CN110524421B - 一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法 - Google Patents

一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，所述数控磨床包括磨削头、磨削面相切于主基圆的砂轮、回转工作台、纵向托板、用于带动包络环面蜗杆毛坯旋转的牵引主轴及用于支撑包络环面蜗杆毛坯旋转并承受相应的磨削力的尾架。本发明的有益效果是：本发明改变了原有对刀方法中各轴参数对刀的无序性，该方法根据磨床的机械结构设定了对刀的先后次序及参数确定方法，保证了蜗杆对刀的的准确性及可靠度。

Description

一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法
技术领域
本发明涉及一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，属于磨削加工技术领域。
背景技术
在数控磨削加工技术中，通常通过采用对刀方法来构建工件坐标系和机床本体坐标系之间的关系。常用的对刀方法如下：通过以最小进给量移动磨床的坐标轴，使砂轮的磨削点轻轻接触工件而产生火花，此时保持坐标轴不动，在机床控制器中执行测量命令，记录此时砂轮磨削点的位置。
一种包络环面蜗杆在磨削时，其两个齿面是由砂轮的磨削平面分别磨削而来的。在磨削的过程中，砂轮的产形面7要时刻与蜗轮的主基圆10相切，同时还要保证砂轮的产形面7要时刻与主基圆10的中心轴线相交且两者之间的夹角为定值，所以，在包络环面蜗杆齿面加工前可以根据图纸要求确定砂轮的产形面7的位置。但由于砂轮的产形面7在加工前调整了固定角度，这就造成了砂轮磨削平面的中心和环面蜗杆毛坯件8的回转中心的连线与主基圆10不在同一水平面上，这就必须使得砂轮磨削平面的中心在高度方向上进行补偿，确保在整个加工的过程中砂轮磨削平面的中心和环面蜗杆毛坯件8的回转中心的连线与主基圆10在同一水平面上。在保证了砂轮的产形面7的这些基本要求后，还要保证回转工作台的回转中心(蜗轮的主基圆10中心轴线Y)到环面蜗杆毛坯件8的回转中心(环面蜗杆毛坯件自身的回转中心轴线Z)之间的垂直异面距离等于包络环面蜗杆的中心距L。
在整个的磨削过程中，砂轮的产形面7始终绕着回转工作台的回转中心做回转运动，且砂轮的产形面7始终与主基圆10在空间上相切，使得产形面7在回转运动中形成了基圆锥9。环面蜗杆毛坯8与砂轮的产形面7各自按照包络环面蜗杆副的啮合关系做回转运动，从而最终包络出所需要的环面蜗杆的齿面。
在上述加工过程中，涉及到的加工参数和步骤众多，在现阶段确定蜗杆的磨削点即对刀时，由于大多数机床是在车床的基础上改造的，有些参数的确定需要人为的去调整到大概位置，然后通过加工一批试样，使用检测工具检测试样的相关参数然后再去调整机床参数的方法确定。有时任一参数的改变还会导致其他参数的改变，所以通常这种对刀过程需要反复几次才能将设计参数调整到位。
对于一种包络环面蜗杆数控磨床的对刀方法，由于各运动轴参数之间存在着一定的对刀顺序，若违反了对刀的先后次序会造成蜗杆加工参数的混乱或者无法完成对刀工作。
发明内容
