作者：Christina Schmitt, Sven Klein, Dirk Bähre
　　摘要：衍磨通常是精密零件生產(chǎn)工藝的最終步驟，對工件形狀、測量和表面質(zhì)量等有著較高的標準要求，對公差也要求盡量減小。高質(zhì)量衍磨工藝的關鍵是工藝的控制技術。加工過程中振動分析技術是提高改善衍磨工藝的一種新方法。有研究者將振動分析應用在磨削工藝控制中并取得研究成果。本論文建立了衍磨工藝過程中振動測量的實驗裝置并得出結(jié)論。
　　關鍵詞：精密加工,衍磨,振動分析,工藝監(jiān)控
　　1、衍磨工藝
　　在未來，生產(chǎn)工程學將面臨持續(xù)優(yōu)化的生產(chǎn)精度挑戰(zhàn)和生產(chǎn)工程學領域的科研進步挑戰(zhàn)。研磨加工作為光滑精確工件表面制備的一種精加工工藝，會給生產(chǎn)工程做出重大貢獻；衍磨便是其中技術。衍磨工件的表面是一種成品型功能性表面，高精圓筒形衍磨孔的表面質(zhì)量可以達到不足1μm的尺寸和形狀精度；應用在高壓噴射泵和液壓系統(tǒng)的閥滑孔。
　　孔衍磨工藝結(jié)合三種層疊加運動：沿刀具軸的旋轉(zhuǎn)運動、沿刀具軸的振動運動和衍磨磨石的進給運動，如圖1所示。圖1中的工具為裝配了一個衍磨磨石和兩個導向石的單石衍磨頭。兩個導向石有鋪了一層磨料的鋼基構成。導向磨石更精細，濃度更高；僅用于孔內(nèi)衍磨頭的導向，不用于材料去除。由于層疊加運動，衍磨磨石在工件表面留下了陰影狀圖形；這種形狀在工件相互摩擦移動時可以保持工件表面的潤滑油，如汽缸-活塞。因此，最常見的應用就是汽缸鏜衍磨。衍磨作為加工工藝的最后一步，其工藝控制對于工件需要達到高質(zhì)量標準要求的測量、形狀和表面等有著重要作用。進給控制法是通過若干時間間隔利用斷續(xù)進給使衍磨磨石向外進給的一種工藝。

　　利用振動測量實現(xiàn)工藝控制對于其他加工工藝比較成功，因此，也可用于衍磨工藝。和車削、銑削相比，衍磨過程中加工區(qū)很難深入觀察研究，沒有太多數(shù)據(jù)信息可提供。因此，為更好的表征衍磨工藝并獲得一個更詳細的整體加工性能，可以利用振動信號分析來改善加工精度和工藝穩(wěn)定性。本研究分析了實驗裝置并探討了快速傅里葉變換（FFT）對實現(xiàn)信號分析的可能性。以上為初步研究；下一步將把測得信號和工藝輸出相關聯(lián)，特別是材料去除和質(zhì)量。
　　2、基于聲發(fā)射分析的工藝控制
　　研究者已經(jīng)證明利用振動測量技術可以成功實現(xiàn)工藝控制在生產(chǎn)工程學領域其他加工工藝方面的應用；在外圓磨削和鉆削工藝中也有應用。外圓磨削和鉆削兩種工藝都具有可以轉(zhuǎn)化為衍磨工藝的性能。以下部分將解釋其主要觀點和工藝的轉(zhuǎn)化。
　　和衍磨工藝一樣，外圓磨削是一種切削刃幾何形狀未定義的加工工藝；其目的在于監(jiān)控工藝動態(tài)和加工振動的補償以便控制鈍化和磨削工具上粘結(jié)劑和磨料的破碎。這種磨損會產(chǎn)生過分摩擦、加工載荷和工件的熱損傷，并導致工件形狀精度的不準確。實驗裝置包括對磨削工具修整工藝的監(jiān)控。由于旋轉(zhuǎn)運動，帶有精確定位的力檢測器難以到達觀測位置，因此，結(jié)構傳感器更適宜磨削應用。
　　振動分析的另一個應用是鉆削工藝。不同于衍磨，鉆削是一種切削刃形狀明確定義的加工工藝。在鉆削和衍磨加工中，加工區(qū)難以觀測研究，只能得到間接結(jié)論。比如，鉆削加工中的振動會影響孔的形狀精度和表面質(zhì)量以及工具壽命。據(jù)此可知，振動測量技術可以幫助理解影響孔質(zhì)量的一些因素。
　　3、實驗裝置 

　　實驗裝置如圖2所示。衍磨機為垂直單軸衍磨機，裝配了一根衍磨軸、一個測量衍磨工件直徑的氣動測量設備和一個去毛刺設備。衍磨頭裝配了一個衍磨磨石和兩個導向磨石；所用磨石為金屬結(jié)合劑金剛石磨料。實驗采用8152A型號的Piezotron聲發(fā)射傳感器和5125Al型號的Piezotron耦合器來進行測量。該傳感器尺寸小、靈敏性高、魯棒性好、頻率范圍廣。耦合器用于傳感器和信號處理的電源供應。利用Genesis 2i高速數(shù)據(jù)記錄儀記錄測得的信號。在接近衍磨工藝的四個不同位置進行測量以求得比較準確的數(shù)據(jù)。四個位置包括衍磨軸（對比圖2-位置1）、工件固定裝置的頂部（位置2）、工件固定裝置側(cè)面（位置3）和機床工作臺（位置4）。每個位置的測量都用螺絲把傳感器固定著。

　　3.1 衍磨工藝
　　衍磨工藝參數(shù)如表1所示。工件材料為未硬化鋼16MnCr5。初始直徑為7.98mm，需衍磨為8.00mm。使用Kadiol 180潤滑劑。一些工件需要進行進給控制衍磨和力控制衍磨，參數(shù)如表1所示。松弛時間是工藝最后旋轉(zhuǎn)和振動仍然進行但衍磨塊不再進給。