數(shù)控磨床的自動對刀裝置設(shè)計
2018-6-12 來源：太重（天津）濱海重型機械有限公司 作者：鄭田
摘要：自動對刀裝置是數(shù)控磨床的主要部件。數(shù)控磨床對工件完成裝夾后，首先要通過自動對刀系統(tǒng)準(zhǔn)確找到砂輪加工切入的位置，從而實現(xiàn)高效率更加精確的自動對刀功能。在各類數(shù)控磨床上裝置自動對刀系統(tǒng)，能夠更好地優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。本文對自動對刀裝置的測量原理與結(jié)構(gòu)形式進行分析，并深入介紹了數(shù)控端外圓磨床自動對刀裝置設(shè)計以及數(shù)控螺母磨床自動對刀裝置設(shè)計。
關(guān)鍵詞：數(shù)控磨床 自動對刀裝置 定位
1、自動對刀裝置的結(jié)構(gòu)形式分析
數(shù)控磨床自動對刀裝置的結(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)控磨床對自動對刀裝置布局上的滿足度，然后是根據(jù)測量的功能、準(zhǔn)確度以及性能大小等方面來進行確定。自動對刀裝置無論是哪一個結(jié)構(gòu)形式都必須結(jié)構(gòu)緊湊，而且需要在準(zhǔn)確測量后，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，及時更換砂輪，同時要確保自動對刀裝置結(jié)構(gòu)形式的密封性能。通常，數(shù)控磨床自動對裝置中的回轉(zhuǎn)式所采用的是液壓傳動的方式，這樣能夠快速實現(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，保持在磨削過程中的可靠性與平穩(wěn)性。
2、數(shù)控端面外圓磨床自動對刀裝置
2.1 對刀位置設(shè)計與方法
數(shù)控端面外圓磨床的主要用途是對滾珠絲杠螺母的外圓與端面進行磨削，而自動對刀裝置的目的是對端面位置進行測量，如圖 1 所示。
圖 1 自動對刀裝置
2.2 測量原理分析
工件完成裝夾后，需要通過手動方式正確設(shè)定自動對刀的安全起始位置。需要注意的是，此時側(cè)頭并沒有接觸到需要磨削的工件。檢查完畢后，啟動自動磨削程序。首先，要將 X 軸砂輪架移動到安全區(qū)域，將側(cè)頭伸出來，然后將 X軸直接切入到大端面，沿著 Z 軸的正方向開始進行移動。當(dāng)側(cè)頭接觸到端面后，數(shù)控磨床系統(tǒng)會將此次移動的位置準(zhǔn)確記錄下來，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，側(cè)頭接觸的系統(tǒng)會將第二次移動的位置準(zhǔn)確記錄下來。最后，結(jié)合前面兩次記錄的數(shù)據(jù)，對側(cè)頭、工件、砂輪的位置進行最后調(diào)整，然后開始自動磨削。另外，數(shù)控磨床自動對刀裝置的安全保護措施需要納入磨削程序，并且切實執(zhí)行。例如：手動操作過程中，側(cè)頭能夠任意退出或者收回。但是，在具體運作的過程中，側(cè)頭要在 X 軸與 Z 移動至對刀區(qū)域的情況下才能伸出來，其他任何情況側(cè)頭不能伸出。
2.3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
機械結(jié)構(gòu)設(shè)計一般是機床生產(chǎn)廠家根據(jù)機床產(chǎn)品的實際需要來設(shè)計的，采用液壓驅(qū)動，導(dǎo)柱導(dǎo)套在直線傳動過程中一般都會發(fā)生回轉(zhuǎn)情況，例如：在機床上裝置回轉(zhuǎn)控制機構(gòu)，但是整體結(jié)構(gòu)便會更加龐大。通常會采用直線滾動導(dǎo)軌副傳動，以能夠更好地控制除開直線運動以外的自由度，而且結(jié)構(gòu)比較緊湊，運作過程中能夠保持更高的精準(zhǔn)度，還能提升傳動效率。另外，考慮到單機改造下的支架設(shè)計，采取鑄件形式成本較高，因此根據(jù)實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)的直線運作實際的需求。
3、數(shù)控螺母磨床自動對刀裝置
3.1 對刀設(shè)計與方法
數(shù)控螺母磨床的主要用途是磨削滾珠螺母螺紋滾道。在進行對刀的過程中，要校準(zhǔn)螺母外圓上的返向器，要將對刀對準(zhǔn)滾道的重心，誤差不能超過 0.03mm，對刀位置如圖 2 所示。
圖 2 對刀位置
3.2 測量原理分析
螺母磨床測量原理需要將對刀準(zhǔn)確對向工件的返向器孔中心。主要的對刀程序是：首先，要將工件安裝好，將 X軸的行動位置提前設(shè)定好，同時還要將側(cè)頭伸出來，X 軸沿著正方向開始進行移動，讓側(cè)頭進入返向器的中心孔；其次，Z 軸與 C 軸必須要分別沿著正負(fù)方向進行移動，側(cè)頭開始觸碰時系統(tǒng)開始記錄坐標(biāo)，一般需要記錄 4 個坐標(biāo)。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行歸納后，經(jīng)過計算，能夠準(zhǔn)確規(guī)劃出滾道的中心，然后將 Z 軸與 C 軸進行調(diào)整，達到正確的螺旋位置后，才能開始進行自動磨削。
3.3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
螺母磨床自動對刀裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要滿足：首先，側(cè)頭在伸出過程中，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，注意應(yīng)該是低于砂輪電主軸端面；最后，機床上側(cè)頭與砂輪中心的橫向距離應(yīng)該大于機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 0.002m。螺母磨床的機構(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，型號是 MAL20X250SCM，機械設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 3 所示。
圖 3 機械設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計
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