螺紋磨床CNC砂輪修整器設(shè)計(jì)與修型方法研究

李志峰 趙永強(qiáng) 魏偉鋒 侯紅玲 趙甲寶 周 斌

(①陜西理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，陜西漢中 723003;②陜西漢江機(jī)床有限公司，陜西漢中 723003)

砂輪修整器是螺紋磨床的關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)直接影響螺紋磨床整體結(jié)構(gòu)和加工能力。CNC砂輪修整器的開(kāi)發(fā)與研制，拓寬了螺紋磨床的應(yīng)用范圍，提升了國(guó)產(chǎn)數(shù)控螺紋磨床的水平，滿足了機(jī)加工領(lǐng)域廣大用戶的不同使用要求［1］。同時(shí)，CNC砂輪修整器也改變了傳統(tǒng)螺紋磨床砂輪修整的方法，極大提高了螺紋磨床的加工精度和加工效率，特別是對(duì)于復(fù)雜螺旋面的磨削成為可能。雖然CNC砂輪修整器使砂輪的修型實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化，但是也離不開(kāi)人為的干預(yù)，尤其對(duì)于新砂輪的初始修整。在新砂輪初始修整時(shí)，如果修型方法選擇不當(dāng)，就會(huì)造成新砂輪無(wú)法修型，砂輪型面無(wú)法控制和砂輪的浪費(fèi)，嚴(yán)重的會(huì)造成修型用金剛盤(pán)的早期損壞和磨床機(jī)體的損傷。本文將以SK7450螺紋磨床CNC砂輪修整器為例，分析并介紹一種新的砂輪修型方法，在保證螺紋磨床正常工作前提下，提高砂輪修型質(zhì)量和修型效率，提高砂輪利用率。

1 CNC砂輪修整器的結(jié)構(gòu)及原理

SK7450螺紋磨床的CNC砂輪修整器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在實(shí)際工作中，砂輪由專(zhuān)用的伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。砂輪修整器的安裝底座8與砂輪頭架為一體。砂輪修整器的金剛盤(pán)由電動(dòng)機(jī)4驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)修整輪的主運(yùn)動(dòng)，二者裝在與砂輪軸線相垂直的導(dǎo)軌上，在電動(dòng)機(jī)9的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)絲杠5傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)金剛盤(pán)沿砂輪徑向進(jìn)給。修整金剛盤(pán)連同徑向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置(電動(dòng)機(jī)9、絲杠5和豎直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌等)在電動(dòng)機(jī)7的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)絲杠6傳動(dòng)，沿著與砂輪軸線平行的導(dǎo)軌進(jìn)給實(shí)現(xiàn)金剛盤(pán)沿砂輪寬度方向的修整。通過(guò)以上兩個(gè)相互垂直的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可以完成砂輪的修型。

2 CNC砂輪修整器工作過(guò)程

SK7450螺紋磨床的CNC砂輪修整器對(duì)砂輪的修型過(guò)程如圖2所示。在工件磨削時(shí)所需的回轉(zhuǎn)體砂輪的母線為曲線FEDLM，為了修型方便，將此曲線以近似寬度中心D點(diǎn)為分界點(diǎn)分為左側(cè)母線DEF和右側(cè)母線DLM。砂輪的左側(cè)母線DEF由修整器左側(cè)金剛盤(pán)修整，砂輪的右側(cè)母線DLM由砂輪修整器右側(cè)金剛盤(pán)修整。

當(dāng)砂輪修整器處于零位時(shí)，左側(cè)金剛盤(pán)的位置在A點(diǎn)，右側(cè)金剛盤(pán)的位置在H點(diǎn)。開(kāi)始修型時(shí)，先由左側(cè)金剛盤(pán)經(jīng)A→B→C→D→E→F→G→A的修整路線對(duì)砂輪左側(cè)進(jìn)行修整，形成砂輪左側(cè)母線DEF段，之后左側(cè)金剛盤(pán)回到其零位;然后由右側(cè)金剛盤(pán)經(jīng)過(guò)H→J→K→D→L→M→N→H的修整路線修整砂輪右側(cè)母線DLM段，之后右側(cè)金剛盤(pán)回到其零位;至此完成砂輪的一次修型過(guò)程。