本发明的目的是：根据磨床的机械结构设定了一种包络环面蜗杆数控磨床对刀的先后次序及参数确定方法，保证了蜗杆对刀的准确性及可靠度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，所述数控磨床包括磨削头、磨削面相切于主基圆的砂轮、回转工作台、纵向托板、用于带动包络环面蜗杆毛坯旋转的牵引主轴及用于支撑包络环面蜗杆毛坯旋转并承受相应的磨削力的尾架，所述对刀方法包括以下步骤：
步骤1、将包络环面蜗杆毛坯装夹至牵引主轴和尾架之间，开启砂轮，并使牵引主轴带动包络环面蜗杆毛坯旋转，将包络环面蜗杆毛坯预热至达到热平衡后进入步骤2；
步骤2、将Z轴、X轴、Y轴、B轴、β轴、C轴进行复位处理，其中，Z轴为带动包络环面蜗杆毛坯左右移动的工件的左右移动进给轴，X轴为回转工作台的前后移动进给轴，Y轴为调整磨头高度的移动轴，B轴为回转工作台的回转中心轴线，β轴为调整磨头倾角的移动轴，C轴为包络环面蜗杆毛坯自身的回转中心轴线；
步骤3、进行X轴对刀，将X轴以最小进给量缓慢移动至砂轮处，当砂轮和包络环面蜗杆毛坯摩擦出火花时读取X轴参数，此时即可得出包络环面蜗杆毛坯的回转中心轴线的X轴“零”位；
步骤4、进行Z轴对刀，将砂轮磨削点在Z轴方向上以最小进给量缓慢移动至对刀点一处并读取坐标值Z1，对刀点一为包络环面蜗杆毛坯上待加工的齿面的一个端点；然后将砂轮磨削点在X轴方向上以最小进给量缓慢移动至对刀点二处并读取坐标值Z2，对刀点二为包络环面蜗杆毛坯上待加工的齿面的另一个端点；计算出对刀点一与对刀点二的中点Z，Z＝(Z1+Z2)/2，中点Z即为包络环面蜗杆毛坯在Z轴的中点L0的位置；
步骤5、调整砂轮轴的β轴倾角，对砂轮磨削点会在Y轴方向上产生位移的部分进行Y轴高度补偿，补偿高度为H，则有H＝H0-L0COSβ，式中，H0表示机床的本体参数，是指砂轮磨削点和工件的回转中心轴线处于同一水平面时，砂轮磨削头在Y轴方向上的高度，是定值。取决于机床的设计参数；β表示砂轮轴的β轴倾角；
步骤6、确定C轴的初始位置，取消包络环面蜗杆毛坯的回转运动，将砂轮磨削点在X轴方向上以最小进给量缓慢移动至包络环面蜗杆毛坯在Z轴的中点L0的位置，此时以C轴的最小步进量旋转至待磨削面紧贴砂轮磨削面时记录C轴的位置，完成C轴的对刀，然后将砂轮磨削点沿着X轴方向回到步骤3确定的“零”位，即可完成包络环面蜗杆数控磨床的对刀程序。
优选地，在所述步骤3至步骤6的对刀过程中，每次需要记录下一个参数时会发出判别指令，询问是否执行下一个参数，当选择否时，默认执行上次对刀的数据，即记忆数据；当选择是时，则继续完成下一个参数的对刀输入。
优选地，所述数控磨床B向的初始位置即为所述B轴的“零”位。
优选地，步骤1中，在所述包络环面蜗杆毛坯旋转启动前开启所述砂轮旋转。
优选地，所述B轴的初始位置在所述步骤3至步骤6的对刀过程中保持不变。
本发明的有益效果是：本发明改变了原有对刀方法中各轴参数对刀的无序性，该方法根据磨床的机械结构设定了对刀的先后次序及参数确定方法，保证了蜗杆对刀的准确性及可靠度。
附图说明
图1为本发明所涉及平面包络环面蜗杆的齿面成形原理图。
图2为本发明所涉及环面蜗杆数控磨床外形图。
图3为本发明所涉及环面蜗杆对刀点一的位置示意图。
图4为本发明所涉及环面蜗杆对刀点二的位置示意图。
图5为本发明所涉及蜗杆毛坯在Z轴的中点(L0点)的位置图。
图6为本发明所涉及的包络环面蜗杆数控磨床对刀方法的流程图。。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1至图5所示，本发明中使用的数控磨床包括磨削头1、砂轮2、回转工作台3、纵向托板4、牵引主轴5及尾架6。包络环面蜗杆毛坯8由牵引主轴5带动旋转。尾架6用于支撑包络环面蜗杆毛坯旋转并承受相应的磨削力。砂轮2的磨削面相切于蜗杆的主基圆10。
