3.4 ELID修锐中氧化膜的作用机理由ELID修锐原理可知，氧化膜在整个电解修锐过程中发挥着重要的作用，油石表面生成氧化膜的速度、厚度、硬度、绝缘性、粘附性、致密性等特征都会对整个珩磨过程及加工工件的表面质量产生很大的影响。研究表明，油石结合剂的成分类型及配比关系、电解液的成分以及所选用电源的电压、电流、频率等参数都会对氧化膜的质量产生一定的影响。以铸铁结合剂油石为例，随着砂轮中Cu含量的增加，油石的电解速度加快，电解出的铁离子浓度大，与磨削液反应生成的氧化膜厚度大、硬度高、粘附强度低，油石中Cu和Fe的成分配比决定着油石电解生成氧化膜性能的好坏。试验结果表明，当油石结合剂中Cu和Fe的质量比为10:82时，ELID的磨削性能最好。同时，磨削液成分中的防锈剂、冷却剂、冲洗剂除具有一般磨削液的防锈、冷却、冲洗及渗透作用外，对磨削液的导电性和电解生成氧化膜的质量也有一定的影响:防锈剂可以使氧化膜的硬度增大;冷却剂使氧化膜的厚度增加;冲洗剂可以提高氧化膜的生成速度。图3-6ELID磨削中氧化膜的作用示意图在线电解修锐除了能使油石表面的金属结合剂不断被溶解、使磨粒露出结合剂表面、进而避免了油石变钝堵塞以外，更重要的是同时在油石表面还能生成一层氧化膜，这就使得ELID珩磨有别于非ELID珩磨。一般来说，ELID珩磨中氧化膜的厚度在几十微米到几百微米之间，对于较粗磨粒粒度的油石，氧化膜的厚度不足以覆盖油石表面磨粒，可以利用电解作用后露出表面的磨粒直接进行磨削，避免油石堵塞，以保证其良好的磨削性能;同时，由于这层氧化膜具有一定的厚度和弹性，这样可以减小磨削力，降低油石的磨损，也能降低工件的表面粗糙度。对于微细磨粒来说，氧化膜的厚度远大于磨粒的大小，氧化膜内容纳了大量的磨粒(如图3-6所示)。此外，由于氧化膜的存在，使得ELID精密镜面磨削与非ELID磨削、研磨相比具有更多的优点，在镜面磨削中，磨粒粒度小于4m，磨粒的出刃高度不会高于粒度的3/5，机床主轴的振动、珩磨头的不平衡、主轴的偏摆等因素都会使油石在工件垂直方向的位移接近和超过这个值，致使氧化膜的厚度随着切削深度的增大而变薄或被刮除，但同时又有新氧化膜生成。磨削中脱落下来的磨粒夹杂在氧化膜中，使氧化膜成为一种含有微细磨粒、具有良好柔性的研磨膜.精磨时，由于进给量很小甚至不进给，油石上覆盖的氧化膜的厚度远大于磨粒的出刃高度，使油石基体表层磨粒在磨削中不可能直接与工件接触，油石上覆盖的这层氧化膜将代替金属结合剂油石参与真正的磨削过程，当油石中断电解时，可以依靠油石氧化膜对工件进行光磨，所以ELID镜面磨削实际上是一种将磨、研、抛合为一体的复合式精密加工技术。氧化膜在ELID修锐中所起的作用归纳起来有以下几个方面(1)由于生成的氧化膜具有一定的厚度和弹性，避免了油石结合剂与工件表面间的直接接触，减少了结合剂对工件己加工表面的摩擦划伤，可以吸收、阻尼部分振动，减缓了珩磨头上的油石对工件的振动冲击，同时在一定范围内消除油石在珩磨中的圆度误差，有利于工件表面质量的提高。(2)由于氧化膜在油石上保持了一定的厚度，可以减缓油石的电解活化，有利于提高油石的使用寿命，保证工件的尺寸精度，降低加工成本。(3)生成的氧化膜，使实际电解过程呈非线性，并且氧化膜生成厚度与电解修整作用处于一种动态平衡，从而实现可自适应控制的最佳珩磨过程。(4)生成的氧化膜，使得为保证油石磨料的等高性、油石的圆度而进行的精密整形工艺变得简单易行，保证了油石表面在磨削过程中始终保持最佳的显微起伏形貌。(5)当选用较粗粒度油石进行粗磨时，生成的氧化膜虽然不能全部覆盖油石表面的磨粒，但是它吸附在结合剂表面，具有一定的厚度和弹性，这样减缓结合剂与工件的刚度接触，同时这层氧化膜还可以将一部分磨削液带进磨削区，从而降低磨削力和工件表面粗糙度。