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數控全自動衝（chōng）擊試樣（yàng） U形缺（quē）口加工係統的設計、製造及（jí）應用

2020-9-24 來源：中航飛機股份有限公司長沙起落（luò）架分（fèn）公（gōng）司作者：肖文，駱軍輝，翟光耀，胡（hú）建雄，韓金軍

摘要: 材料力學性能（néng）中的衝擊試驗對缺（quē）口的幾何形狀、尺寸、粗糙度（dù）都有嚴格要求（qiú），受（shòu）到設備及技術條件的限製，現有技術加工出的衝擊試樣試驗衝擊值和材（cái）料的真實衝擊性能有（yǒu）一定的差（chà）距，主要缺口的幾何形狀、尺寸、粗糙度及加工（gōng）損傷幾個方麵因素所致。設計、製（zhì）造的數控衝（chōng）擊試樣（yàng） U 形缺口加工係統集數控砂輪修整裝置和（hé）數控磨床為一體，衝擊試樣缺口加工自動化程度高，可在缺口磨削的同時對砂輪（lún）進行（háng）多次動態修整，微米級的砂輪修整及缺口磨削保證缺口尺寸、粗糙度和近於（yú）無損加工缺口，使得試驗衝擊值最大限（xiàn）度地接近材料的真實衝擊性（xìng）能。

關鍵詞: U 形（xíng）缺口; 數控砂（shā）輪修整（zhěng）; 無損（sǔn）加工; 衝擊（jī）性能

衝擊性（xìng）能是材料力學性能重要指標之一，材料衝擊性能的試驗［1］值與真實值間的差異取決於試樣加工狀（zhuàng）態和試驗過程，試樣加（jiā）工的難點是缺口加工，缺（quē）口加工外在（zài）質量體現在缺口形狀、公差尺寸、粗糙度（dù）、加工損傷程度幾個方麵，內在質量體現在衝擊性能的試驗值與真實值間的（de）差異大小。

對超高（gāo）強度鋼材料，砂輪磨削缺口（kǒu）成型（xíng）方法一次可（kě）加工多個試樣，砂輪磨削的表麵粗糙度（dù）和形狀規則度較好，是目（mù）前衝擊（jī）試樣缺口加工的首選方法，但是存在砂輪修整技術難題，砂輪修整程度達不到精確量化，中途修整過程繁瑣，U 形缺口整體加工效果不理想。

1 、數控全自動（dòng）衝（chōng）擊式樣 U 形缺口加工

係統的（de）設計特製 200 × 2 × 32 超細粒度砂輪片，通過特殊磨削工藝（yì）進行（háng）衝擊試樣 U 形缺口加工，加工後的缺口粗糙度達到Ｒa0． 2。數控砂輪修整裝置與數控磨床一體化設計的數控全自動（dòng）衝擊試樣 U 形缺口加工係統，可同時進行砂輪修整與缺口（kǒu）磨削。

對砂輪修整及缺（quē）口加（jiā）工過（guò）程進行試驗（yàn）數據分析，優化機器參數設置，編製加工程序( 砂輪修整程序、衝擊試樣 U 形缺（quē）口磨削加工程（chéng）序) ，實現砂輪修整與缺口加工的全自動化操作。

1． 1 數控全自動衝擊試樣 U 形缺口加工係統結構

數控全自動衝擊試樣 U 形缺口加工係統結構（gòu）圖及實物分別如圖 1、圖 2 所示（shì）。

1—特製砂輪片; 2—金剛石筆坐; 3—金剛石筆; 4—金剛石筆架;

5—伺服電機（jī）驅動 Z 軸旋轉平台（tái）; 6—伺（sì）服電機驅動 X 軸移動

平台; 7—砂輪（lún）防護罩; 8—平麵（miàn）磨床;

9—輪修整裝置控製係統; 10—磨床控製係（xì）統

圖 1 數控全自動衝擊試樣 U 形缺口加（jiā）工係統結構

圖 2 數控全自動衝擊式（shì）樣 U 形（xíng）缺口加工係統

1． 2 工作原理

衝擊試樣 U 形缺口加工係統分（fèn）為兩個相互獨立的子係統: 砂輪修整係（xì）統和磨床加（jiā）工係統（tǒng），工作模（mó）式（shì）也可分（fèn）為兩種: 同步式( 見圖 3) 和（hé）交替式( 見圖 4) 。同步（bù）式是指在缺口磨削和砂輪修整同時進行，交替式是指缺口磨削和砂輪修整交替進行，即缺口磨削時砂輪不修整，砂輪修整（zhěng）時缺口不磨削，這兩種（zhǒng）工作模式的選擇可根據（jù）試樣的數量和材質來確定，如對鋼（gāng）製件試樣，砂輪磨損量小可采用同步式，對鈦合金等砂輪磨損量大，可采用交替（tì）式，全自動模式指（zhǐ）的是（shì）同步式（shì）。

