【正文】 如脈沖直流電源好，生成的氧化膜較厚，但質(zhì)量不均勻，易出現(xiàn)蝕坑。工作時(shí)，再把螺桿向里旋入適當(dāng)?shù)木嚯x，使得彈簧有一定的預(yù)緊壓力，以便于隨著石墨的磨損，把石墨向里推入，保證石墨與主軸一直有良好的接觸。另一端直接在砂輪罩上開(kāi)一個(gè)比絕緣套筒稍大的圓孔，以便于絕緣套筒的固定。在安裝好陰極、陽(yáng)極電刷后，應(yīng)對(duì)機(jī)床的電機(jī)、電線、電路等電氣部分加以保護(hù)，以防止磨削液的飛濺造成短路。，石墨電刷的截面為矩形，一端與主軸接觸，一端帶有彈簧。因此，電刷要求耐磨性好，一般選用石墨材料，且在其上加載一定的預(yù)壓力，使電刷與砂輪保持接觸良好，另外，要保證電刷與機(jī)床的充分絕緣。首先將陰極通過(guò)螺釘及粘結(jié)的方式固定在一矩形有機(jī)玻璃板上，在有機(jī)玻璃的四個(gè)角上設(shè)計(jì)四個(gè)通孔，通過(guò)四個(gè)雙頭螺柱將其固定在砂輪罩上，在砂輪罩與有機(jī)玻璃絕緣蓋板之間的四個(gè)螺柱上分別按有預(yù)緊彈簧，通過(guò)調(diào)整雙頭螺柱上的螺母來(lái)調(diào)整陰極與砂輪之間的間隙。在本文的陰極設(shè)計(jì)中，除除了采用中心供液法、提高供液壓力外，還在陰極上增加了輔助擋板的設(shè)計(jì)：在陰極的前后兩端面分別固定一塊擋板，擋板下方開(kāi)設(shè)一個(gè)與陰極同樣半徑大小的弧形缺口，安裝時(shí)，擋板下方伸出陰極腔體一定距離，兩塊擋板將陰極包在中間，這樣在兩塊擋板和陰極的弧面之間形成一個(gè)弧形腔，在調(diào)整好陰極與砂輪之間的相對(duì)位置之后，再用與擋板圓弧缺口同樣弧度的鋼制壓板將一層塑膠遮片壓在陰極的前后擋板上，調(diào)整彈性塑膠遮片的位置，使其除了在右側(cè)留有磨削液出口外，其它與砂輪接觸的地方保持密封狀態(tài)，這樣就在砂輪與陰極之間形成了一個(gè)密封腔，阻擋砂輪外圓周的高速回轉(zhuǎn)氣流進(jìn)入極間間隙，使得磨削液能順利的流入并充滿整個(gè)極間間隙，保證高速磨削時(shí)砂輪在線電解修銳過(guò)程充分進(jìn)行。但是，在高速磨削中，由于砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，在砂輪的圓周方向會(huì)產(chǎn)生一層沿砂輪旋轉(zhuǎn)方向高速旋轉(zhuǎn)的氣流屏障，這層氣流屏障的速度和壓力會(huì)隨著砂輪速度的提高而增大，這樣就會(huì)阻止從陰極流出的磨削液充滿極間間隙，使得磨削液無(wú)法接觸到砂輪表面，在極間間隙上造成一定程度上的磨削液“真空”狀態(tài)，極間間隙內(nèi)的磨削液供給嚴(yán)重不足，從而影響了砂輪的電解修銳效果。對(duì)陰極弧度的制造精度要求不是很高，但是在其寬度的全長(zhǎng)方向上要保持一定的直線度。陰極型面的大小，直接影響到修銳的效率，當(dāng)弧長(zhǎng)太短時(shí)，會(huì)使導(dǎo)電面積減小，電流也相應(yīng)減小，所以修銳效率也降低；當(dāng)弧長(zhǎng)太長(zhǎng)時(shí)，電解面積增大，電流也相應(yīng)增大，修銳效率提高，但是磨削液的流通與電解產(chǎn)物的及時(shí)排除都要受到一定的影響。（3） 陰極應(yīng)與機(jī)床保持良好的絕緣。陰極的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求：（1） 陰極一般用導(dǎo)電性好的銅或不銹鋼制造。由此可知，本次設(shè)計(jì)的主要部分就是ELID電解裝置的設(shè)計(jì)，電解裝置包括陰極、陽(yáng)極、電源、電解液；所以，陰陽(yáng)極的設(shè)計(jì)、電源的選擇、電解液的配制是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容也是本章論述的主要內(nèi)容。