用傳統(tǒng)的機(jī)械拋光法對(duì)大面積PCD制品拋光，磨輪會(huì)先接觸其因應(yīng)力變形而出現(xiàn)的凸起部分，造成拋光時(shí)間長、局部厚度減薄等弊端。

　　PCD制品自20世紀(jì)70年代問世以來，以其優(yōu)良的性能，在航空航天、國防、能源、汽車、地質(zhì)鉆探和線纜等高技術(shù)領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。尤其是大面積PCD制品的應(yīng)用，使機(jī)械加工能力和水平向前邁進(jìn)一大步，加工精度、加工表面質(zhì)量不斷提高，加工效率幾十倍甚至上百倍提高。大面積PCD制品多用于制造切削各種材料的刀具，為了良好斷屑，提高被加工工件的精度和表面質(zhì)量，大多數(shù)PCD制品的PCD面需要拋光，使其達(dá)到鏡面(表面粗糙度Ra≦0.05μm)。盡管很多資料介紹PCD面電化學(xué)拋光、超聲拋光等新技術(shù)，但在工業(yè)化的批量生產(chǎn)應(yīng)用中，PCD面機(jī)械拋光仍占主導(dǎo)地位。

　　一、PCD面拋光參數(shù)選擇

　　PCD面機(jī)械拋光過程是聚晶金剛石磨耗與炭化過程，由于聚晶金剛石的硬度高，一般用金剛石拋光粉(膏)加鑄鐵盤或用磨輪進(jìn)行拋光。實(shí)踐證明：用金剛石拋光粉(膏)加鑄鐵盤拋光的效率太低，大都采用磨輪拋光(磨輪與工件被拋光表面接觸面積大，被廣泛采用)。

　　PCD面拋光質(zhì)量要求：

　　1、表面粗糙度Ra≦0.05μm;

　　2、表面光澤一致，沒有折光面;

　　3、沒有未拋光到的邊緣存在;

　　4、無光澤不均勻的環(huán);

　　5、無劃痕及污染。

　　為達(dá)到PCD面拋光質(zhì)量要求，用磨輪實(shí)施機(jī)械拋光時(shí)，要合理選擇磨輪寬度、濃度和粒度，磨輪和工件轉(zhuǎn)速，拋光壓力以及磨輪修整時(shí)機(jī)。

　　首先磨輪的粒度和濃度要選擇合適，粒度過粗達(dá)不到工件拋光表面粗糙度要求;粒度過細(xì)，加工效率低，磨粒保持銳利的時(shí)間短，拋光時(shí)的摩擦力大，溫升高。磨輪寬度要選擇合適，過窄，使用壽命短，磨輪修整頻次高，工件被拋光表面與磨輪接觸面小，拋光效率低;過寬，磨輪端面難于整平，磨輪內(nèi)外圈的線速度差異大，磨輪內(nèi)外消耗差異多，拋光中摩擦接觸面積大，工件散熱條件變差;磨輪工作層中含金剛砂濃度高，有利于縮短磨輪與被拋光表面接觸吻合時(shí)間，但成本高，會(huì)使磨輪脫粒過快，有時(shí)造成被拋光表面劃傷。

　　工件在拋光過程中一般低速旋轉(zhuǎn)，這對(duì)工件保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)有利。磨輪通常高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)PCD面與磨輪表面相互間摩擦，產(chǎn)生熱作用，磨輪轉(zhuǎn)速過快，摩擦熱過高，達(dá)不到拋光表面質(zhì)量要求。

　　拋光過程中，被拋光表面與磨輪表面接觸的同時(shí)必須施加合適的壓力，壓力過小易產(chǎn)生抖動(dòng)，被拋光表面出現(xiàn)波紋;壓力過大，磨輪消耗快，不僅摩擦溫升高，還可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載。

　　磨輪表面修整時(shí)機(jī)要掌握合適，長時(shí)間不修整磨輪端面，磨輪不銳利，被拋光表面與磨輪端面的吻合時(shí)間長，加工效率低;過于頻繁修整磨輪端面，磨輪消耗快。磨輪端面修整的不平整、過渡不圓滑，會(huì)使被拋光表面無光澤，有時(shí)出現(xiàn)劃痕。

