1 前言

螺旋齒刀具是指切削刃為螺旋線形的切削刀具，如圓柱形銑刀闲窃、立銑刀及螺旋槽鉸刀等雹税。這類刀具的刃磨一般是在工具磨床上借助附件由工藝操作人員手工完成，根據(jù)火花判斷砂輪與刀齒接觸與否骇诈，憑手感掌握背吃刀量旧庶，而且一個(gè)刀齒必須一次刃磨完成。因此浊洞，對(duì)操作者要求較高牵敷，且難以保證刃磨質(zhì)量，刃磨效率也不高法希。筆者對(duì)螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨方法進(jìn)行了研究枷餐，并據(jù)此設(shè)計(jì)了一種小型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控工具磨床，從而可解決未知參數(shù)螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨問(wèn)題铁材。

2 數(shù)控工具磨床的傳動(dòng)系統(tǒng)

圖1是該數(shù)控工具磨床機(jī)械部分的傳動(dòng)系統(tǒng)尖淘。圖中奕锌，Y著觉、Z軸為工作臺(tái)橫、縱向運(yùn)動(dòng)惊暴；X軸為磨頭升降運(yùn)動(dòng)饼丘；C軸為刀具(工件)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)手動(dòng)可以調(diào)整磨頭繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)辽话；砂輪及刀具的上仰肄鸽、下俯；刀具變速箱在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)油啤。

圖1  傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示啄灭，以單片機(jī)8031為CPU膏娃，通過(guò)其P2口的低7位和P0口外擴(kuò)32KBEPROM27256存放系統(tǒng)程序，P2口的低3位和P0口外擴(kuò)2KBRAM6116存放數(shù)據(jù)囊喜，P2口的高五位用于地址譯碼蚜再，用以選通LED顯示電路、接口芯片(8155汪具、8255)率敞、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(6116)和鎖存器(273)，P1口接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)手動(dòng)控制電路滞逼，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)由P0口輸出經(jīng)鎖存器(273)送至步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器灯狠；8255的PA口接系統(tǒng)程序的啟動(dòng)、暫停按鈕和工作方式(參數(shù)輸入方式泄肆、測(cè)量方式黔晶、對(duì)刀方式及自動(dòng)方式)轉(zhuǎn)換開關(guān)，PB口用于刀具螺旋齒測(cè)量信號(hào)和其它輔助功能信號(hào)輸入鹤协，PC口用于輸出輔助功能信號(hào)窍各；8155的PA口和PC口分別接鍵盤的行線和列線，PB口接刃磨刀具種類選擇開關(guān)廷蓉。

圖2  硬件構(gòu)成框圖

4 螺旋齒幾何參數(shù)測(cè)量

數(shù)控刃磨時(shí)全封，需確定刀具軸向進(jìn)給與周向進(jìn)給之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于生產(chǎn)中桃犬，螺旋齒刀具的螺旋角β和導(dǎo)程戶一般都是未知的刹悴，所以在刃磨前，需測(cè)出螺旋齒的有關(guān)參數(shù)攒暇。為此土匀，將螺旋齒展開成圖3所示的一條直線。設(shè)軸向進(jìn)給長(zhǎng)度(包括磨人長(zhǎng)度l1形用、刀刃長(zhǎng)度l2及磨出長(zhǎng)度l3)為l就轧，則與其對(duì)應(yīng)的周向進(jìn)給弧長(zhǎng)(包括磨人弧長(zhǎng)s1、刀刃弧長(zhǎng)s2及磨出弧長(zhǎng)s3)為s0為確定弧長(zhǎng)s田度，可先測(cè)一段螺旋線的幾何參數(shù)妒御，再根據(jù)相似三角形，求出弧長(zhǎng)‘镇饺。為此乎莉，刃磨前，在磨頭上裝一測(cè)量頭戏喊，測(cè)量頭的測(cè)量電路與刀具一起組成閉合回路(圖4)炒圈。測(cè)量時(shí)，在測(cè)量方式下躺沽，利用手動(dòng)功能蚕顷，首先使測(cè)量頭與刀齒接觸铜乱，然后使刀具直線移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量頭相對(duì)于刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3中的1或2峰辣，這時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)記錄下刀具直線移動(dòng)步數(shù)Z1和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)C1升院，且根據(jù)Z軸的脈沖當(dāng)量將由操作面板輸入的進(jìn)給長(zhǎng)度/轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)Ze，利用已測(cè)得的Z1春庇、C1和圖3的幾何關(guān)系匠借，求出C軸轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)Ce，以(Ze猜逮、Ce)為直線的終點(diǎn)坐標(biāo)胆快，由刀具直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)作兩軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ)。