(6)当选用较细粒度油石进行精密磨削时，油石表面生成的氧化膜较厚，可以覆盖油石表面的磨粒，并且会包含一部分脱落的磨粒，从而增加实际参加磨削的磨粒数量，提高磨削效率，改善工件的表面加工质量。3.5小结珩磨头在线电解修锐(ELID)技术是利用油石金属结合剂在电源的驱动下，在电解液中发生电解反应而逐渐溶解去除，使磨粒露出结合剂表面，同时在油石表面会生成一层氧化膜，这样就使得ELID磨削与传统的磨削方法在机理上有所不同。本章在文献综述的基础上对ELID磨削的基本原理及其特点进行了归纳和总结，并且根据电化学反应原理分析了ELID磨削的电解反应过程及氧化膜的生成机理，进一步解释了ELID磨削原理，并且总结分析了氧化膜在不同油石粒度、不同磨削方式时的作用。4 ELID珩磨装置系统4.1 ELID珩磨装置珩磨刀具,其位于具有进行珩磨加工的中空圆筒内表面的工件的上部,从上端部可摆动地悬挂,可以进行上下运动,且可以以铅直的旋转轴为中心进行旋转驱动;以及珩磨的引导部,其位于接近前述工件上部的位置,将前述珩磨刀具引导至中空圆筒内表面,其特征在于,前述珩磨刀具有:固定引导部,其从前述旋转轴至外周面具有恒定的半径R;以及珩磨磨石,其外周面可以从比前述半径R更靠外侧的扩径位置开始至内侧的缩径位置进行平行移到,且可以电解进行修整。前述珩磨引导部具有中空圆筒形的ELID电极,该ELID电极具有对珩磨刀具的固定引导部的外周面进行引导的内表面,可施加负电压。ELID珩磨装置,其特征在于,前述珩磨引导部具有研磨液供给口,该研磨液供给口大致均匀地向ELID电极和通过其内侧的珩磨磨石之间的间隙供给导电电性研磨液。ELID珩磨装置,其特征在于,前述珩磨引导部具有防蚀电极,其位于ELID电极的下方,接近工件的上部,可施加正电压。一种ELID珩磨方法,其具有:珩磨刀具,其位于具有进行珩磨加工的中空筒内表面的工件的上部,从上端部可摆动地悬挂,可以进行上下运动,且可以以铅直的旋转轴为中心进行旋转驱动:以及珩磨引导部,其位于接近前述工件的上部的位置,将前述珩磨刀具引导至中空圆筒内表面。其特征在于:前述珩磨刀具具有:固定引导部,其从前述旋转轴至外周面具有恒定的半径R:以及珩磨磨石,其外周面可以从前述半径R更靠外侧的扩径位置开始至内侧的缩径的位置进行平行移动,且可以进行电解修整,前述珩磨引导部具有中空圆筒形的ELID电极,该ELID电极具有对珩磨刀具的固定引导部的外圆周面进行引导的内表面,可施加负电压,将珩磨磨石保持在缩径位置,一边利用ELID电极的内表面引导珩磨磨石的固定引导部,一边使导电性研磨液流入珩磨磨石和ELID电极之间的间隙中,对珩磨磨石进行电解修整,然后,在将珩磨刀具插入工件内之后,将珩磨磨石移动至扩径位置,进行旋转驱动,对中空圆筒内表面进行珩磨加工。根据上述ELID珩磨方法,其特征在于,一边利用珩磨引导部引导前述珩磨刀具,一边使其下降或上升,同时对珩磨磨石进行电解修整。将前述珩磨磨石保持在缩径位置的状态下,使珩磨刀具不旋转或旋转,对珩磨磨石进行电解修整。4.2 ELID珩磨装置及方法4.2.1背景技术当前,在汽车用发动机等的缸膛的加工中,使用珩磨装置.珩磨装置是下述装置:对与圆筒内表面接触的方形棒状的磨石施加朝向半径外侧的接触压力,一边使珩磨头旋转,一边在轴方向上施加通过被加工物(工件)整个长度的往复运动。通过由珩磨装置进行珩磨加工,在工件的内表面形成称为网纹的特殊加工条纹.该网纹具有保持发动机等的缸膛所需的润滑油的作用。通常珩磨用的磨石。