陜西漢江機(jī)床有限公司（漢中 723003）田廣利 昝 弢 周 斌

隨著數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展，滾珠絲杠的需求迅猛增加，絲杠的生產(chǎn)也出現(xiàn)了冷擠壓旋銑等多項(xiàng)新技術(shù)，效率大大提高。但螺母的加工技術(shù)卻沒(méi)有得到很好的突破，目前大部分廠家還采用傳統(tǒng)的磨削工藝，螺母外圓和螺紋分開(kāi)磨削，對(duì)刀采用人工觀察砂輪火花方式，對(duì)刀效率低，所磨螺母中徑一致性差，由于以上原因，螺母加工已經(jīng)成為影響絲杠行業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。漢機(jī)公司在多年螺母加工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)螺母加工技術(shù)的要求及工藝特點(diǎn)開(kāi)發(fā)了內(nèi)螺紋磨削中心SKR7620，有效解決了傳統(tǒng)螺母磨削的工藝問(wèn)題。下面就內(nèi)螺紋磨削中心自動(dòng)對(duì)刀裝置的原理及實(shí)現(xiàn)方法加以分析介紹。

1.機(jī)床簡(jiǎn)介

SKR7620螺紋磨削中心為六軸三聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)為SIEMENS840D，其中X、Z軸直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而保證了精度的穩(wěn)定性。機(jī)床各軸的定義如下：X為頭架前后運(yùn)動(dòng)；Z為頭架左右運(yùn)動(dòng)；C為工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；B為工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；V為砂輪垂直運(yùn)動(dòng)；Y為測(cè)量架垂直運(yùn)動(dòng)。

該機(jī)床設(shè)計(jì)有內(nèi)外磨頭，工件一次裝夾可完成螺母滾道和外圓磨削，從而保證了螺母外圓與內(nèi)螺紋中心的同軸度。

2.自動(dòng)對(duì)刀裝置及用元件

選用元件如表1所示。對(duì)刀裝置測(cè)頭有兩個(gè)，分別為粗側(cè)頭M5感應(yīng)開(kāi)關(guān)和精測(cè)頭雷尼紹φ3mm探針，結(jié)構(gòu)如圖1所示。它們的輸入信號(hào)分別接到西門(mén)子840D的X121接口中，如圖2所示。測(cè)量頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示，粗精測(cè)頭前后分布安裝，粗測(cè)頭以非接觸方式先找到插管空，目的是保證雷尼紹的精測(cè)頭能可靠進(jìn)入插管孔，整個(gè)測(cè)頭裝置安裝在Y軸上，可以上下運(yùn)動(dòng)。

表1 元件表

圖1 測(cè)頭安裝方式

圖2 測(cè)頭接線圖

3.試驗(yàn)工件

HJG－S1088－01B 法蘭螺母10件，螺距P=6mm，如圖3所示。

機(jī)床控制面板上設(shè)計(jì)有自動(dòng)對(duì)刀生效鍵，機(jī)床默認(rèn)為自動(dòng)對(duì)刀方式生效，螺母用自定心卡盤(pán)安裝，開(kāi)始磨削之前在對(duì)刀界面中輸入與對(duì)刀有關(guān)的參數(shù)，啟動(dòng)程序依次完成自動(dòng)對(duì)刀，螺紋磨削，外圓磨削，磨削過(guò)程中可自動(dòng)修整砂輪并進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)好刀后，磨削起始位置自動(dòng)保存，只要不重新裝卸工件，即使重新上電，以前對(duì)好刀保存的位置參數(shù)也不會(huì)變化。如果選擇自動(dòng)對(duì)刀無(wú)效，則需要手動(dòng)對(duì)刀，或?qū)σ郧皩?duì)好刀的工件重新磨削。

圖3 法蘭螺母軸向展開(kāi)圖

4.原理與步驟

（1）原理：內(nèi)螺紋自動(dòng)對(duì)刀不同于外螺紋，測(cè)頭無(wú)法直接進(jìn)入螺紋滾道，需要進(jìn)行間接對(duì)刀。螺母的反向器插管孔中心正好分布在兩個(gè)滾道的中心，也就是1/2螺距處，基于螺母設(shè)計(jì)的原則，以反向器插管孔中心為對(duì)刀基準(zhǔn)，只要準(zhǔn)確地找到反向器插管孔中心，通過(guò)計(jì)算就可以精確得到螺旋槽中心尺寸，保證砂輪能進(jìn)入螺旋槽中心；同時(shí)以反向器插管孔中心為對(duì)刀基準(zhǔn)，可以確保反向器擦管在滾道中心，從而保證了螺母在運(yùn)行過(guò)程中鋼球循環(huán)順利流暢。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，工件任意角度裝好后，啟動(dòng)對(duì)刀程序，工件旋轉(zhuǎn)一周，粗測(cè)頭根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)使插管孔停在頂面，粗測(cè)量完成后，精測(cè)頭進(jìn)入反向器口進(jìn)行精確測(cè)量。反向器孔如圖4 所示。