圖 3 衝擊試樣 U 形缺口加工（gōng）係統同步工作模式

圖 4 衝擊試樣 U 形缺（quē）口加工係統交替工作模式

2 、應用

2． 1 數控全自動衝擊式樣 U 形缺口加工係統（tǒng）可對砂

輪（lún）進行微米（mǐ）級的動態修整，磨（mó）削出的衝擊式樣 U 形缺口（kǒu）形狀好，見圖 5; 人（rén）工加工缺口由於砂輪的磨損如不及時修整就會形成不規則的缺口形狀，見圖 6。對衝擊試樣缺（quē）口（kǒu）加工而言人工修整砂輪費時（shí）費力，缺口磨削過（guò）程（chéng）中需（xū）多（duō）次停機進行砂輪修整，修整過（guò）程又需反（fǎn）複將（jiāng）砂輪與修整器和缺口（kǒu）進行位置對中，整個加工過（guò）程有一點做不（bú）到位都會影響缺口加工（gōng）質量。

圖 5 係統加工缺口

圖 6 人工加工缺口

2． 2 係統在缺口磨削的不同階段按程序依（yī）次進行粗

磨( 砂輪進給（gěi）量 3 μm) 、精磨（mó）( 砂輪進給量 1 μm) 和拋光( 砂輪進給量為（wéi） 0) ，結合超細的砂輪粒度，加（jiā）工（gōng）的缺口粗糙鍍可達（dá）到Ｒa0． 2，無需單獨增加研磨（mó）工序（xù），避免了對衝擊試樣缺口的二次破壞。

2． 3 係統在（zài）動態保（bǎo）證磨粒（lì）鋒銳度和在（zài）冷卻液下的微（wēi）進給磨削極（jí）大地降（jiàng）低了材料的損傷程度，粗磨砂輪進給（gěi）量 3 μm，精磨砂（shā）輪進給量 1 μm，

2． 4 數控全自動衝擊式（shì）樣 U 形缺口加工係統加（jiā）工的衝擊試樣缺口具有形狀公差尺寸小、粗糙度低和近似於無（wú）損的加工效果，對超高強度 300M 這（zhè）類對缺口狀態比較敏感的材料衝擊試驗值提（tí）高較大，取同爐（lú）批（pī）次300M 分兩組進行加工，試驗對比（bǐ）數據見表 1。

表 1 超高強度 300M 鋼衝擊試驗數（shù）據對比( 單位 J)

從表 1 可以看出，數控全自動衝擊試樣 U 形缺口（kǒu）加工係統加工的（de）試樣比人工模式（shì）加工試樣的衝擊值提（tí）高 23% 。

無（wú）論人工模式或機器模式加工衝擊式樣缺口都不會改變材料本身的衝擊值，材料衝擊性能是材料的固有（yǒu）屬性，試驗衝（chōng）擊值與材料固有衝擊性能的差異與試樣的加（jiā）工質量和試驗過程（chéng）有關，缺口加工質量體現在缺口的形狀、粗糙度及材（cái）料加工損傷程度幾個方麵，缺口加工質量不高會導致試驗（yàn）衝擊值下降，偏離（lí）材料本身的衝擊性能，特別是對缺口質量敏感（gǎn）度高（gāo）的超高強（qiáng）度（dù） 300M 鋼而言，缺口（kǒu）加工質量越好，試驗衝擊（jī）值就越接近材料本身的衝擊（jī）性能，反之就會造成衝擊值與材料本身的（de）衝擊性能偏離度（dù）過大。

2． 5 數控全自動衝擊式樣 U 形缺口加工係統對比人工優勢（shì）見表 2。

表 2 係統加工與人工加工缺口對比

3 、結論

衝擊試樣 U 形缺口加工質量三要素: 缺口形狀、粗糙度（dù）、加工損傷，數（shù）控全自（zì）動衝擊試樣 U 形缺口加工係統的動態砂輪修整可保證砂（shā）輪（lún）始終處於最佳的形狀與磨粒鋒銳度，配合數控磨床在（zài）冷（lěng）卻液下的微進給磨削，保證（zhèng）缺（quē）口形狀、粗糙度的同時最大限度的降低加工損傷，從而使試（shì）驗衝擊值大幅提高而更接近材料的衝擊性能。

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