选定通过加工工件而同时磨石本身也被修整(磨快,下面称为“修整”)这样的磨石即自锐作用高的磨石。但是,由于使磨石的修整依赖磨石本身的自锐作用高的磨石。因此由于前序工序中的加工精度的波动磨石制造上的波动以及冷却液的污染等。自锐作用的循环也受到影响。由此,在现有的珩磨加工中,为了解决磨石的堵塞工件表面粗糙度的恶化以及加工时间的延长等,必须频繁地修整磨石。作为珩磨磨石的修整单元, 如图4-1所示,在工件51上方的位置,利用回转部件50支撑筒状的磨石修整部件52,将该磨石修整部件52的内径设定为与珩磨刀具53中的磨石58的加工直径大致相等,在磨石修整部件52的内表面配置用于修整磨石58的修整用磨石54。根据该修整单元,在利用珩磨刀具53进行加工的过程,在适当的定时将珩磨刀具53插入磨石修整部件52内,使各磨石58突出而与修整用磨石54接触,在该状态下,通过将珩磨刀具53在其轴向上适当地进行往复驱动,且进行旋转驱动,可以以将磨石安装于珩磨刀具上的状态直接修整磨石。图4-1磨石修整装置(现有技术)如图4-2所示,透过使设置于珩磨头61外周部上的磨石63和材质与利用该珩磨头进行加工的工件相同的修整用被研磨部件65相互滑动接触,去除磨石表面已使用的磨粒,从而进行使新磨粒向磨石表面露出的磨石修整。根据该修整单元,由于使用与工件同材质的修整用被研磨部件进行磨石的修整,因此在去除磨石表面的前端被切削掉的已使用磨粒,使前端锋锐而成为切削刃的新磨粒露出时,即使该新磨粒的前端在修整时研磨修整用被研磨部件,由于作为修整用被研磨部件未使用磨石,因此也可以避免磨石前端的切削刃的磨损,以及修整用被研磨部件侧的磨粒向珩磨头的磨石切削刃之间进入等问题,可以进行适当的磨石修整。图4-2磨石修整装置(现有技术)图4-3磨石修整技术(现有技术)如图4-3所示,将由磨粒及固定该磨粒的导电性结合部构成的珩磨用金属结合剂磨石72固定在电解修整用磨石支架76上,使电极78与磨石加工面隔着规定的间隔而相对,在磨石与电极之间施加规定的电压,同时向着磨石与电极之间供给导电性研磨液,对磨石表面的金属结合剂部进行电解修整。利用该修整单元,可以选择地电解修整磨石表面的金属结合剂部,由此,可以利用电解电压时间使磨石突出量最恰当化,从而可以减小加工负载,稳定地进行更高效的加工。在上述现有的修整单元中,存在以下问题。图4-1的修整单元,是圆筒形状修整磨石与插入引导部反转180的结构,因此为了进行修整,必须增加圆筒形状修整磨石的反转、修整磨石的高度定位、以及修整磨石的旋转等追加工序(修整固有的循环)。因此,产生时间的浪费,由于修整时间而使珩磨加工周期变长。另外,由于没有修整结束的基准、以及进行修整的定时的基准,因此如果不对加工精度进行测量则无法判断,从而很难适合于进行连续作业的量生产线，并且修整磨石的更换时间也不确定。图4-2的修整单元,未设置修整磨石将与工件相同的材质作为修整部件,但由于在加工过程中不能修整,因此必须利用其他的循环进行修整,会浪费较多的时间。图4-3的修整单元,由于电极为圆弧形状,因此必须将金属结合剂磨石72定位于与电极78相同的高度上,并以此高度使金属结合剂磨石72旋转,从而必须增加额外的修整工序(修整固有的循环)，即，现有的珩磨磨石的修整单元,除了通常的珩磨工序之外,必须追加工序(修整固有的循环),因此,除了珩磨工序之外,由追加工序使时间产生浪费,存在珩磨加工周期变长的问题。另外,在作为修整方法,使用图4-3所示的电解加工修整研磨法(以下称为ELID研磨法)的情况下,存在电流经由填充在相邻的工件与ELID用电极之间的冷却液(导电性研磨液)流入工件,工件电气分解而引起电蚀的问题。