螺紋磨床CNC砂輪修整器設計與修型方法研究

李志峰 趙永強 魏偉鋒 侯紅玲 趙甲寶 周 斌

(①陜西理工學院機械工程學院，陜西漢中 723003;②陜西漢江機床有限公司，陜西漢中 723003)

砂輪修整器是螺紋磨床的關鍵部件之一，其結構直接影響螺紋磨床整體結構和加工能力。CNC砂輪修整器的開發與研制，拓寬了螺紋磨床的應用范圍，提升了國產數控螺紋磨床的水平，滿足了機加工領域廣大用戶的不同使用要求［1］。同時，CNC砂輪修整器也改變了傳統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，特別是對于復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現了數控化，但是也離不開人為的干預，尤其對于新砂輪的初始修整。在新砂輪初始修整時，如果修型方法選擇不當，就會造成新砂輪無法修型，砂輪型面無法控制和砂輪的浪費，嚴重的會造成修型用金剛盤的早期損壞和磨床機體的損傷。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，提高砂輪修型質量和修型效率，提高砂輪利用率。

1 CNC砂輪修整器的結構及原理

SK7450螺紋磨床的CNC砂輪修整器傳動結構如圖1所示。在實際工作中，砂輪由專用的伺服電動機進行驅動。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由電動機4驅動實現修整輪的主運動，二者裝在與砂輪軸線相垂直的導軌上，在電動機9的驅動下，經絲杠5傳動實現金剛盤沿砂輪徑向進給。修整金剛盤連同徑向進給驅動裝置(電動機9、絲杠5和豎直運動導軌等)在電動機7的驅動下，經絲杠6傳動，沿著與砂輪軸線平行的導軌進給實現金剛盤沿砂輪寬度方向的修整。通過以上兩個相互垂直的直線進給運動，可以完成砂輪的修型。

2 CNC砂輪修整器工作過程

SK7450螺紋磨床的CNC砂輪修整器對砂輪的修型過程如圖2所示。在工件磨削時所需的回轉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點為分界點分為左側母線DEF和右側母線DLM。砂輪的左側母線DEF由修整器左側金剛盤修整，砂輪的右側母線DLM由砂輪修整器右側金剛盤修整。

當砂輪修整器處于零位時，左側金剛盤的位置在A點，右側金剛盤的位置在H點。開始修型時，先由左側金剛盤經A→B→C→D→E→F→G→A的修整路線對砂輪左側進行修整，形成砂輪左側母線DEF段，之后左側金剛盤回到其零位;然后由右側金剛盤經過H→J→K→D→L→M→N→H的修整路線修整砂輪右側母線DLM段，之后右側金剛盤回到其零位;至此完成砂輪的一次修型過程。

修型過程中，左側金剛盤的有效修型路徑為DEF段，右側金剛盤的有效修型路徑為DLM段，其余路徑為輔助修型路徑。在輔助修型路徑中，對于左側金剛盤修型路線中添加FG段的目的是讓修整器左側金剛盤在完成DEF段修型后能離開砂輪左側而安全回到零位。同理右側MN段的設計也是如此。另外，設置左側金剛盤修型路徑中的CD段的目的是在左側金剛盤在修整左側母線DEF段之前將母線最高點進行打頂。右側金剛盤修型路徑的KD段的設置也是一樣，因此經過CD段和KD段的交叉修型，使砂輪在經過左、右兩側分開修行后在接合點處實現平滑連接。

3 砂輪初始修型方法

以上介紹的修型方法是在磨削過程中對砂輪的修型，其前提是砂輪已修整成所需要的截形，只是隨著磨削的進行而對砂輪進行再次修銳。在數次修整后砂輪的直徑會越來越小，因此，必須對砂輪的轉速進行適當的補償以實現工件的恒速磨削［4］。另外，當砂輪截形母線的最小直徑接近于砂輪法蘭的直徑尺寸時，必須跟換新砂輪。對于新更換的砂輪，必須對其進行初始修型。砂輪的初始修型方法直接影響砂輪的修型質量、修型效率和砂輪的利用率以及金剛盤修整輪的使用壽命。如圖3所示，新換砂輪是直徑為Dsj的一個回轉圓柱體。實際磨削時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的矩形修成曲邊梯形。

先前為了操作方便和增加金剛盤的使用壽命，采用手工方式將砂輪外輪緣進行倒角。將新砂輪矩形截面修成錐形截面，這樣的初始修型效率高，在很短時間內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，反而增加后續修型難度，降低修型效率。

為了充分發揮CNC的優勢，盡量減少手工操作的誤差，提高砂輪的修型效率，現采用母線1的修型程序段，采用多次修型的方法完成初始修型過程。具體操作方法為:

將砂輪直徑由原來的Dsj延伸至Djx(實際在直徑Dsj和Djx之間不存在砂輪實體)，在開始修型時，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給，按照母線4的路徑再次修型。以此類推，直到金剛盤的運動路徑與母線1重合時就完成了砂輪的初始修型。

這種方法的特點是CNC的修整程序無需單獨設計;砂輪初始修型的結束控制很容易實現，有利于提高砂輪的利用率。另外，在初始修型的過程中修整器大部分時間處于非工作狀態，有利于延長修整器的使用壽命。

4 結語

本文主要針對SK7450螺紋磨床用CNC砂輪修整器的結構和工作過程，介紹了CNC砂輪修整器實現砂輪修整方法。尤其對于新換砂輪的初始修型提出了一種新方法。該方法充分利用了CNC砂輪修整器數控化的優點，在無需進行新程序設計的前提下，對于提高砂輪的利用率和修整器使用壽命非常有利。該方法簡便易用，適合于在其他類型和規格的磨床CNC砂輪修整器中推廣應用。

［1］周斌.SK7450×100數控絲杠磨床的開發與研制［J］.數控機床市場，2006(9).

［2］袁周華.曲紋蝸桿螺旋面的精密磨削［J］.機械工藝師，2000(4).

［3］吳序堂.齒輪嚙合原理［M］.北京:機械工業出版社，1982.

［4］趙永強，侯紅玲，李志峰，等.恒速磨削的實現方法與機床設計［J］.機床與液壓，2010(3).