王媛

摘 要：砂轮修整技术是提高磨削加工可靠性的关键技术。本文通过对磨削加工砂轮修整技术的专利进行统计，对砂轮修整技术的现状进行了具体分析，并对砂轮修整技术的发展方向进行了预测。

关键词：磨削加工 砂轮修整 专利分析

1 前言

磨削加工是利用磨料工具去除材料的加工方法，具有较高的加工精度，其通常作为工件最后机械加工的手段。磨削加工在金属切削领域占有极为重要的地位，被广泛应用于许多高科技领域，比如航空航天、医疗器械和电子芯片等，而诸如陶瓷和微晶玻璃等难加工材料，更是只能采用磨削加工的方法。砂轮是磨削加工中常用的一种磨具，在工件磨削过程中，保持砂轮和砂轮轴的良好状态很重要。成形磨削时，砂轮的磨削性能在很大程度上取决于砂轮的表面特性，砂轮的形状精度及其尺寸精度直接影响工件的加工质量。这直接关系到磨削加工的可靠性能。但磨削过程中由于砂轮与工件之间的缝隙很小，磨削液很难进入，产生的微小磨屑极不容易排除，容易造成砂轮钝化，同时导致磨削区出现高温，使砂轮出现异常，影响磨削性能。因此，要实现数控磨床的可靠加工，砂轮修整问题不容忽视。

2 磨削加工砂轮修正技术国内外发展现状

目前国内外的砂轮修整技术主要有以下几种：

（1）车削修整法

车削法是采用单颗粒金刚石笔、粉末冶金金刚石笔或金刚石修整片等修整工具车削砂轮，以达到修整目的。如图1（a）中所示，金刚石笔的轴向和径向运动可采用靠模板修整砂轮装置控制，该装置一般包括模板，缩放尺，触头和金刚石笔等。笔的仿形运动也可采用数控控制。

该种方法修整的效率较高，但金刚石笔的尖端由于受到热和力的集中连续作用，磨损剧烈。且砂轮修整后其表面状态不易达到磨削要求，磨粒之间容屑空间较小，其切削刃较宽且磨削刃不锋利，如果直接用于磨削，砂轮初期磨削力及其磨削温度较大，易造成磨削烧伤和振纹，所以在修整后，须用油石对其表面作合理修锐。

（2）滚压修整法

滚压修整时滚压轮与砂轮是主从关系，两者之间的相对滚动使磨粒表面崩碎出现微刃。砂轮的形状由滚轮的运动轨迹产生。如图1（b）所示，修整时，作為修整工具的滚轮以一定的压力与砂轮接触。由砂轮带动修整轮以相同的线速度旋转。在旋转过程中，由于修整工具压碎砂轮表面磨粒和结合剂，从而去除砂轮表面层而实现修整的目的。

滚压法的特点是修整压力大、修整效率及修整精度较低、修整后砂轮表面损伤层较深、切削刃密度较低、磨粒较尖锐、易磨损但不易堵塞。

（3）磨削修整法

磨削法修整是采用磨粒圆盘或金刚石砂轮仿效磨削过程来修整砂轮，现在均采用数控装置。用切入磨削法修整砂轮时，修整轮具有独立的旋转运动，并以一定的切入深度切入砂轮，通过对高速旋转的砂轮表面产生磨削作用，使砂轮获得与滚轮形面吻合的锋利工作表面；轴向磨削法修整时，基于成形砂轮对工件进行磨削加工的原理，建立与成形砂轮表面共扼的修整轮运动轨迹数学模型。使数控砂轮修整器产生两坐标方向的联动，修整出所需的成形轮廓。修整后砂轮表面的磨粒比较平整，适合精密磨削。

还有一种GC杯形砂轮修整法，也属于磨削修整法的范畴。修整过程中，杯形砂轮沿一定的轴线作摆动，控制回转中心的位置，并控制回转运动与其同步，按照直线包络的原理，即可修整出任意凸型廓形。修整过程中从GC杯形砂轮上脱落下来的磨粒会对砂轮磨粒及其结合剂桥产生冲击和研磨作用，由此产生修整效果。在整形的同时也进行修锐。但该种方法常用于对金刚石砂轮的修整。

除上述三种常规砂轮修整方法外，还有ELID在线电解修整、电火花修整和激光修整法等。该三种方法还在实验研究阶段，并没有以产品形式推广。目前的砂轮修整技术还存在一定的局限性。例如：车削法修整和杯形砂轮修整时修整工具损耗较快；金刚石滚轮修整效率高、精度高，但滚轮型面复杂，难于制造；ELID 法需配备专用的电源、电极和电解液，装置较贵且有一定的特殊要求。新的修整工具、修整技术的发展将趋于高精、高效、柔性及自动化方向。

3 磨削加工砂轮修整技术状况分析

早在1970年左右就已经有砂轮修整的相关技术专利的申请出现，下图2显示了自七几年来，世界范围内关于砂轮修整技术的相关专利申请的发展趋势。

从图2中可以得知，砂轮修整中最常见的三种方法：车削法、滚压法和磨削法，其相关专利的申请趋势走向类似，在2005年之前，各类型的专利申请量都趋于平稳，而在2005年之后，申请量都呈明显增长趋势，这与21世纪以来世界的经济、科技各方面迅猛发展有关，加工制造行业对磨床的需求持续增长，对磨床的可靠性要求更高，促进了相关企业和科研人员对磨床中砂轮修整技术的进一步研究，从而在进入21世纪后的短期内产生了大量的相关申请。

砂轮修整相关技术的研究主要集中在中国、日本、美国、欧洲等国家和地区。对于比较早期的车削法，在中国的申请量比在其他国家和地区的申请量要明显多出很多，而滚压法和磨削法的申请量比较适中，这体现了我国部分企业和个人的研发实力还处在较低水平的特点。

此外，在各个国家和地区中，磨削法和滚压法的申请量差别不大，且普遍大于车削法的申请量，说明磨削法和滚压法是实用性更好的两种砂轮修整方法。

国内企业中目前相关专利申请量最多的是重庆兴旺工具制造有限公司，它是一家专业化生产提供齿轮刀具产品的企业，年产刀具约5万件，刀具的生产离不开磨床，该企业由于自身的需要而对砂轮修整技术进行了大量的研究。此外，国内还形成了以湖南大学、重庆大学为主的教育科研力量，对砂轮修整的相关技术进行了大量的研究。

在国外的企业中，相关申请的数量较多的是KOYO SEIKO CO LTD，即日本KOYO进口轴承株式会社，它是一家有着悠久历史和文化的世界综合轴承产品制造商，轴承的制造也需要高品质的磨床。

4 磨削加工砂轮修整技术前景预测

随着经济的飞速发展，磨削加工在精加工和难加工领域将越来越受到企业和研究机构的重视，从砂轮修整的技术状况分析来看，单一的修整方法已经逐渐成为过去，越来越多的复合型方法被开发和使用，包括结合超声波振动、人工神经网络、电解复合、电火花、电极传导等近年来被广泛研究的新技术，由此可见，引入新技术新方法来修整砂轮已经成为砂轮修整关键技术发展的新趋势。