　　二、傳統(tǒng)拋光方法及設(shè)備存在的問題

　　傳統(tǒng)拋光設(shè)備的結(jié)構(gòu)是磨輪高速旋轉(zhuǎn)，固定式拋光夾具夾持著工件低速旋轉(zhuǎn)，被拋光表面與磨輪端面接觸，并施加一定的接觸壓力，工件的旋轉(zhuǎn)中心與磨輪的接觸線固定，通過相互間的摩擦、熱、炭化作用，達(dá)到PCD面被拋光。

　　過去的PCD制品厚度大且被拋光表面的面積小(小于或接近磨輪端面環(huán)寬)，用傳統(tǒng)拋光設(shè)備實(shí)施拋光是適宜的。隨著技術(shù)發(fā)展，大面積PCD制品的出現(xiàn)，使被拋光表面超過端面磨輪寬度一倍以上，而且工件的厚度比過去薄得多，當(dāng)PCD制品的拋光表面積大于26cm2，厚度不大于2mm時(shí)，薄片因應(yīng)力變形使得被拋光表面的平面度變差，拋光難度加大。用傳統(tǒng)拋光設(shè)備加工大面積PCD薄片存在下列問題：

　　1、傳統(tǒng)拋光設(shè)備的夾具(及其被夾持的工件)旋轉(zhuǎn)中心與磨輪端面無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)被拋光表面與磨輪接觸，初始接觸的點(diǎn)(或面)在整個(gè)被拋光表面上的分布具有決定意義，因?yàn)榇撕髵伖饧庸�將沿這些點(diǎn)(或面)向周圍擴(kuò)展，如果初始接觸點(diǎn)(或面)少(稱之為吻合度差)，并且在局部相對(duì)集中，那麼此后只有將這些點(diǎn)或面去除，其它的點(diǎn)(或面)才能與磨輪端面接觸，這使得本應(yīng)表面拋光變成“去量拋光”，由于聚晶金剛石硬、拋光使用的磨輪切削能力差，接觸點(diǎn)(或面)向周圍擴(kuò)展相當(dāng)緩慢，造成拋光時(shí)間超長，加工效率下降。

　　2、由于工件旋轉(zhuǎn)中心與磨輪端面接觸線固定，即使被拋光表面上各處均與磨輪接觸(完全吻合)，當(dāng)工件被拋光表面寬度(長度或直徑)大于磨輪環(huán)寬，各處的接觸幾率不同，工件外部的接觸幾率明顯少于中部，使得被拋光表面易出現(xiàn)明暗不同的折光環(huán)，達(dá)不到質(zhì)量要求。

　　3、由于拋光過程中，被拋光表面中部始終不離開磨輪端面，中部受摩擦熱大于周邊，且散熱條件差，對(duì)于大面積、厚度薄的PCD制品，局部受熱導(dǎo)致工件變形加劇。

　　4、應(yīng)力變形使得被拋光表面的平面形狀不規(guī)則，伴隨有扭曲。只有通過修整磨輪端面或被拋光表面與磨輪端面相互磨耗，使磨輪端面盡可能與被拋光表面相吻合(被拋光表面取得更多的接觸點(diǎn)并均勻分布)。但應(yīng)力變形是隨機(jī)的，表面扭曲使得各個(gè)工件表面狀況千差萬別，當(dāng)磨輪端面被修整或磨耗成與某個(gè)工件的PCD表面相吻合，換另一個(gè)工件，又出現(xiàn)不吻合，必須再次通過磨輪修整或磨耗，達(dá)到新的吻合，這不僅加工效率低，還增加了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)大批量生產(chǎn)是不適宜的。

　　5、 由于各個(gè)PCD制品存在表面形狀差異，同一磨輪端面被修整成與兩個(gè)工件的PCD面同時(shí)吻合的可能性很小。即使能夠同時(shí)吻合，由于一個(gè)磨輪同時(shí)拋光兩片大面積PCD制品產(chǎn)生的摩擦溫升更高，工件中部又不能脫開磨輪(散熱條件差)，在傳統(tǒng)的拋光設(shè)備上(用同一個(gè)磨輪)同時(shí)拋光兩片大面積PCD制品，不僅各片所需的加工時(shí)間差異很大，而且過高的溫度，易燒傷被拋光表面。

