摘要　基于數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)運(yùn)動控制采用磁性研磨方法進(jìn)行了燈具罩模芯反射塊表面的研磨加工，在保證形狀精度和尺寸精度的前提下，加工表面粗糙度Ra由原始的0.065μm降低到0.035μm。采用單因素實(shí)驗(yàn)方法分析了幾種主要加工參數(shù)，包括加工間隙、磁極轉(zhuǎn)速、加工時(shí)間和工件進(jìn)給量對燈罩模芯表面粗糙度的影響。驗(yàn)證了磁性研磨方法可以用于模芯表面數(shù)量多、尺寸小的反射塊表面加工，并且選擇合適的加工參數(shù)能夠獲得較好的加工表面質(zhì)量，如加工間隙在1.5mm左右、磁極轉(zhuǎn)速300~600r/min、加工時(shí)間為8min左右、工件進(jìn)給量120~300mm/min。


　　隨著人們生活質(zhì)量的提高，對燈具質(zhì)量的要求也越來越高，不僅要求足夠的亮度、精致的外觀，還要求節(jié)能環(huán)保，并且從光源散射出的光線具有良好的均勻和柔和性。一般燈具包括電源、光源和反射罩三部分，其中反射罩在很大程度上影響著燈光的均勻性、柔和性以及燈具的整體節(jié)能效果。對于燈具反射罩的加工一般有沖壓、旋壓和注塑成型3種方法[1]，但無論采用何種加工方式，都需要制造出具有光線反射曲面和塊狀反射單元的凸模，由于反射罩是控光元件，因此凸模的曲面既需要較高的輪廓精度，又需要接近鏡面的表面精度。目前對于模具曲面的精加工一般采用電火花或傳統(tǒng)的手工研磨拋光來達(dá)到其粗糙度要求，效率低而且有時(shí)會犧牲其形狀精度為代價(jià)，對于這種模芯表面數(shù)量多尺寸小的反射塊加工，其弊端尤為突出，影響了我國燈具產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。
　　磁性研磨加工技術(shù)具有良好的柔性、自銳性、溫升小、加工質(zhì)量高等特點(diǎn)[2－3]。尤其對于解決復(fù)雜模具曲面的研磨加工具有突出優(yōu)勢。磁性研磨加工的原理如圖1所示，工件在數(shù)控機(jī)床的控制下，以恒定的進(jìn)給量作往復(fù)運(yùn)動，位于磁極工具和加工表面間的磁性磨料在磁場作用下，沿磁力線方向排列在磁極上形成“研磨刷”，并隨磁極工具一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，對工件表面產(chǎn)生一定的壓力，從而實(shí)現(xiàn)對工件表面的研磨加工。本研究基于黏結(jié)磨料磁性研磨方法對塑料模具鋼表面加工，取得粗糙度Ra0.06μm光滑表面的結(jié)果，采用混合拋光，通過分析被加工表面粗糙度變化規(guī)律，研究加工過程參數(shù)對表面質(zhì)量的影響。

　　1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)條件
試驗(yàn)在廣州市某有限公司開發(fā)的CMP306車磨拋復(fù)合加工中心機(jī)床上進(jìn)行，分布于燈具罩模芯表面的反射塊采用自動研磨拋光方式，磁性工具旋轉(zhuǎn)，工件沿機(jī)床的Y、Z軸同時(shí)進(jìn)給往復(fù)運(yùn)動，加工原理如圖1所示，試驗(yàn)裝置如圖2所示，加工過程中所使用的試驗(yàn)條件如表1所示。反射塊表面粗糙度采用Mahr XT20表面粗糙度輪廓儀測量。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　研磨加工前后燈具模芯表面粗糙度測量結(jié)果如圖3所示。對比可知，磁性研磨加工之后模芯表面粗糙度顯著減小。實(shí)際加工過程中影響磁性研磨效果的因素很多，我們主要就加工間隙、加工轉(zhuǎn)速、加工時(shí)間、工件進(jìn)給量這幾個(gè)主要因素來分析他們的影響規(guī)律和原因。

　　2.1 加工間隙的影響
　　在燈罩模芯磁性研磨加工過程中，工具磁極與加工表面之間的距離即加工間隙，是影響研磨質(zhì)量的一個(gè)重要因素。間隙過大，磨粒排列就會變得疏松，磨粒間的壓力隨之減小，磨削能力相應(yīng)降低，同時(shí)研磨效率也隨之降低；間隙過小，又不能充分發(fā)揮磨粒在加工區(qū)域中的翻滾和自銳優(yōu)勢，且過小的間隙會造成磨粒間的壓力過大，有可能劃傷工件表面，影響工件的表面質(zhì)量。在試驗(yàn)條件下，反射塊表面粗糙度與加工間隙之間的關(guān)系如圖4所示。由圖4可見，反射塊表面粗糙度隨加工間隙先減小再升高，加工間隙為1.5mm左右時(shí)具有較低的表面粗糙度，所以合適的加工間隙是取得較好粗糙度的關(guān)鍵參數(shù)之一。

