螺紋磨床CNC砂輪修整器的參數(shù)設(shè)計(jì)

趙永強(qiáng)，李志峰，魏偉鋒，侯紅玲

（陜西理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，漢中 723003）

0 引言

砂輪修整器是螺紋磨床中關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)直接影響了螺紋磨床的整體結(jié)構(gòu)和加工能力。CNC砂輪修整器的研發(fā)和使用，拓寬了螺紋磨床的應(yīng)用范圍，提升了國(guó)產(chǎn)螺紋磨床的數(shù)控水平，滿足了機(jī)械加工領(lǐng)域廣大用戶(hù)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)雜螺旋面工件的磨削成為可能。

CNC砂輪修整器使螺紋磨床趨于數(shù)控化的同時(shí)，也使螺紋磨床趨于自動(dòng)化，盡量避免操作人員的過(guò)多干預(yù)，降低螺紋磨床對(duì)操作人員的技術(shù)要求。因此，CNC砂輪修整器的設(shè)計(jì)在沿用傳統(tǒng)砂輪修整器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也必須考慮砂輪的修型方法的選擇。選擇合適的砂輪修行方法并采用合理的機(jī)床設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化具有積極地作用，本文依據(jù)一種CNC砂輪修整器的結(jié)構(gòu)，介紹了CNC砂輪修整器對(duì)砂輪的修型過(guò)程和修整器相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法。

1 CNC砂輪修整器的結(jié)構(gòu)及原理

裝有CNC砂輪修整器的某螺紋磨床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，1為磨削用砂輪，2、3為修整砂輪的金剛盤(pán)，4為金鋼盤(pán)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，7、9為砂輪修整器的進(jìn)給電機(jī)，5、6為砂輪修整器的進(jìn)給傳動(dòng)絲杠，8為砂輪修整器的安裝底座，10為砂輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

圖1 CNC砂輪修整器結(jié)構(gòu)原理

在實(shí)際工作中，砂輪由專(zhuān)用的伺服電機(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，在電機(jī)9的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)絲杠5傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)金剛輪沿砂輪徑向進(jìn)給。修整金剛輪連同徑向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置（電機(jī)9、絲杠5和豎直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌等）在電機(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)軌實(shí)現(xiàn)修整輪沿砂輪寬度方向的進(jìn)給。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

圖2 砂輪修整器修型過(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。其中砂輪的左側(cè)母線DEF由修整器左側(cè)金剛盤(pán)修整，砂輪的右側(cè)面曲線DLM由砂輪修整器右側(cè)金剛盤(pán)進(jìn)行修整。

對(duì)于已經(jīng)修整成型的砂輪，經(jīng)過(guò)磨削后需要重新修型時(shí)，可采用如下的方法。

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→K→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。

3 CNC砂輪修整器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

3.1 砂輪徑向工作行程確定

如圖1所示的CNC砂輪修整器中絲杠5的有效工作行程的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法如圖3所示。其中，l0表示絲杠5的有效工作行程； l1表示能修整砂輪的有效深度，可以表示為新砂輪直徑和砂輪最小有效直徑差的一半，l2是砂輪修整時(shí)有效安全間距（一般設(shè)計(jì)為30～50mm），三者之間的關(guān)系可表示為：

圖3 砂輪徑向工作行程尺寸鏈

對(duì)于新砂輪的修整，考慮到修整輪單次修整量（通常采用0.1～0.3mm）很小，故采用虛擬砂輪直徑的方法[4]，即沿砂輪徑向進(jìn)給方式進(jìn)行新砂輪的初始修型。這就需要修整輪在原有效行程l0的基礎(chǔ)上再增加l3的行程。否則，在新砂輪初始修整時(shí)會(huì)出現(xiàn)干涉。因此，改進(jìn)后的修整輪有效進(jìn)給行程l0可表示為：

式中，l3的定義是修整輪的輔助行程，其數(shù)值依據(jù)砂輪的寬度和磨削工件的結(jié)構(gòu)確定。對(duì)于60mm寬度的砂輪，工件直徑不大于200mm時(shí)，參考值取50～60mm。

圖4 改進(jìn)后的砂輪徑向工作行程尺寸鏈

3.2 砂輪軸向工作行程確定

如圖1所示的CNC砂輪修整器中絲杠6的有效工作行程的設(shè)計(jì)方法如圖5所示。其中h0表示絲杠6的有效工作行程，h1表示砂輪端面和修整輪端面之間的安全距離，一般設(shè)計(jì)為20～30mm；h2表示砂輪端面到砂輪最大軸截面之間的距離，砂輪最大軸截面與沿寬度中心截面之間的距離較小，通常以寬度方向的中心截面代替砂輪的最大軸截面，即h2為砂輪寬度的一半；h3為單側(cè)修整輪跨過(guò)砂輪最大軸截面的距離，通常設(shè)計(jì)為5～10mm。由于采用砂輪的寬度中心截面代替最大軸截面，因此在設(shè)計(jì)h3時(shí)將其擴(kuò)大到砂輪寬度的1/3，以此滿足磨削用砂輪的軸截型沿砂輪的寬度中心截面不對(duì)稱(chēng)時(shí)的修型。

圖5 砂輪軸向工作行程尺寸鏈

4 結(jié)論

本文針對(duì)裝有CNC砂輪修整器的某螺紋磨床的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，介紹了CNC砂輪修整器修整砂輪的具體步驟，分析設(shè)計(jì)了CNC砂輪修整器沿砂輪軸向和徑向兩個(gè)方向進(jìn)行進(jìn)給的有效行程的確定方法。該方法一方面用于CNC砂輪修整器初始的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，同時(shí)更便于后續(xù)使用過(guò)程中的修整程序編制和簡(jiǎn)化工人的具體操作。

[1]國(guó)內(nèi)首臺(tái)套數(shù)控螺桿轉(zhuǎn)子磨床亮相CCMT[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2010,03.

[2]付玉升,陳欣,孫鳳.螺旋曲面數(shù)控成型磨削與砂輪修整控制研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2004,07.

[3]陳立明.螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的磨削加工[J].機(jī)械工程師,2005,2: 89-90.

[4]伍賢君.螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子磨削成形法[J].流體機(jī)械,2000,07: 33-35.

[5]于力巖.鑄鐵螺桿轉(zhuǎn)子齒形的成形磨削[J].通用機(jī)械,2005,06.

[6]吳序堂.齒輪嚙合原理(第二版)[M].西安: 西安交通大學(xué)出版社,2009.

[7]趙甲寶.蝸桿磨削用砂輪修型方法研究[J].機(jī)械工程師,2011,07.

[8]趙永強(qiáng),侯紅玲,李志峰,白海清.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,2010,03: 7-9.

[9]侯紅玲,趙永強(qiáng).五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械,2008,08: 44-46.

[10]侯紅玲,趙永強(qiáng),白海清.復(fù)雜曲面的數(shù)控加工試驗(yàn)研究[J].機(jī)床與液壓,2009,08: 27-29.