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數(shù)控磨床的自動(dòng)對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)

2018-6-12 來(lái)源：太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司作者：鄭田

摘要：自動(dòng)對(duì)刀裝置是數(shù)控磨床的主要部件。數(shù)控磨床對(duì)工件完成裝夾后，首先要通過(guò)自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)準(zhǔn)確找到砂輪加工切入的位置，從而實(shí)現(xiàn)高效率更加精確的自動(dòng)對(duì)刀功能。在各類數(shù)控磨床上裝置自動(dòng)對(duì)刀系統(tǒng)，能夠更好地優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。本文對(duì)自動(dòng)對(duì)刀裝置的測(cè)量原理與結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析，并深入介紹了數(shù)控端外圓磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)以及數(shù)控螺母磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置定位

1、自動(dòng)對(duì)刀裝置的結(jié)構(gòu)形式分析

數(shù)控磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有直線式和回轉(zhuǎn)式。關(guān)于兩種結(jié)構(gòu)形式的確定，主要取決于數(shù)控磨床對(duì)自動(dòng)對(duì)刀裝置布局上的滿足度，然后是根據(jù)測(cè)量的功能、準(zhǔn)確度以及性能大小等方面來(lái)進(jìn)行確定。自動(dòng)對(duì)刀裝置無(wú)論是哪一個(gè)結(jié)構(gòu)形式都必須結(jié)構(gòu)緊湊，而且需要在準(zhǔn)確測(cè)量后，將側(cè)頭脫離數(shù)控磨床的磨削區(qū)域。但是，需要注意的是，不能影響到需要磨削的工件裝夾，要做好設(shè)備調(diào)試，及時(shí)更換砂輪，同時(shí)要確保自動(dòng)對(duì)刀裝置結(jié)構(gòu)形式的密封性能。通常，數(shù)控磨床自動(dòng)對(duì)裝置中的回轉(zhuǎn)式所采用的是液壓傳動(dòng)的方式，這樣能夠快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線回轉(zhuǎn)減速定位，目的是確保重復(fù)定位的精確度，保持在磨削過(guò)程中的可靠性與平穩(wěn)性。

2、數(shù)控端面外圓磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置

2.1　對(duì)刀位置設(shè)計(jì)與方法

數(shù)控端面外圓磨床的主要用途是對(duì)滾珠絲杠螺母的外圓與端面進(jìn)行磨削，而自動(dòng)對(duì)刀裝置的目的是對(duì)端面位置進(jìn)行測(cè)量，如圖 1 所示。

圖 1　自動(dòng)對(duì)刀裝置

2.2　測(cè)量原理分析

工件完成裝夾后，需要通過(guò)手動(dòng)方式正確設(shè)定自動(dòng)對(duì)刀的安全起始位置。需要注意的是，此時(shí)側(cè)頭并沒(méi)有接觸到需要磨削的工件。檢查完畢后，啟動(dòng)自動(dòng)磨削程序。首先，要將 X 軸砂輪架移動(dòng)到安全區(qū)域，將側(cè)頭伸出來(lái)，然后將 X軸直接切入到大端面，沿著 Z 軸的正方向開始進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)側(cè)頭接觸到端面后，數(shù)控磨床系統(tǒng)會(huì)將此次移動(dòng)的位置準(zhǔn)確記錄下來(lái)，然后再返回到安全位置。其次，側(cè)頭還需要切入到小端面，并且沿著 Z 軸的正方向移動(dòng)，側(cè)頭接觸的系統(tǒng)會(huì)將第二次移動(dòng)的位置準(zhǔn)確記錄下來(lái)。最后，結(jié)合前面兩次記錄的數(shù)據(jù)，對(duì)側(cè)頭、工件、砂輪的位置進(jìn)行最后調(diào)整，然后開始自動(dòng)磨削。另外，數(shù)控磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置的安全保護(hù)措施需要納入磨削程序，并且切實(shí)執(zhí)行。例如：手動(dòng)操作過(guò)程中，側(cè)頭能夠任意退出或者收回。但是，在具體運(yùn)作的過(guò)程中，側(cè)頭要在 X 軸與 Z 移動(dòng)至對(duì)刀區(qū)域的情況下才能伸出來(lái)，其他任何情況側(cè)頭不能伸出。

2.3　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般是機(jī)床生產(chǎn)廠家根據(jù)機(jī)床產(chǎn)品的實(shí)際需要來(lái)設(shè)計(jì)的，采用液壓驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)柱導(dǎo)套在直線傳動(dòng)過(guò)程中一般都會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn)情況，例如：在機(jī)床上裝置回轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，但是整體結(jié)構(gòu)便會(huì)更加龐大。通常會(huì)采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副傳動(dòng)，以能夠更好地控制除開直線運(yùn)動(dòng)以外的自由度，而且結(jié)構(gòu)比較緊湊，運(yùn)作過(guò)程中能夠保持更高的精準(zhǔn)度，還能提升傳動(dòng)效率。另外，考慮到單機(jī)改造下的支架設(shè)計(jì)，采取鑄件形式成本較高，因此根據(jù)實(shí)際情況選擇焊接的方式，讓整體結(jié)構(gòu)能夠更加緊湊，也方便生產(chǎn)，能夠更好地滿足與輕載狀態(tài)的直線運(yùn)作實(shí)際的需求。

3、數(shù)控螺母磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置

3.1　對(duì)刀設(shè)計(jì)與方法

數(shù)控螺母磨床的主要用途是磨削滾珠螺母螺紋滾道。在進(jìn)行對(duì)刀的過(guò)程中，要校準(zhǔn)螺母外圓上的返向器，要將對(duì)刀對(duì)準(zhǔn)滾道的重心，誤差不能超過(guò) 0.03mm，對(duì)刀位置如圖 2 所示。

圖 2　對(duì)刀位置

3.2　測(cè)量原理分析

螺母磨床測(cè)量原理需要將對(duì)刀準(zhǔn)確對(duì)向工件的返向器孔中心。主要的對(duì)刀程序是：首先，要將工件安裝好，將 X軸的行動(dòng)位置提前設(shè)定好，同時(shí)還要將側(cè)頭伸出來(lái)，X 軸沿著正方向開始進(jìn)行移動(dòng)，讓側(cè)頭進(jìn)入返向器的中心孔；其次，Z 軸與 C 軸必須要分別沿著正負(fù)方向進(jìn)行移動(dòng)，側(cè)頭開始觸碰時(shí)系統(tǒng)開始記錄坐標(biāo)，一般需要記錄 4 個(gè)坐標(biāo)。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，能夠準(zhǔn)確規(guī)劃出滾道的中心，然后將 Z 軸與 C 軸進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到正確的螺旋位置后，才能開始進(jìn)行自動(dòng)磨削。

3.3　機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

螺母磨床自動(dòng)對(duì)刀裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要滿足：首先，側(cè)頭在伸出過(guò)程中，螺母磨床的高度和縱向在方向上必須與砂輪中心保持一致；其次，當(dāng)側(cè)頭開始退回時(shí)，注意應(yīng)該是低于砂輪電主軸端面；最后，機(jī)床上側(cè)頭與砂輪中心的橫向距離應(yīng)該大于機(jī)床能夠加工的最大螺母外援尺寸，重復(fù)定位精度不能超過(guò) 0.002m。螺母磨床的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，砂輪架周圍的空間也不多，氣缸行程應(yīng)該選擇 250mm，型號(hào)是 MAL20X250SCM，機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3 所示。

圖 3　機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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