圖4 反向器孔外形

（2）測(cè)量計(jì)算中所用參數(shù)說(shuō)明：

R454：輸入?yún)?shù)，被測(cè)孔為以螺母端面開(kāi)始，第i個(gè)孔（i=1～6），一般i=2。

A 螺母端面坐標(biāo)（Z軸）C，B反向器孔中心粗定位測(cè)量點(diǎn)（C軸）G，E反向器孔中精定位測(cè)量點(diǎn)（Z軸）F，D反向器孔中精定位測(cè)量點(diǎn)（C軸）。

R456：孔距L1，螺母端面到第1個(gè)孔距離，如圖3所示。

R457：孔距L2，兩反向器孔中心之間距離，如圖3所示。

精測(cè)頭（RENISHAW LP2測(cè)頭）測(cè)出A點(diǎn)Z軸坐標(biāo)R516。

粗測(cè)頭（感應(yīng)開(kāi)關(guān)）移動(dòng)到反向器孔Z向理論中心，粗測(cè)頭Z向進(jìn)給距離R466，R466=R456+（R457×（R454-1））。

C軸旋轉(zhuǎn)，用粗測(cè)頭分別測(cè)出B、C點(diǎn)C向坐標(biāo)值R839、R840，計(jì)算出C向中心坐標(biāo)R467，R467=（R839+R840）/2。

工件（C軸）旋轉(zhuǎn)到R467處，精測(cè)頭進(jìn)到反向器孔Z向理論中心處，進(jìn)入孔內(nèi)，Z軸左右移動(dòng)測(cè)出G、E點(diǎn)Z向坐標(biāo)R800、R801，從而計(jì)算出Z向中心坐標(biāo)R517，R517=（R800+R801）/2。

以R517、R467為基點(diǎn)，由精測(cè)頭分別測(cè)出D、F點(diǎn)C向坐標(biāo)值R519、R520，并由此計(jì)算出C向中心精確坐標(biāo)值R476，R476=（R519+R520）/2。

精測(cè)頭由點(diǎn)R517、R476點(diǎn)進(jìn)入反向器孔，Z軸左右運(yùn)動(dòng)，分別測(cè)出G、E點(diǎn)Z向坐標(biāo)R802、R803，從而計(jì)算出Z向中心坐標(biāo)R804，R804=（R802+R803）/2 。

通過(guò)以上步驟即可得出反向器孔中心精確坐標(biāo)值（Z，C）R804、R476。通過(guò)反向器孔與內(nèi)螺紋軌道之間的關(guān)系以及被測(cè)孔到螺母端面距離即可計(jì)算出內(nèi)螺紋磨削起點(diǎn)坐標(biāo)值R534、R806。

如果以螺母端面開(kāi)始磨削，則：R534=R516

R806=［ABS（R517－R516+R103/2）/R103］×360。

至此，Z、C軸方向自動(dòng)對(duì)刀測(cè)量計(jì)算結(jié)束。

本試驗(yàn)中用的螺母是帶一定傾角的腰型反向器孔，這種類(lèi)型的反向器孔中心測(cè)量難度大，不易測(cè)準(zhǔn)。而對(duì)于圓形孔反向器，孔中心測(cè)量相對(duì)容易，其原理與此相同，只是中間少去了粗測(cè)環(huán)節(jié)。

5.試驗(yàn)步驟及記錄

（1）對(duì)工件端面Z坐標(biāo)值，試驗(yàn)RENISHAW測(cè)頭的測(cè)量精度及機(jī)床的重復(fù)精度，要求測(cè)頭經(jīng)過(guò)幾次觸發(fā)測(cè)量，無(wú)論測(cè)頭最初探測(cè)在何位置最終測(cè)頭都能自動(dòng)測(cè)出工件端面Z坐標(biāo)值。對(duì)同一工件反復(fù)測(cè)量，當(dāng)測(cè)量速度為200mm/min時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。通過(guò)對(duì)表2數(shù)據(jù)分析，RENISHAW測(cè)頭的測(cè)量精度完全能滿(mǎn)足磨削對(duì)刀測(cè)量要求。

（2）自動(dòng)對(duì)刀、磨削。按前述對(duì)刀原理與步驟編制自動(dòng)對(duì)刀、磨削程序，有關(guān)參數(shù)在OEM界面輸入，并進(jìn)行實(shí)際加工。試磨十件試件（HJGS1088－01B 法蘭螺母）。試磨結(jié)果如表3所示。

表2 工件端面Z坐標(biāo)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（續(xù)）

表3 試磨結(jié)果

其中，1～5件試件是一次對(duì)刀一次磨削。