SKR7620內螺紋磨削中心自動對刀原理及實現方法

陜西漢江機床有限公司（漢中 723003）田廣利 昝 弢 周 斌

隨著數控機床的快速發展，滾珠絲杠的需求迅猛增加，絲杠的生產也出現了冷擠壓旋銑等多項新技術，效率大大提高。但螺母的加工技術卻沒有得到很好的突破，目前大部分廠家還采用傳統的磨削工藝，螺母外圓和螺紋分開磨削，對刀采用人工觀察砂輪火花方式，對刀效率低，所磨螺母中徑一致性差，由于以上原因，螺母加工已經成為影響絲杠行業發展的一個瓶頸。漢機公司在多年螺母加工經驗的基礎上，針對螺母加工技術的要求及工藝特點開發了內螺紋磨削中心SKR7620，有效解決了傳統螺母磨削的工藝問題。下面就內螺紋磨削中心自動對刀裝置的原理及實現方法加以分析介紹。

1.機床簡介

SKR7620螺紋磨削中心為六軸三聯動數控機床，數控系統為SIEMENS840D，其中X、Z軸直線電動機驅動，從而保證了精度的穩定性。機床各軸的定義如下：X為頭架前后運動；Z為頭架左右運動；C為工件旋轉運動；B為工件旋轉運動；V為砂輪垂直運動；Y為測量架垂直運動。

該機床設計有內外磨頭，工件一次裝夾可完成螺母滾道和外圓磨削，從而保證了螺母外圓與內螺紋中心的同軸度。

2.自動對刀裝置及用元件

選用元件如表1所示。對刀裝置測頭有兩個，分別為粗側頭M5感應開關和精測頭雷尼紹φ3mm探針，結構如圖1所示。它們的輸入信號分別接到西門子840D的X121接口中，如圖2所示。測量頭的機械結構如圖1所示，粗精測頭前后分布安裝，粗測頭以非接觸方式先找到插管空，目的是保證雷尼紹的精測頭能可靠進入插管孔，整個測頭裝置安裝在Y軸上，可以上下運動。

表1 元件表

圖1 測頭安裝方式

圖2 測頭接線圖

3.試驗工件

HJG－S1088－01B 法蘭螺母10件，螺距P=6mm，如圖3所示。

機床控制面板上設計有自動對刀生效鍵，機床默認為自動對刀方式生效，螺母用自定心卡盤安裝，開始磨削之前在對刀界面中輸入與對刀有關的參數，啟動程序依次完成自動對刀，螺紋磨削，外圓磨削，磨削過程中可自動修整砂輪并進行補償。對好刀后，磨削起始位置自動保存，只要不重新裝卸工件，即使重新上電，以前對好刀保存的位置參數也不會變化。如果選擇自動對刀無效，則需要手動對刀，或對以前對好刀的工件重新磨削。

圖3 法蘭螺母軸向展開圖

4.原理與步驟

（1）原理：內螺紋自動對刀不同于外螺紋，測頭無法直接進入螺紋滾道，需要進行間接對刀。螺母的反向器插管孔中心正好分布在兩個滾道的中心，也就是1/2螺距處，基于螺母設計的原則，以反向器插管孔中心為對刀基準，只要準確地找到反向器插管孔中心，通過計算就可以精確得到螺旋槽中心尺寸，保證砂輪能進入螺旋槽中心；同時以反向器插管孔中心為對刀基準，可以確保反向器擦管在滾道中心，從而保證了螺母在運行過程中鋼球循環順利流暢。為了實現這個要求，工件任意角度裝好后，啟動對刀程序，工件旋轉一周，粗測頭根據檢測到的信號使插管孔停在頂面，粗測量完成后，精測頭進入反向器口進行精確測量。反向器孔如圖4 所示。

圖4 反向器孔外形

（2）測量計算中所用參數說明：

R454：輸入參數，被測孔為以螺母端面開始，第i個孔（i=1～6），一般i=2。

A 螺母端面坐標（Z軸）C，B反向器孔中心粗定位測量點（C軸）G，E反向器孔中精定位測量點（Z軸）F，D反向器孔中精定位測量點（C軸）。

R456：孔距L1，螺母端面到第1個孔距離，如圖3所示。

R457：孔距L2，兩反向器孔中心之間距離，如圖3所示。

精測頭（RENISHAW LP2測頭）測出A點Z軸坐標R516。

粗測頭（感應開關）移動到反向器孔Z向理論中心，粗測頭Z向進給距離R466，R466=R456+（R457×（R454-1））。

C軸旋轉，用粗測頭分別測出B、C點C向坐標值R839、R840，計算出C向中心坐標R467，R467=（R839+R840）/2。

工件（C軸）旋轉到R467處，精測頭進到反向器孔Z向理論中心處，進入孔內，Z軸左右移動測出G、E點Z向坐標R800、R801，從而計算出Z向中心坐標R517，R517=（R800+R801）/2。

以R517、R467為基點，由精測頭分別測出D、F點C向坐標值R519、R520，并由此計算出C向中心精確坐標值R476，R476=（R519+R520）/2。

精測頭由點R517、R476點進入反向器孔，Z軸左右運動，分別測出G、E點Z向坐標R802、R803，從而計算出Z向中心坐標R804，R804=（R802+R803）/2 。

通過以上步驟即可得出反向器孔中心精確坐標值（Z，C）R804、R476。通過反向器孔與內螺紋軌道之間的關系以及被測孔到螺母端面距離即可計算出內螺紋磨削起點坐標值R534、R806。

如果以螺母端面開始磨削，則：R534=R516

R806=［ABS（R517－R516+R103/2）/R103］×360。

至此，Z、C軸方向自動對刀測量計算結束。

本試驗中用的螺母是帶一定傾角的腰型反向器孔，這種類型的反向器孔中心測量難度大，不易測準。而對于圓形孔反向器，孔中心測量相對容易，其原理與此相同，只是中間少去了粗測環節。

5.試驗步驟及記錄

（1）對工件端面Z坐標值，試驗RENISHAW測頭的測量精度及機床的重復精度，要求測頭經過幾次觸發測量，無論測頭最初探測在何位置最終測頭都能自動測出工件端面Z坐標值。對同一工件反復測量，當測量速度為200mm/min時試驗數據如表2所示。通過對表2數據分析，RENISHAW測頭的測量精度完全能滿足磨削對刀測量要求。

（2）自動對刀、磨削。按前述對刀原理與步驟編制自動對刀、磨削程序，有關參數在OEM界面輸入，并進行實際加工。試磨十件試件（HJGS1088－01B 法蘭螺母）。試磨結果如表3所示。

表2 工件端面Z坐標實驗數據

（續）

表3 試磨結果

其中，1～5件試件是一次對刀一次磨削。