　　三、改進(jìn)方案的確定

　　由上述分析可知：在拋光過程中，提高被拋光表面與磨輪端面接觸吻合程度對(duì)提高拋光效率至關(guān)重要。在拋光過程中，讓被拋光表面的自旋轉(zhuǎn)中心在磨輪端面上沿磨輪徑向移動(dòng)，并配合自適應(yīng)接觸功能，對(duì)提高接觸吻合程度有利(尤其對(duì)中凸變形的被拋光表面)。當(dāng)工件的自轉(zhuǎn)中心離開原來在磨輪端面上的接觸線時(shí)，被拋光表面上原來與磨輪端面的接觸點(diǎn)(面)，有一部分就會(huì)脫開(從微觀上看，磨輪端面沿徑向高低錯(cuò)落，并不是平整表面)，原來形成的穩(wěn)定接觸狀態(tài)被打破，在自適應(yīng)接觸功能的配合下，一些未與磨輪端面接觸的點(diǎn)(面)此時(shí)與磨輪端面接觸，從而增加了新接觸點(diǎn)(面)，改善了相互接觸吻合狀態(tài)，從而縮短拋光時(shí)間。

　　我國生產(chǎn)的聚晶金剛石拉絲模

　　工件自轉(zhuǎn)中心在磨輪端面上位移還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、拋光過程是磨輪與被拋光表面相互磨耗過程，工件位移的同時(shí)，將磨輪端面高點(diǎn)修平，這不僅消除了被拋光表面可能出現(xiàn)的環(huán)形折光環(huán)，而且降低了磨輪端面平整度修整難度。

　　2、被拋光表面中部和邊緣與磨輪端面接觸幾率得到均衡，使工件各處受熱均勻;再者，被拋光表面的大部分都有移出磨輪端面的時(shí)候，改善工件的散熱條件，減小工件拋光過程產(chǎn)生的熱變形。

　　3、縮短表面變形狀態(tài)不同的工件同時(shí)拋光所需的時(shí)間差異。由于被拋光表面自適應(yīng)與磨輪端面接觸吻合，無需用修整磨輪端面的方法來適應(yīng)被拋光表面，加之工件散熱條件的改善，使得同一臺(tái)拋光設(shè)備(用同一個(gè)磨輪)同時(shí)拋光兩片大面積PCD制品得以實(shí)現(xiàn)。

　　實(shí)現(xiàn)被拋光表面的自轉(zhuǎn)中心與磨輪端面接觸線相對(duì)位移的方法有多種：一種是在主軸(磨輪)高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行偏心擺動(dòng);另一種是在工件旋轉(zhuǎn)中心沿磨輪徑向位移或在一定的角度內(nèi)(中心壓力點(diǎn)不脫開磨輪端面)進(jìn)行擺動(dòng)，據(jù)資料介紹國外生產(chǎn)的拋光設(shè)備采用磨輪高速旋轉(zhuǎn)同時(shí)進(jìn)行偏心擺動(dòng)。

　　我們利用雙搖桿擺動(dòng)機(jī)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)了復(fù)合片旋轉(zhuǎn)、加壓、擺動(dòng)和接觸自適應(yīng)夾具，讓工件在一定的角度內(nèi)(中心壓力點(diǎn)不離開磨輪端面)擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)被拋光表面的自轉(zhuǎn)中心在磨輪端面上位移，其優(yōu)點(diǎn)：

　　1、成本低，機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，可保持傳統(tǒng)拋光設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)不變(僅改變夾具部分)。

　　2、由于拋光環(huán)境比較惡劣(有粉塵)，采用傳統(tǒng)絲杠、導(dǎo)軌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，成本較高，粉塵容易進(jìn)入運(yùn)動(dòng)部位，降低使用壽命(防護(hù)較困難);采用凸輪或氣動(dòng)、液壓機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外圍附件多;而四連桿機(jī)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)可靠性強(qiáng)，而且防護(hù)簡便、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，適合在拋光設(shè)備上應(yīng)用。

　　3、選用四連桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)工件自旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)中心在一定角度內(nèi)擺動(dòng)。

　　4、可利用原固定式結(jié)構(gòu)夾具上許多零件，不增加操作復(fù)雜程度。