數控拉刀花鍵磨床砂輪修整系統的設計與實施

孫延祿

摘 要：磨削是加工拉削刀具溝槽的主要方法，隨著各種成型拉削刀具的廣泛應用，對其磨削技術的要求也在不斷提高。高精度、自動化已成為了磨削加工的發展趨勢。由于數控砂輪修整編程復雜而又繁瑣，傳統的手工編程方法根本無法完成，必須由專用軟件CAD繪圖，利用CAM的后處理功能生成加工程序，因此齒形修整程序的軟件就非常關鍵。

關鍵詞：花鍵磨床;砂輪修整;設計

一、拉刀花鍵磨床概述

拉刀拉削加工較為適合民用汽車、農用拖拉機、軍用重型機械零部件等零件的加工生產。現階段，我國國內對拉刀齒形的修磨大多是工人手動修整后磨削。這一狀況增加了拉刀齒形修磨的人工工作強度，降低了拉刀刀具精度、磨削效率，針對這一狀況，拉刀花鍵磨的數控化加工變革應運而生。針對拉刀的數控齒形修磨，目前常采用的修磨方法有兩種：一是采用成形修磨法，即針對拉刀齒形的形狀，采用形狀相同的砂輪來靠齒形修磨;二是采用軌跡修磨法，即針對拉刀齒形的曲線形狀，運用數控建模、數控編程等方式來走出相應的數學曲線磨削拉刀齒形。自動生產制造技術的開發運用對于提加工效果、生產效率和降低成本。增加了我國在相關制造行業的影響力、競爭力，具有劃時代的意義。

二、數控砂輪修整裝置的模塊化修形程序設計

普通花鍵磨床加工漸開線花鍵拉刀齒形，用70年代設計的手動修整器進行砂輪修形。這種手動修整器根據漸開線的形成原理，使用時使修整器的漸開線曲線運動，以修整出正確的砂輪形狀。這種方法盡管操作方便，精度易于保證，但也存在以下缺陷：一是需要大量的基圓庫以滿足不同規格砂輪的修整需要，并且對于基圓直徑小于φ6mm以及基圓直徑大于φ160mm 的砂輪無法實現修整;二是對于加工特殊拉刀如底徑小于基圓的砂輪也無法修整，常常只能靠手工修出基圓以下部分，因此砂輪的精度及加工范圍都不能完全保證。為了解決問題同時滿足其它非漸開線齒形砂輪的修形需要，以FANUCOi-MA數控系統用于在現有機床上進行砂輪修整裝置的數控化改造，在通過模擬運行調試后，發現在實際應用中存 在一個問題：即每次加工前的準備時間很長，首先需要根據漸開線齒輪模塊在電腦上用CAD軟件繪圖，然后利用CAM的后處理功能生成加工程序。目前尚沒有合適的、可進行移植的軟件來生成所需砂輪修形程序并直接用于加工，因此，為了提高改造后的數控砂輪修整裝置的修整精度及修整效率，我們進行了有關的模塊化程序設計。

如圖所示，改造后的數控砂輪修整裝置采用 三支金剛石筆分別完成砂輪左、右齒面漸開線曲線 和底徑圓弧的修形。因左右齒形完全相同，可采用同一個子程序通過鏡像處理完成加工，而底徑圓弧用另一個子程序來完成加工。為保證左右齒形和底 徑的完整形狀，在程序設計上還需要延長一段適當的長度，由于在數控加工中只有圓弧和直線插補指令，如果用直線段來近似代替漸開線曲線，則所取直線段必須很短以避免形成階梯線，但大量的直線段又會增加程序代碼，造成繁瑣的運算，因此采用圓弧近似代替漸開線曲線，在設計程序時可適當延長拉刀齒形要求的大小徑以保證有效部分的精 度，然后從大徑到砂輪外側修出一個適當的圓弧即可。由于目前市場對漸開線花鍵拉刀的需求越來越大，為了簡化加工過程，提高加工效率，我們對各種非標漸開線拉刀的加工程序進行了模塊化設計。由于漸開線的廓形線可以根據公式計算得出，用戶只需輸入漸開線的基本參數，通過模塊化的加工程序即能自動計算有效長度及所需圓弧段數，然后結合FANUCOi-MA系統編程格式，生成一個修形主程序及兩個子程序;為了簡化工人操作，把修整進給量、修整次數均作為變量，以便在修整時循環進給，同時在粗加工及精加工時還可采用不同的用量進行砂輪修整。程序主框架如圖所示。

利用VB編程軟件，把漸開線參數作為變量并考慮砂輪寬度，首先計算出形成漸開線齒形面所需各圓弧及底徑圓弧的起點、終點和半徑值，然后按FANUCOi-MA程序格式生成主程序及子程序的G代碼，再把所需的變量修整次數、修整量、夾具相關尺寸等以固定模式定義到子程序中可根據具體加工情況進行改動，將主程序及兩個子程序以圖紙號命名存為一個文本文件并通過系統通訊接口傳入系統內存。通過模塊化程序設計修整砂輪，不僅大大簡化了編程的工作量，提高了程序運行的準確性及精度，程序的生成到輸入系統只需數分鐘即可完成，而且采用模塊化程序設計后對操作工人的素質要求也勿需太高，更方便程序的推廣應用。

砂輪修整技術一直是成型磨削加工中一個較為復雜、難度較大的技術。花鍵拉刀齒形加工砂輪修整的模塊化程序設計亦可推廣用于其它砂輪的修形，如對于要求抬高后頂尖以形成側后角的拉刀，其砂輪的修形程序只需在現有參數的基礎上加上一個抬高角度即可快速實現，并確定砂輪的修整曲線，自動生成砂輪修整程序，由此解決了齒形磨削的難題。

參考文獻

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