本章在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上對(duì)ELID磨削的基本原理及其特點(diǎn)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，并且根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)原理分析了ELID磨削的電解反應(yīng)過(guò)程及氧化膜的生成機(jī)理，進(jìn)一步解釋了ELID磨削原理，并且總結(jié)分析了氧化膜在不同砂輪粒度、不同磨削方式的作用，對(duì)下一階段ELID磨削電解裝置的設(shè)計(jì)工作奠定了理論基礎(chǔ)。 （6） 當(dāng)選用較細(xì)粒度砂輪進(jìn)行精密磨削時(shí)，砂輪表面生成的氧化膜較厚，可以覆蓋砂輪表面的磨粒，并且會(huì)包含一部分脫落的磨粒，從而增加實(shí)際參加磨削的磨粒數(shù)量，提高磨削效率，改善工件的表面加工質(zhì)量。 （4） 生成的氧化膜，使得為保證砂輪磨料的等高性、砂輪的圓度而進(jìn)行的精密整形工藝變得簡(jiǎn)單易行，保證了砂輪表面在磨削過(guò)程中始終保持最佳的顯微起伏形貌。 （2） 由于氧化膜在砂輪上保持了一定的厚度，可以減緩砂輪的電解活化，有利于提高砂輪的使用壽命，保證工件的尺寸精度，降低加工成本。精磨時(shí)，由于進(jìn)給量很小甚至不進(jìn)給，砂輪上覆蓋的氧化膜的厚度遠(yuǎn)大于磨粒的出刃高度，使砂輪基體表層磨粒在磨削中不可能直接與工件接觸，當(dāng)砂輪中斷電解時(shí)，可以依靠砂輪氧化膜對(duì)工件進(jìn)行光磨，所以ELID鏡面磨削實(shí)際上是一種將磨、研、拋合為一體的復(fù)合式精密加工技術(shù)。此外，由于氧化膜的存在，使得ELID精密鏡面磨削與非ELID磨削、研磨相比具有更多的優(yōu)點(diǎn)，在鏡面磨削中，磨粒粒度小于4微米，磨粒的出刃高度不會(huì)高于粒度的3/5，機(jī)床主軸的振動(dòng)、砂輪的不平衡、主軸的偏擺等因素都會(huì)使砂輪在工件垂直方向的位移接近和超過(guò)這個(gè)值，致使氧化膜的厚度隨著切削深度的增大而變薄或被刮除，但同時(shí)又有新氧化膜生成。一般來(lái)說(shuō)，ELID磨削中氧化膜的厚度在幾十微米到幾百微米之間，對(duì)于較粗磨粒粒度的砂輪，氧化膜的厚度不足以覆蓋砂輪表面磨粒，可以利用電解作用后露出表面的磨粒直接進(jìn)行磨削，避免砂輪堵塞，以保證其良好的磨削性能：同時(shí)，由于這層氧化膜具有一定的厚度和彈性，這樣可以減小磨削力，減低砂輪的磨損，也能降低工件的表面粗糙的。同時(shí)，磨削液成分中的防銹劑、冷卻劑、沖洗劑除具有一般磨削液的防銹、冷卻、沖洗及滲透作用外，對(duì)磨削液的導(dǎo)電性和電解生成氧化膜的質(zhì)量也有一定的影響：防銹劑可以使氧化膜的硬度增大：冷卻劑使氧化膜的厚度增加：沖洗劑可以提高氧化膜的生成速度。以鑄鐵結(jié)合劑砂輪為例，有文獻(xiàn)可知，隨著砂輪中Cu含量的增加，砂輪的電解速度加快，電解出的鐵離子濃度大，與磨削液反應(yīng)生成的氧化膜厚度大、硬度高、粘附強(qiáng)度低，砂輪中Cu和Fe的成分配比決定著砂輪電解生成氧化膜性能的好壞。 ELID磨削中氧化膜的作用機(jī)理由ELID磨削原理可知，氧化膜在整個(gè)電解磨削過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，砂輪表面生成氧化膜的速度、厚度、硬度、絕緣性、粘附性、致密性等特征都會(huì)對(duì)整個(gè)磨削過(guò)程及加工工件的表面質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。