修型過(guò)程中，左側(cè)金剛盤(pán)的有效修型路徑為DEF段，右側(cè)金剛盤(pán)的有效修型路徑為DLM段，其余路徑為輔助修型路徑。在輔助修型路徑中，對(duì)于左側(cè)金剛盤(pán)修型路線中添加FG段的目的是讓修整器左側(cè)金剛盤(pán)在完成DEF段修型后能離開(kāi)砂輪左側(cè)而安全回到零位。同理右側(cè)MN段的設(shè)計(jì)也是如此。另外，設(shè)置左側(cè)金剛盤(pán)修型路徑中的CD段的目的是在左側(cè)金剛盤(pán)在修整左側(cè)母線DEF段之前將母線最高點(diǎn)進(jìn)行打頂。右側(cè)金剛盤(pán)修型路徑的KD段的設(shè)置也是一樣，因此經(jīng)過(guò)CD段和KD段的交叉修型，使砂輪在經(jīng)過(guò)左、右兩側(cè)分開(kāi)修行后在接合點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)平滑連接。

3 砂輪初始修型方法

以上介紹的修型方法是在磨削過(guò)程中對(duì)砂輪的修型，其前提是砂輪已修整成所需要的截形，只是隨著磨削的進(jìn)行而對(duì)砂輪進(jìn)行再次修銳。在數(shù)次修整后砂輪的直徑會(huì)越來(lái)越小，因此，必須對(duì)砂輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)工件的恒速磨削［4］。另外，當(dāng)砂輪截形母線的最小直徑接近于砂輪法蘭的直徑尺寸時(shí)，必須跟換新砂輪。對(duì)于新更換的砂輪，必須對(duì)其進(jìn)行初始修型。砂輪的初始修型方法直接影響砂輪的修型質(zhì)量、修型效率和砂輪的利用率以及金剛盤(pán)修整輪的使用壽命。如圖3所示，新?lián)Q砂輪是直徑為Dsj的一個(gè)回轉(zhuǎn)圓柱體。實(shí)際磨削時(shí)需要的砂輪截型母線是曲線1，因此必須將砂輪軸截面截形由原來(lái)的矩形修成曲邊梯形。

先前為了操作方便和增加金剛盤(pán)的使用壽命，采用手工方式將砂輪外輪緣進(jìn)行倒角。將新砂輪矩形截面修成錐形截面，這樣的初始修型效率高，在很短時(shí)間內(nèi)讓初始修型量大為減少。但是，這樣做很容易讓砂輪的曲線偏移，反而增加后續(xù)修型難度，降低修型效率。

為了充分發(fā)揮CNC的優(yōu)勢(shì)，盡量減少手工操作的誤差，提高砂輪的修型效率，現(xiàn)采用母線1的修型程序段，采用多次修型的方法完成初始修型過(guò)程。具體操作方法為:

將砂輪直徑由原來(lái)的Dsj延伸至Djx(實(shí)際在直徑Dsj和Djx之間不存在砂輪實(shí)體)，在開(kāi)始修型時(shí)，先按照母線5的路徑完成一次修型，然后讓砂輪修整器沿砂輪徑向進(jìn)給，按照母線4的路徑再次修型。以此類(lèi)推，直到金剛盤(pán)的運(yùn)動(dòng)路徑與母線1重合時(shí)就完成了砂輪的初始修型。

這種方法的特點(diǎn)是CNC的修整程序無(wú)需單獨(dú)設(shè)計(jì);砂輪初始修型的結(jié)束控制很容易實(shí)現(xiàn)，有利于提高砂輪的利用率。另外，在初始修型的過(guò)程中修整器大部分時(shí)間處于非工作狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)修整器的使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)SK7450螺紋磨床用CNC砂輪修整器的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，介紹了CNC砂輪修整器實(shí)現(xiàn)砂輪修整方法。尤其對(duì)于新?lián)Q砂輪的初始修型提出了一種新方法。該方法充分利用了CNC砂輪修整器數(shù)控化的優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)需進(jìn)行新程序設(shè)計(jì)的前提下，對(duì)于提高砂輪的利用率和修整器使用壽命非常有利。該方法簡(jiǎn)便易用，適合于在其他類(lèi)型和規(guī)格的磨床CNC砂輪修整器中推廣應(yīng)用。

［1］周斌.SK7450×100數(shù)控絲杠磨床的開(kāi)發(fā)與研制［J］.數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)，2006(9).

［2］袁周華.曲紋蝸桿螺旋面的精密磨削［J］.機(jī)械工藝師，2000(4).

［3］吳序堂.齒輪嚙合原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［4］趙永強(qiáng)，侯紅玲，李志峰，等.恒速磨削的實(shí)現(xiàn)方法與機(jī)床設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2010(3).