在本发明提供的方法中，蜗杆的主基圆10的基圆参数为蜗杆的设计参数，在加工时为特定已知值。蜗杆的回转中心轴线距离蜗杆主基圆10的中心距离为L。如图6所示，本发明提供的一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法包括以下步骤：
步骤1、将数控磨床进行上电操作，然后将包络环面蜗杆毛坯8装夹至牵引主轴5和尾架6之间。启动数控系统后，以300r/min转速开启砂轮2，并使牵引主轴5带动包络环面蜗杆毛坯8以30r/min转速旋转，砂轮旋转需要在包络环面蜗杆毛坯8旋转启动前开启。将包络环面蜗杆毛坯8预热一段时间，当达到热平衡后进入步骤2开始对刀程序。
步骤2、将Z轴、X轴、Y轴、B轴、β轴、C轴进行复位处理，以消除各轴在传动过程中累积的传动误差。其中，Z轴为带动包络环面蜗杆毛坯8左右移动的工件的左右移动进给轴，X轴为回转工作台3的前后移动进给轴，Y轴为调整磨头高度的移动轴，B轴为回转工作台3的回转中心轴线，β轴为调整磨头倾角的移动轴，C轴为包络环面蜗杆毛坯8自身的回转中心轴线。在图3、图4和图5中可以看出，数控磨床在对刀的过程中砂轮头并没有进行B向的回转运动，因此磨床B向的初始位置即为B轴的“零”位。B轴的初始位置在对刀过程中保持不变。
需要注意的是：在以下对刀过程中，每次需要记录下一个参数时系统会发出判别指令，询问是否执行下一个参数，当选择否时系统将默认执行上次对刀的数据即记忆数据；当选择是时则继续完成下一个参数的对刀输入。
步骤3、进行X轴对刀，将X轴以最小进给量缓慢移动至砂轮2处，当砂轮2和包络环面蜗杆毛坯8摩擦出火花时读取X轴参数，此时即可得出包络环面蜗杆毛坯8的回转中心轴线的X轴“零”位。
步骤4、进行Z轴对刀，如图3所示，将砂轮磨削点在Z轴方向上以最小进给量缓慢移动至对刀点一处并读取坐标值Z1，对刀点一为包络环面蜗杆毛坯8上待加工的齿面的一个端点。然后如图4所示，将砂轮磨削点在X轴方向上以最小进给量缓慢移动至对刀点二处并读取坐标值Z2，对刀点二为包络环面蜗杆毛坯8上待加工的齿面的另一个端点；计算出对刀点一与对刀点二的中点Z，Z＝(Z1+Z2)/2，中点Z即为包络环面蜗杆毛坯8在Z轴的中点L0的位置。
步骤5、在对刀的过程中，砂轮轴的β轴倾角为设计参数，因此只需输入设计值即可。调整砂轮轴的β轴倾角，由于砂轮磨削点和β轴的回转中心不重合且两者之间的距离为L0，因此，砂轮磨削点会在Y轴方向上产生位移，所以需要对产生位移的部分进行Y轴高度补偿，补偿高度为H，则有H＝H0-L0COSβ，式中，H0表示机床的本体参数，是指砂轮磨削点和工件的回转中心轴线处于同一水平面时，砂轮磨削头在Y轴方向上的高度，是定值，取决于机床的设计参数，β表示砂轮轴的β轴倾角；
步骤6、将以上各轴参数确定以后还需确定工件的回转轴C轴的初始位置，取消包络环面蜗杆毛坯(8)的回转运动，将砂轮磨削点在X轴方向上以最小进给量缓慢移动至包络环面蜗杆毛坯(8)在Z轴的中点L0的位置，此时以C轴的最小步进量旋转至待磨削面紧贴砂轮磨削面时记录C轴的位置，完成C轴的对刀，然后将砂轮磨削点沿着X轴方向回到步骤3确定的“零”位，即可完成包络环面蜗杆数控磨床的对刀程序。

Claims (5)