为了解决上述问题本文提供一种方法可以适合进行连续作业的量生产线,且可以防止工件的电蚀。一种ELID珩磨装置及方法,其可以在不追加工序(修整固有的循环)的情况下修整珩磨磨石,由此,可以不改变珩磨加工循环,长时间防止磨石的堵塞、工件表面粗糙度的恶化、以及加工时间的延长等, 提供一种ELID珩磨装置,其具有:珩磨刀具,其位于具有进行珩磨加工的中空圆筒内表面的工件的上部,从上端部右摆动地悬挂,可以进行上下运动,且可以以铅直的旋转轴为中心进行旋转驱动:以及珩磨磨石的固定引导部,一边使导电性研磨液流入珩磨磨石与ELID电极之间的间隙中,对珩磨磨石进行电解修整,然后,在将珩磨刀具插入工件之后,将珩磨磨石移到至扩径位置,进行旋转驱动,对空圆筒内表面进行珩磨加工。根据本方法的最佳实施方式,一边利用珩磨引导部引导前述珩磨刀具,一边使其下降或上升,同时对珩磨磨石进行电解修整。以将前述珩磨磨石保持在缩径位置的状态,使珩磨刀具不旋转或旋转,对珩磨磨石进行电解修整。根据上述所说的装置及方法,由于将珩磨磨石保持在缩径位置,一边利用ELID电极的内表面引导珩磨刀具的固定引导部,一边使导电性研磨液流入珩磨磨石与ELID电极的间隙对珩磨磨石进行电解修整,因此可以在不追加工序(修整固有的循环)的情况下,修整珩磨磨石。因此,这样可以不改变珩磨加工循环,而长时间防止磨石的堵塞、工件表面粗糙度的恶化、以及加工时间的延长等,且可以适合进行连续作业的量产生线。另外,由于通过在珩磨引导部上设置可施加正电压的防蚀电极,其位于ELID电极的下方:接近工件的上部,从而使电流经由填充在防蚀电极与ELID用电极之间的冷却液(导电性研磨液)流入防蚀电极,因此可以抑制工件的电气分解,从而防止工件的电蚀。4.2.2 ELID珩磨装置专用电源理论上，ELID珩磨装置的电源，可以采用直流电源、交流电源或各种波形的脉冲电源。一些学者对采用不同类型电源的ELID磨削进行了研究:(I)直流电源可用来进行油石的电解修整，但其线性特性不如脉冲直流电源好，生成的氧化膜较厚，但质量不均匀，易出现蚀坑。 (2)脉冲电源电解时的电流下降斜率较直流电解时的大，可以在油石表面形成氧化膜后迅速使电流下降到很低(较直流电而言)，这样，油石表面形成的淡黄色的氧化膜不会被再次电解的生成物膨胀脱落，这正是电解修锐油石的目的所在，而且脉冲电源生成的氧化膜相对稍薄，但均匀性较好，也不出现缺陷。 (3)分别用交流、直流、脉冲电流电源电解油石后，油石表面会生成钝化层和腐蚀层。腐蚀层越厚，珩磨出的工件的表面粗糙度越高:钝化层越厚，越适合用来进行精密加工。交流电源电解修锐的油石表面腐蚀层厚度和钝化层厚度的比例约为2: 1，而直流电源电解修整后的比例约为1:6，脉冲直流电源电解后的比例约为1: 13，显然用脉冲直流电源修锐过的油石在相同珩磨条件下珩磨出的工件表面粗糙度是最低的。 (4)脉冲直流电源电解生成的氧化膜较直流电解生成的氧化膜质地均匀致密。脉冲直流电源还有一个显著的优点就是调节参数多，且可以实现在不降低氧化膜生成速度的情况下，有目的地调节电解反应频率，防止油石的表面损伤，同时调整油石表面生成氧化膜的厚度。综上所述，ELID珩磨装置采用高频脉冲直流电源最为合适，而且高频脉冲电流不同于直流电流，在油石在线电解磨削时无任何损害性的连续电弧放电发生，同时又可利用数值控制来保持稳定的电解状态。4.2.3 阴极的设计电解装置主要是工具电极，包括阴极和阳极电刷，机床结构的不同，电解装置的设计和安装也不同。阴极的设计和制造应满足以下儿个基本要求:(l)阴极一般用导电性好的铜或不锈钢制造； (2)阴极与油石之间保持0.51.5mm左右的间隙，以保证电解反应的充分进行；(3)阴极应该与机床良好的绝缘。