【摘要】根據當前加工窄深槽現狀和難題，介紹了一種新型的加工窄深槽磨具的基體設計，并用有限元對其進行了模態分析，得出了磨具振動的頻率。
【關鍵詞】CBN磨具； 磨粒粒度； 固有頻率
【中圖分類號】 TG74＋9 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1003－ 773Ｘ（2008）03－ 0114－ 02
引 言
    高精度窄深槽一直是機械加工的難題。以前， 對普通材料零件上的寬度＞2 mm的窄深槽， 通常是用切口銑刀預先銑槽， 經熱處理后再用較薄的樹脂或陶瓷結合劑砂輪磨削加工。這種工藝加工效率低、砂輪強度低、剛性差、壽命短， 較難達到高加工精度。采用普通砂輪緩進給磨削工藝， 通過一次磨削熱處理后的工件時可加工出較高精度的窄深槽。對于寬度＜2 mm的窄深槽，銑削加工時，成本高，精度低；采用普通砂輪緩進給磨削時，砂輪工作部位的厚度很薄，修整量大，磨削和修整時極易破碎，加工成本很高。近年來，電鍍超硬磨料砂輪廣泛用于高精度槽的緩進給磨削。國外已用電鍍CBN砂輪在硬度HRC42的4340 鋼件上緩進給磨削出寬1.52mm、深6.35 mm、帶有 R為0.38 mm 圓角的窄深槽。國內也用電鍍CBN砂輪在普通鋼材上緩進給磨削出寬1.5 mm的窄深槽。許多由難加工材料制造的航空零件， 有各種各樣高精度的型槽，特別是飛機渦輪葉片根部高精度齒槽和窄深直槽的加工， 一直是國內葉片加工的難點。本文將介紹電鍍 CBN 砂輪緩進給磨削窄深槽的磨具基體設計。
1 磨具基體的半徑設計 
    磨具速度增加，磨削表面粗糙度值減小，這是由于增大砂輪速度會使單顆磨粒未變形、磨屑厚度減小的緣故。高速度磨削可以提高金屬切除率，降低磨削力、減少功率消耗，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，這樣就減小了單個磨粒上承受的力， 因而磨具磨損減小、磨削熱可降低。但是磨具速度的增加使磨粒的最大切深減小， 切屑截面面積減小， 同時切削次數和磨削熱增加，這兩個因素均使堵塞量增加［1］。根據工藝要求磨具的線速度要到30 mps以上時，機床轉速要能達到6000rpm；為了防止機床振動帶來不利影響，我們一般選取4000rpm。這時，磨具邊緣的線速度v＝πdn。d為磨具直徑，n為機床轉速。我們選d＝200 mm，計算得v＝41.9mps，符合加工工藝的速度要求。
2 磨具基體的厚度選擇 
    磨具總厚度為2 mm，考慮到鍍層和底鎳的厚度，設計的基體厚度 δ＝2－ 2d1－ 2d2。d1為電鍍磨料粒徑，d2為底鎳厚度。一般，底鎳厚度3￣5μm，取 4μm。磨料粒度的選擇主要考慮磨削效率和工件表面粗糙度的要求。綜合兩方因素我們選擇100￣120粒度的CBN，按照GB6408－ 98標準，相應尺寸為120￣150μm，可取最大值150μm，算得厚度δ＝1.692 mm。但是考慮到砂粒的熱膨脹，根據經驗熱膨脹大概為5μm，因此最后的厚度定為δ＝1.687 mm。
3 磨具基體的建摸和有限元分析
1） 磨具建模和磨具網格劃分后的單元模型
2）進行有限元分析，查看3階固有頻率。
＊＊ 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）各階固有頻率磨具變形情況。當磨具以臨界旋轉時，磨具基體受到應力最大，應變最大，到達“臨界”狀態時，磨具強烈振動，導致磨具壽命下降，甚至破壞磨具［2］。磨具臨界轉速和頻率關系為： n＝60×F。n為轉速（rpm）， F 為頻率（Hz）。可將磨具頻率轉化為臨界轉速， 見上表。磨具的工作轉速為4 000 rpm。由上表可以看出， 磨具的工作轉速遠低于臨界轉速。 
    磨具在這些頻率下，變形量都很小，不會導致磨具在工作時損壞，能夠正常工作。
4 結 論 
    在保證磨具制作工藝條件下，按上述設計磨具對機床損害少，磨具壽命高， 加工精度也能得到保證。