1.一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，所述数控磨床包括磨削头(1)、磨削面相切于主基圆(10)的砂轮(2)、回转工作台(3)、纵向托板(4)、用于带动包络环面蜗杆毛坯(8)旋转的牵引主轴(5)及用于支撑包络环面蜗杆毛坯(8)旋转并承受相应的磨削力的尾架(6)，所述对刀方法包括以下步骤：
步骤1、将包络环面蜗杆毛坯(8)装夹至牵引主轴(5)和尾架(6)之间，开启砂轮(2)，并使牵引主轴(5)带动包络环面蜗杆毛坯(8)旋转，将包络环面蜗杆毛坯(8)预热至达到热平衡后进入步骤2；
步骤2、将Z轴、X轴、Y轴、B轴、β轴、C轴进行复位处理，其中，Z轴为带动包络环面蜗杆毛坯(8)左右移动的工件的左右移动进给轴，X轴为回转工作台(3)的前后移动进给轴，Y轴为调整磨头高度的移动轴，B轴为回转工作台(3)的回转中心轴线，β轴为调整磨头倾角的移动轴，C轴为包络环面蜗杆毛坯(8)自身的回转中心轴线；
步骤3、进行X轴对刀，将X轴以最小进给量缓慢移动至砂轮(2)处，当砂轮(2)和包络环面蜗杆毛坯(8)摩擦出火花时读取X轴参数，此时即可得出包络环面蜗杆毛坯(8)的回转中心轴线的X轴“零”位；
步骤4、进行Z轴对刀，将砂轮磨削点在Z轴方向上以最小进给量缓慢移动至对刀点一处并读取坐标值Z1，对刀点一为包络环面蜗杆毛坯(8)上待加工的齿面的一个端点；然后将砂轮磨削点在X轴方向上以最小进给量缓慢移动至对刀点二处并读取坐标值Z2，对刀点二为包络环面蜗杆毛坯(8)上待加工的齿面的另一个端点；计算出对刀点一与对刀点二的中点Z，Z＝(Z1+Z2)/2，中点Z即为包络环面蜗杆毛坯(8)在Z轴的中点L0的位置；
步骤5、调整砂轮轴的β轴倾角，对砂轮磨削点会在Y轴方向上产生位移的部分进行Y轴高度补偿，补偿高度为H，则有H＝H0-L0COSβ，式中，H0表示机床的本体参数，β表示砂轮轴的β轴倾角；
步骤6、确定C轴的初始位置，取消包络环面蜗杆毛坯(8)的回转运动，将砂轮磨削点在X轴方向上以最小进给量缓慢移动至包络环面蜗杆毛坯(8)在Z轴的中点L0的位置，此时以C轴的最小步进量旋转至待磨削面紧贴砂轮磨削面时记录C轴的位置，完成C轴的对刀，然后将砂轮磨削点沿着X轴方向回到步骤3确定的“零”位，即可完成包络环面蜗杆数控磨床的对刀程序。
2.如权利要求1所述的一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，在所述步骤3至步骤6的对刀过程中，每次需要记录下一个参数时会发出判别指令，询问是否执行下一个参数，当选择否时，默认执行上次对刀的数据，即记忆数据；当选择是时，则继续完成下一个参数的对刀输入。
3.如权利要求1所述的一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，所述数控磨床的B轴方向的初始位置即为所述B轴的“零”位。
4.如权利要求1所述的一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，步骤1中，在所述包络环面蜗杆毛坯(8)旋转启动前开启所述砂轮(2)旋转。
5.如权利要求1所述的一种包络环面蜗杆数控磨床对刀方法，其特征在于，所述B轴的初始位置在所述步骤3至步骤6的对刀过程中保持不变。
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