平面磨床上阴极的设计制造比较简单，主要是保证导电面积尽可能大的情况下，使磨削液顺利的流入间隙中，同时使磨削液分布均匀。阴极型面的大小，直接影响到修锐效率，当弧长太短时，会使导电面积减小，电流也相应减小，所以修锐效率降低;当弧长太长时，电解面积增大，电流也相应增大，修锐效率提高，但是磨削液的流通与电解产物的及时排除都要受到一定的影响。所以型面圆弧的长度要根据实际工作条件来确定，在一般的磨削条件下，油石的转速较快，油石表面氧化膜的磨损也会增快，为了使油石始终保持锋利状态，有良好的磨削性能，所以要求油石有较快的电解的速度和效率，适当增大阴极的导电面积，阴极弧度至少要覆盖珩磨头上油石圆周的1/3，为了使阴极与油石之间的电流分布均匀，消除电流边界效应，使油石表面产生的氧化膜均匀、致密、质量好，阴极的长度应比油石长24mm。对阴极弧度的制造精度要求不是很高，但是在其长度的全长方向上要保持一定的直线度。图4-4阴极装配示意图如图4-4所示，根据油石的尺寸，选用黄铜材料制作一弧形空腔阴极，在阴极的弧面上均匀分布三个矩形孔，从水箱输送过来的磨削液采用中心供液的方式充满整个阴极腔体，靠水泵提供的压力及其自身的重力，磨削液从阴极弧面的矩形孔以一定的压力流入阴极与砂轮之间的间隙。但是，在一般的珩磨中，由于油石的旋转，在油石的圆周方向会产生一层沿油石旋转方向旋转的气流屏障，这层气流屏障的速度和压力会随着油石速度的提高而增大，这样就会阻止从阴极流出的磨削液充满极间间隙，使得磨削液无法接触到油石表面，在极间间隙上造成一定程度上的磨削液“真空”状态，极间间隙内的磨削液供给严重不足，从而影响了油石的电解修锐效果。为了使珩磨中油石的电解修锐作用能充分的进行，消除气流屏障对极间间隙磨削液供给的影响是一个急需解决的关键问题。在本文的阴极设计中，除了采用中心供液法、提高供液压力外，还在阴极上增加了辅助挡板的设计:在阴极的前后两端面分别固定一块挡板，挡板下方开设一个与阴极同样半径大小的弧形缺口，安装时，挡板下方伸出阴极腔体一定距离，两块挡板将阴极包在中间，这样在两块挡板和阴极的弧面之间形成一个弧形腔，在调整好阴极与油石之间的相对位置之后，再用与挡板圆弧缺口同样弧度的钢制压板将一层塑胶遮片压在阴极的前后挡板上，调整弹性塑胶遮片的位置，使其除了在右侧留有磨削液出口外，其它与油石接触的地方保持密封状态，这样就在油石与阴极之间形成了一个密封腔，阻挡油石外圆周的回转气流进入极间间隙，使得磨削液能顺利的流入并充满整个极间间隙，保证珩磨时油石在线电解修锐过程充分进行。如图4-4所示，阴极的安装必须保证一定的精度，即保证阴极与油石之间的间隙均匀，此外还必须与机床充分绝缘。首先将阴极通过螺钉及粘结的方式固定在一矩形有机玻璃板上，在有机玻璃的四个角上设计四个通孔，通过四个双头螺柱将其固定在油石罩上，在油石罩与有机玻璃绝缘盖板之间的四个螺柱上分别安有预紧弹簧，通过调整双头螺柱上的螺母来调整阴极与油石之间的间隙。4.2.4阳极电刷的设计 ELID磨削中，珩磨头作为阳极，通过电刷与ELID高频脉冲电源正极相连，由于珩磨头的旋转，修整过程中往往产生电刷磨损，结果造成电流供给不稳定，影响油石的修整效果。因此，电刷要求耐磨性好，一般选用石墨材料，且在其上加载一定的预压力，使电刷与油石保持接触良好，另外，要保证电刷与机床的充分绝缘。根据平面磨床的结构，电刷应安装于油石罩的中心部位，保证电刷与珩磨头中心接触，以减小摩擦磨损。如图4-5所示，石墨电刷的截面为矩形，一

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