圖3  螺旋線的展開

為防止C向的測(cè)量超程誤差(因刀齒與測(cè)量頭之間距離不足一個(gè)脈沖當(dāng)量產(chǎn)生的照菱，該誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量)影響螺旋線導(dǎo)程精度烁焙，一方面應(yīng)盡可能減小步—進(jìn)電動(dòng)機(jī)每步刀具轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)當(dāng)量δ。選用步距角較小的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)耕赘，刃磨較大直徑刀具時(shí)用小的傳動(dòng)比可以減小δ值骄蝇。α=o.36°，u=操骡，d=80mm九火。

式中：α為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角；d為刀具直徑册招；u為變速箱傳動(dòng)比岔激。

圖4  測(cè)量電路

另一方面，增大Z向測(cè)量長(zhǎng)度也可減小C向超程誤差對(duì)螺旋線導(dǎo)程精度的影響是掰。

5  控制系統(tǒng)軟件

軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)虑鼎，模塊的執(zhí)行取決于操作面板上的方式開關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)主程序在完成I/O口的設(shè)置及將各項(xiàng)數(shù)據(jù)存放單元清零等初始化工作后键痛，根據(jù)方式開關(guān)的狀態(tài)炫彩，進(jìn)入其中的一種，其主要的工作方式如下：
　　(1)參數(shù)輸入方式絮短。根據(jù)系統(tǒng)提示符江兢，從鍵盤依次輸入刀齒數(shù)、刀齒旋向促讶、進(jìn)給長(zhǎng)度观哲、刃磨余量、進(jìn)給次數(shù)侮捷、進(jìn)給速度、Z軸和C軸的測(cè)量下限控制值Z1min和C1min等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)续疲。
　　(2)測(cè)量方式偶画。圖5為測(cè)量程序流程圖堵生，利用Z軸和C軸的手動(dòng)功能，使刀齒接觸測(cè)量頭祟期，確定測(cè)量起始點(diǎn)钾士。測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)刀齒旋向確定刀具軸向和周向進(jìn)給方向希弟。當(dāng)測(cè)量值達(dá)到或超過(guò)預(yù)置的Z1min和C1min時(shí)应揉，按下C鍵，使刀齒轉(zhuǎn)向測(cè)量頭洞枷，兩者一經(jīng)接觸诺舔，Z向和C向鍵按下無(wú)效，避免產(chǎn)生人為超程誤差和損壞測(cè)量裝置备畦，然后完成計(jì)算返回主程序低飒。
　　(3)對(duì)刀方式。刃磨前后刀面時(shí)懂盐，首先轉(zhuǎn)動(dòng)砂輪架刻度盤褥赊，使接觸點(diǎn)的火花與該點(diǎn)切線方向一致，在手動(dòng)方式下調(diào)整好對(duì)刀點(diǎn)莉恼，這時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)記錄起點(diǎn)至對(duì)刀點(diǎn)的刀具移動(dòng)步數(shù)Z2拌喉，然后置方式開關(guān)為對(duì)刀方式。啟動(dòng)對(duì)刀程序后俐银，系統(tǒng)首先取出內(nèi)部記錄的參數(shù)Z1司光、C1及Z2，根據(jù)計(jì)算刀具退回起點(diǎn)時(shí)悉患，刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)C2残家，最后以  (Z2、C2)為起點(diǎn)售躁，做直線插補(bǔ)闸骨，刀具退回到刃磨起點(diǎn)(0，0)缰鹏。

圖5  測(cè)量程序流程圖

圖6  自動(dòng)刃磨程序流程圖

(4)  自動(dòng)方式奔祟。自動(dòng)刃磨程序流程圖如圖6所示，其中榄路，廠為每個(gè)刀齒的刃磨余量翎丢；i為刃磨每個(gè)刀齒的進(jìn)給次數(shù)；n為刀齒數(shù)心篡。
在循環(huán)中以刀齒為內(nèi)循環(huán)量懂，進(jìn)給次數(shù)為外循環(huán)，即每進(jìn)給一次，全部刀齒刃磨一遍仿竣，這樣刀齒受熱變形均勻敷主，磨去的余量相同，能保證刃磨后刀齒位于同一圓周上氢觉。分度步數(shù)m帶小數(shù)時(shí)幸亭，取整，小數(shù)累加到下一次分度步數(shù)中症概。

6 結(jié)論

(1)采用數(shù)控循環(huán)刃磨蕾额，可減小磨削溫度對(duì)刃磨精度的影響，刃磨精度將高于手工刃磨彼城，且質(zhì)量穩(wěn)定诅蝶。
　　(2)測(cè)量一次即可刃磨完一把刀的全部刀齒，刃磨效率及自動(dòng)化程度高精肃。
　　(3)批量刃磨秤涩，無(wú)需重復(fù)測(cè)量，只需選定同一裝夾基準(zhǔn)即可司抱，操作簡(jiǎn)單方便筐眷。
　　(4)只適用于等分螺旋齒刀具的刃磨。

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