具體的反應(yīng)過(guò)程如下：陽(yáng)極過(guò)程 Fe—2e→Fe2+ Fe2+→水化離子 水化離子擴(kuò)散離開(kāi)電極表面并與水中OH—反應(yīng)生成Fe（OH）2陰極過(guò)程 電解質(zhì)溶液中的水化氫離子（H3+O）向電極表面擴(kuò)散 H3+O→H2O+H+ 水化氫離子脫去水分子 H+ 吸附到陰極表面 H++e→H H+H→H2 H2脫附變成氣泡逸出溶液但是整個(gè)電解反應(yīng)不會(huì)這樣無(wú)休止的進(jìn)行下去，根據(jù)鈍化成膜理論，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，電極電位的改變，在陽(yáng)極表面會(huì)生成一層氧化膜，使得電路的電阻增大，從而阻滯了陽(yáng)極砂輪金屬結(jié)合劑的進(jìn)一步溶解： 4Fe（OH）2+2H2O+O2→4Fe（OH）3 2Fe（OH）33H2O→Fe2O3綜上所述，根據(jù)電解池的電化學(xué)反應(yīng)原理及鈍化成膜理論，在ELID磨削過(guò)程中，砂輪、陰極、電解液與外加電源一起構(gòu)成了一個(gè)電解池系統(tǒng)，在電源的驅(qū)動(dòng)下，陽(yáng)極砂輪表面的金屬結(jié)合劑會(huì)逐漸被溶解到電解液中變成金屬離子，從而使得砂輪表面的磨粒露出結(jié)合劑表面，而金屬離子會(huì)與電解液中的氫氧根離子結(jié)合生成金屬氫氧化物，氫氧化物會(huì)脫水變成該金屬的氧化物，所以又金屬氫氧化物與氧化物的混合物構(gòu)成的氧化膜會(huì)吸附在砂輪的表面，隨著這層氧化膜的增厚，電路的電阻增大，阻滯了電解反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，避免了砂輪金屬結(jié)合劑的過(guò)度溶解。 ELID磨削中的電解池反應(yīng)示意圖 ，根據(jù)電解池反應(yīng)原理，在ELID磨削中，當(dāng)砂輪通過(guò)電刷與電源的正極相連，陰極與電源的負(fù)極相連，并在砂輪與陰極之間注入磨削液時(shí)，砂輪的金屬結(jié)合劑、金屬陰極分別充當(dāng)陽(yáng)極和陰極，磨削液作為電解質(zhì)溶液，它們一起構(gòu)成電解池。這種界面上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)完成了使電子消失或產(chǎn)生、離子復(fù)合或形成的過(guò)程，從而完成從導(dǎo)線的電子導(dǎo)電向電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電的過(guò)渡。整個(gè)導(dǎo)電回路由三部分組成：從電源引到電極的導(dǎo)線、電解質(zhì)溶液、電極與電解液界面。 ELID磨削的電化學(xué)反應(yīng)原理由ELID磨削原理可知，砂輪表面生成的氧化膜在整個(gè)修整、磨削過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，砂輪陽(yáng)極金屬結(jié)合劑的溶解去除及氧化膜的生成滿足電解池的電化學(xué)反應(yīng)原理。 （6） 裝置簡(jiǎn)單，使用推廣 ELID磨削中所用的電解修銳裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅適合于平面、內(nèi)圓、外圓、無(wú)心磨削以及切割、成形磨削時(shí)的安裝，也可以再數(shù)控加工中心上改裝使用，適合于各種磨削方式。同時(shí)，電解修銳對(duì)金剛石等超硬磨料（不導(dǎo)電）不起作用，因而避免了砂輪的過(guò)快磨耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ELID磨削的磨除率明顯高于非ELID磨削，同時(shí)磨削力較非ELID磨削大幅度降低而且穩(wěn)定，工件表面質(zhì)量也十分穩(wěn)定，充分顯示了其高效率磨削的特點(diǎn)。ELID磨削采用金屬結(jié)合劑金剛石砂輪特別適合陶瓷材料、光學(xué)玻璃、硬質(zhì)合金、鐵氧體、半導(dǎo)體材料、藍(lán)寶石等硬脆材料的磨削，而采用金屬結(jié)合劑CBN砂輪則適合鈦合金、不銹鋼、磨具鋼、軸承鋼、彈簧鋼及普通結(jié)構(gòu)鋼等黑色金屬的精密和高效磨削。ELID超精密鏡面磨削技術(shù)的出現(xiàn)，可以取代部分材料傳統(tǒng)的研磨、拋光工藝，而且還可以克服研磨、拋光表面形狀精度低的缺點(diǎn)。 