　　2.2 磁極轉(zhuǎn)速的影響
　　燈具罩模芯反射塊表面可磁性研磨試驗(yàn)，是通過磁極工具帶動磁性“研磨刷”旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)對模芯反射面的研磨加工，磁極轉(zhuǎn)速在很大程度上決定了研磨加工效率和表面粗糙度。實(shí)際加工過程中磁極轉(zhuǎn)速會受到多種因素的制約和影響，如研磨液的黏度、磨粒尺寸、磁場強(qiáng)度、加工間隙等。在保持其他參數(shù)不變時(shí)，有規(guī)律的改變磁極轉(zhuǎn)速進(jìn)行分組研磨試驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。磁極轉(zhuǎn)速在200~500r/min范圍內(nèi)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，單位時(shí)間內(nèi)磨粒在工件表面上劃過的次數(shù)增多，材料表面去除速度相應(yīng)增大，粗糙度值隨之降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到500r/min后，離心力顯著增大，磨料沿著磁極工具旋轉(zhuǎn)的切線方向飛出，加工區(qū)域的磨料質(zhì)量濃度明顯降低，研磨能力相應(yīng)減弱；同時(shí)，研磨液被大量甩出，促使加工區(qū)域供液不足，大量減弱了研磨液的潤滑和冷卻作用。尤其當(dāng)磁極轉(zhuǎn)速超過600r/min后，磨料和工件表面的摩擦太過激烈，加工區(qū)域內(nèi)的熱量大幅增加，不但影響工件的尺寸精度，同時(shí)還會使加工面出現(xiàn)變質(zhì)層、裂紋以及殘余應(yīng)力等加工缺陷。較高的溫度，還會減少磨料的使用壽命，不利于最終磁性研磨加工的質(zhì)量和效率。

　　2.3 加工時(shí)間的影響
　　加工時(shí)間對燈罩模芯表面研磨效果的影響如圖6所示。由圖6可見，研磨初期工件表面的粗糙度下降較快，這是由于在開始研磨階段參與磨削的磨粒數(shù)較多，磨粒較鋒利，同時(shí)研磨液比較充裕，能起到良好的潤滑和冷卻加工區(qū)域的作用。當(dāng)加工持續(xù)到8min以后，表面粗糙度Ra下降到0.04μm左右后趨于穩(wěn)定，繼續(xù)延長加工時(shí)間粗糙度反而有上升趨勢。根據(jù)對加工過程的觀察，這是由于當(dāng)研磨加工一段時(shí)間后，磨粒開始鈍化，并且隨著離心力的作用，單位時(shí)間內(nèi)參與磨削的磨粒數(shù)減少，研磨液也大量減少，磨料溫度升高，在研磨后期，由于研磨液和部分磨粒被甩出加工區(qū)域，使得“磨料刷”中磁性粒子所占的比例增加，磁導(dǎo)率相應(yīng)提高，使得磁性“研磨刷”剛性增大，但由于磨削刃減少，造成單顆磨粒對加工表面的研磨壓力增大，加工表面容易產(chǎn)生新的劃痕。所以在研磨8min后，工件表面粗糙度并沒有繼續(xù)減小而是稍有波動。因此，控制適當(dāng)?shù)难心r(shí)間也是取得良好表面的條件之一。

　　2.4 進(jìn)給量的影響
　　在燈具罩模芯磁性研磨加工過程中，工件是沿著機(jī)床的Y、Z軸同時(shí)進(jìn)給，以便保證加工表面與磁性研磨刷具有最佳接觸狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)加工面的均勻性。工件進(jìn)給量在一定程度上也決定了磁性研磨的加工效率和均勻性，在轉(zhuǎn)速相同的情況下，較低的工件進(jìn)給量能增加工件表面單位面積上被磨削的次數(shù)，且單顆磨粒在工件表面上駐留的時(shí)間增長，研磨效率較高，但是過低的進(jìn)給量造成磨粒在加工區(qū)域內(nèi)得不到充分的翻滾、自銳和更新，磨粒鈍化較快，反倒不能更好地降低工件表面粗糙度。但是，過高的工件進(jìn)給量，雖然能使加工區(qū)域內(nèi)磨粒更新速度加快，但磨粒在工件表面駐留的時(shí)間太短，并且造成工件在往復(fù)加工區(qū)域的同時(shí)，將磨料排擠到磁極工具的非加工部位，從而達(dá)不到很好的材料去除效果。從圖7的加工結(jié)果中可以看出，工件進(jìn)給量保持在120~200mm/min，能取得較好的加工效果。

　　3 結(jié)語
　　采用混合磨料磁性研磨加工方法進(jìn)行了燈具罩模芯反射塊表面研磨加工，分別研究了加工過程中加工間隙、磁極轉(zhuǎn)速、加工時(shí)間以及工件進(jìn)給量，對燈罩模芯表面粗糙度的影響規(guī)律。試驗(yàn)研究的結(jié)果可以歸納為：磁性研磨可以用于燈罩模芯表面數(shù)量多、尺寸小的反射塊加工，能夠有效降低加工表面粗糙度；選擇如下的工藝參數(shù)可以得到較好的加工效果：加工間隙1.5mm左右、磁極轉(zhuǎn)速300~600r/min、加工時(shí)間8min左右、工件進(jìn)給量120~300mm/min。



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　　作者簡介
　　黃志英，女，1986年生，廣東工業(yè)大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)槌苎心伖狻?/span>