螺纹磨床CNC砂轮修整器设计与修型方法研究

李志峰 赵永强 魏伟锋 侯红玲 赵甲宝 周 斌

(①陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中 723003;②陕西汉江机床有限公司，陕西汉中 723003)

砂轮修整器是螺纹磨床的关键部件之一，其结构直接影响螺纹磨床整体结构和加工能力。CNC砂轮修整器的开发与研制，拓宽了螺纹磨床的应用范围，提升了国产数控螺纹磨床的水平，满足了机加工领域广大用户的不同使用要求［1］。同时，CNC砂轮修整器也改变了传统螺纹磨床砂轮修整的方法，极大提高了螺纹磨床的加工精度和加工效率，特别是对于复杂螺旋面的磨削成为可能。虽然CNC砂轮修整器使砂轮的修型实现了数控化，但是也离不开人为的干预，尤其对于新砂轮的初始修整。在新砂轮初始修整时，如果修型方法选择不当，就会造成新砂轮无法修型，砂轮型面无法控制和砂轮的浪费，严重的会造成修型用金刚盘的早期损坏和磨床机体的损伤。本文将以SK7450螺纹磨床CNC砂轮修整器为例，分析并介绍一种新的砂轮修型方法，在保证螺纹磨床正常工作前提下，提高砂轮修型质量和修型效率，提高砂轮利用率。

1 CNC砂轮修整器的结构及原理

SK7450螺纹磨床的CNC砂轮修整器传动结构如图1所示。在实际工作中，砂轮由专用的伺服电动机进行驱动。砂轮修整器的安装底座8与砂轮头架为一体。砂轮修整器的金刚盘由电动机4驱动实现修整轮的主运动，二者装在与砂轮轴线相垂直的导轨上，在电动机9的驱动下，经丝杠5传动实现金刚盘沿砂轮径向进给。修整金刚盘连同径向进给驱动装置(电动机9、丝杠5和竖直运动导轨等)在电动机7的驱动下，经丝杠6传动，沿着与砂轮轴线平行的导轨进给实现金刚盘沿砂轮宽度方向的修整。通过以上两个相互垂直的直线进给运动，可以完成砂轮的修型。

2 CNC砂轮修整器工作过程

SK7450螺纹磨床的CNC砂轮修整器对砂轮的修型过程如图2所示。在工件磨削时所需的回转体砂轮的母线为曲线FEDLM，为了修型方便，将此曲线以近似宽度中心D点为分界点分为左侧母线DEF和右侧母线DLM。砂轮的左侧母线DEF由修整器左侧金刚盘修整，砂轮的右侧母线DLM由砂轮修整器右侧金刚盘修整。

当砂轮修整器处于零位时，左侧金刚盘的位置在A点，右侧金刚盘的位置在H点。开始修型时，先由左侧金刚盘经A→B→C→D→E→F→G→A的修整路线对砂轮左侧进行修整，形成砂轮左侧母线DEF段，之后左侧金刚盘回到其零位;然后由右侧金刚盘经过H→J→K→D→L→M→N→H的修整路线修整砂轮右侧母线DLM段，之后右侧金刚盘回到其零位;至此完成砂轮的一次修型过程。

修型过程中，左侧金刚盘的有效修型路径为DEF段，右侧金刚盘的有效修型路径为DLM段，其余路径为辅助修型路径。在辅助修型路径中，对于左侧金刚盘修型路线中添加FG段的目的是让修整器左侧金刚盘在完成DEF段修型后能离开砂轮左侧而安全回到零位。同理右侧MN段的设计也是如此。另外，设置左侧金刚盘修型路径中的CD段的目的是在左侧金刚盘在修整左侧母线DEF段之前将母线最高点进行打顶。右侧金刚盘修型路径的KD段的设置也是一样，因此经过CD段和KD段的交叉修型，使砂轮在经过左、右两侧分开修行后在接合点处实现平滑连接。

3 砂轮初始修型方法

以上介绍的修型方法是在磨削过程中对砂轮的修型，其前提是砂轮已修整成所需要的截形，只是随着磨削的进行而对砂轮进行再次修锐。在数次修整后砂轮的直径会越来越小，因此，必须对砂轮的转速进行适当的补偿以实现工件的恒速磨削［4］。另外，当砂轮截形母线的最小直径接近于砂轮法兰的直径尺寸时，必须跟换新砂轮。对于新更换的砂轮，必须对其进行初始修型。砂轮的初始修型方法直接影响砂轮的修型质量、修型效率和砂轮的利用率以及金刚盘修整轮的使用寿命。如图3所示，新换砂轮是直径为Dsj的一个回转圆柱体。实际磨削时需要的砂轮截型母线是曲线1，因此必须将砂轮轴截面截形由原来的矩形修成曲边梯形。

先前为了操作方便和增加金刚盘的使用寿命，采用手工方式将砂轮外轮缘进行倒角。将新砂轮矩形截面修成锥形截面，这样的初始修型效率高，在很短时间内让初始修型量大为减少。但是，这样做很容易让砂轮的曲线偏移，反而增加后续修型难度，降低修型效率。

为了充分发挥CNC的优势，尽量减少手工操作的误差，提高砂轮的修型效率，现采用母线1的修型程序段，采用多次修型的方法完成初始修型过程。具体操作方法为:

将砂轮直径由原来的Dsj延伸至Djx(实际在直径Dsj和Djx之间不存在砂轮实体)，在开始修型时，先按照母线5的路径完成一次修型，然后让砂轮修整器沿砂轮径向进给，按照母线4的路径再次修型。以此类推，直到金刚盘的运动路径与母线1重合时就完成了砂轮的初始修型。

这种方法的特点是CNC的修整程序无需单独设计;砂轮初始修型的结束控制很容易实现，有利于提高砂轮的利用率。另外，在初始修型的过程中修整器大部分时间处于非工作状态，有利于延长修整器的使用寿命。

4 结语

本文主要针对SK7450螺纹磨床用CNC砂轮修整器的结构和工作过程，介绍了CNC砂轮修整器实现砂轮修整方法。尤其对于新换砂轮的初始修型提出了一种新方法。该方法充分利用了CNC砂轮修整器数控化的优点，在无需进行新程序设计的前提下，对于提高砂轮的利用率和修整器使用寿命非常有利。该方法简便易用，适合于在其他类型和规格的磨床CNC砂轮修整器中推广应用。

［1］周斌.SK7450×100数控丝杠磨床的开发与研制［J］.数控机床市场，2006(9).

［2］袁周华.曲纹蜗杆螺旋面的精密磨削［J］.机械工艺师，2000(4).

［3］吴序堂.齿轮啮合原理［M］.北京:机械工业出版社，1982.

［4］赵永强，侯红玲，李志峰，等.恒速磨削的实现方法与机床设计［J］.机床与液压，2010(3).