ELID磨削的特點(diǎn) ELID磨削是對(duì)金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪在線修銳修整的復(fù)合磨削技術(shù)，它具有一些不同于其它磨削技術(shù)的顯著特點(diǎn)：（1） 適應(yīng)性廣 金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，促進(jìn)了ELID磨削技術(shù)的廣泛應(yīng)用，ELID磨削可以適應(yīng)從粗磨、高效磨削到超精密鏡面磨削的需要。而砂輪也不會(huì)過(guò)快消耗，能充分發(fā)揮超硬磨料的磨削能力對(duì)硬脆材料實(shí)現(xiàn)高精度、高效率磨削。，在電解修銳過(guò)程中，根據(jù)陽(yáng)極反應(yīng)原理，作為陽(yáng)極的砂輪表層結(jié)合劑的金屬被電離，形成相應(yīng)的離子溶解到磨削液中，砂輪磨粒凸出，同時(shí)在砂輪表面形成一層有絕緣作用的氧化膜，該膜的厚度對(duì)導(dǎo)電率有直接影響，可以減緩和阻止砂輪金屬結(jié)合劑的進(jìn)一步電解，使電解速度減低，以免使砂輪損耗過(guò)快。第二章 砂輪在線電解修銳原理砂輪在線電解修銳技術(shù)的提出，解決了硬脆材料磨削時(shí)磨削力大、磨削溫度高、磨削效率低、砂輪極易鈍化、堵塞等難題，這一技術(shù)的出現(xiàn)，豐富了砂輪修整方法，擴(kuò)寬了磨削加工的使用范圍，同時(shí)也促進(jìn)了硬脆材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，ELID技術(shù)是根據(jù)砂輪的結(jié)合劑在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)發(fā)生溶解去除來(lái)實(shí)現(xiàn)其修銳目的的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整形效果好、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在各種磨削方式下均可實(shí)現(xiàn)。 （3） 對(duì)ELID磨削中電源參數(shù)(電解電壓、脈沖電流頻率、脈沖電流占空比)對(duì)磨削力和工件表面粗糙度的影響，從而選擇最優(yōu)化的ELID磨削電源電解參數(shù)。論文研究的主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面: （1） 介紹ELID磨削原理及特點(diǎn)，并從電化學(xué)反應(yīng)原理的角度對(duì)ELID磨削的實(shí)現(xiàn)機(jī)理進(jìn)行研究，分析氧化膜在ELID磨削中的作用。在線電解修銳技術(shù)是專門應(yīng)用于金屬結(jié)合劑砂輪的修整方法，與傳統(tǒng)的電解修整方法相比，它具有修整效率高、工藝簡(jiǎn)單、修整質(zhì)量好等特點(diǎn)。對(duì)于磨削工件來(lái)說(shuō)易于避免工件燒傷、降低磨削溫度、減小磨削力、提高砂輪的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。超聲振動(dòng)修整砂輪是一種優(yōu)良的砂輪修整方法。激光修整砂輪時(shí)，激光照射區(qū)域小，節(jié)省砂輪材料；修整過(guò)程中砂輪劃片不受機(jī)械力，適于磨削過(guò)程中在線修整；通過(guò)焦距的改變，可以有選擇地除去砂輪上阻塞的工件材料；不存在修整工具磨損報(bào)廢的情況，可重復(fù)利用性強(qiáng)；修整速度快、工效高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。采用軟彈性修整法修整砂輪時(shí)，被修整的砂輪與砂帶之間能自動(dòng)選擇合適的擠壓力，能保持修整過(guò)程穩(wěn)定；砂帶低速進(jìn)給，與砂輪表面接觸的砂帶上的磨?；旧蠜](méi)有磨損，因而可獲得較強(qiáng)的修整能力；砂帶是彈性的，因而它能去除砂輪表面磨粒間的結(jié)合劑，同時(shí)不損害磨粒的切削刃。所以如何結(jié)合高速磨削與ELID技術(shù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)粗粒度超硬磨料砂輪的高速高效ELID磨削，成為一個(gè)有待解決的實(shí)際問(wèn)題。(2)砂輪速度提高后，要保證極間間隙內(nèi)的磨削液供給充足，必須使得磨削液的供給速度至少為砂輪線速度的一半，而這一點(diǎn)卻很難實(shí)現(xiàn):(3)文中新設(shè)計(jì)的彈性箔片陰極可以通過(guò)調(diào)整彈性箔片的速度和張緊力，在較低的供液速度下保證電解反應(yīng)區(qū)內(nèi)磨削液充足，較好的解決了高速ELID磨削中極間間隙內(nèi)磨削液供液不足的問(wèn)題。但是，目前ELID技術(shù)主要應(yīng)用在采用微細(xì)粒度砂輪的低速、精密磨削中，當(dāng)砂輪線速度提高后，由于砂輪與陰極之間的磨削液供給不足，使得砂輪的修銳效率下降，達(dá)不到理想的磨削效果，這是ELID技術(shù)在高速磨削的應(yīng)用中所要解決的一個(gè)難題，而國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這方面的研究比較有限。西北工業(yè)大學(xué)史興寬、任敬心、彭炎午等人以及西安理工大學(xué)的王平、趙文福對(duì)鑄鐵結(jié)合劑微粉金剛石砂輪的在線電解修整進(jìn)行了試驗(yàn)研究，廣西大學(xué)的段明揚(yáng)、楊玲等人對(duì)青銅結(jié)合劑金剛石砂輪電解修整進(jìn)行了一定的研究。天津大學(xué)的徐燕申、張春河等人就ELID超精密鏡面磨削中砂輪磨損規(guī)律以及磨削力變化規(guī)律等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在亞洲，韓國(guó)很早就同日本開(kāi)展卓有成效的技術(shù)交流與合作。德國(guó)是最早研究ELID磨削技術(shù)的幾個(gè)國(guó)家之一，在1991年就有德國(guó)的機(jī)床廠家進(jìn)行系列ELID專用機(jī)床的設(shè)計(jì)。富士公司采用ELID磨削技術(shù)加工鏡頭，鍍膜后直接用在望遠(yuǎn)鏡、幻燈產(chǎn)品上，真正實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭加工的以磨代研、代拋的工藝革命，東京物理化學(xué)研究所將ELID磨削技術(shù)應(yīng)用于超精密數(shù)控加工，成功加工出光學(xué)玻璃和碳化硅陶瓷等材料的高精度非球曲面。ELID精密磨削技術(shù)在日本己經(jīng)得到較深入的研究和廣泛的應(yīng)用，在日本有“ELID磨削研究會(huì)”及相應(yīng)的學(xué)術(shù)期刊《ELID研削研究會(huì)報(bào)》。Yoshihiro Uehara, Yutaka Yamagata,Yutaka Yamagata等人將ELID技術(shù)應(yīng)用于一些微細(xì)工件的磨削加工中。從ELID方法提出開(kāi)始，Hitoshi Ohmori以及國(guó)外的許多學(xué)者就對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，Hitoshi Ohmori, Takeo Nakagawa, Sei Moriyasu等學(xué)者對(duì)硬脆材料ELID精密磨削的表面形成機(jī)理進(jìn)行了試驗(yàn)分析研究，并且采用杯形砂輪實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭的ELID鏡面磨削。 砂輪在線電解修銳技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 采用傳統(tǒng)磨削工藝對(duì)工程陶瓷、光學(xué)玻璃、硬質(zhì)合金、淬火鋼及半導(dǎo)體等硬脆材料進(jìn)行加工時(shí)不僅磨削力大、磨削溫度高、磨削效率低，而且砂輪極易鈍化、堵塞而喪失其切削性能，從而造成工件加工表面脆性破壞及應(yīng)力集中，加工質(zhì)量