高天友

MK6110型數(shù)控拉刀磨床檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高天友

(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

針對(duì)拉刀刃形的幾何輪廓特點(diǎn)，介紹了MK6110型數(shù)控拉刀磨床的檢測(cè)系統(tǒng)、測(cè)量機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路以及接觸式測(cè)頭的速度圓跟隨算法。設(shè)計(jì)與研究結(jié)果表明，該磨床數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)功能適用于磨削各種圓拉刀、平拉刀、花鍵拉刀及其他內(nèi)孔拉刀的刀齒，可以自動(dòng)完成循環(huán)磨削。

數(shù)控磨床 拉刀 測(cè)頭 檢測(cè)

MK6110數(shù)控拉刀磨床系統(tǒng)軟件采用漢字提示、工藝卡式對(duì)話編程，集編程加工于一體。在擴(kuò)展功能菜單中加入了參數(shù)設(shè)置、PLC和故障診斷等，方便用戶對(duì)機(jī)床的設(shè)置和調(diào)整。該數(shù)控系統(tǒng)具有自動(dòng)檢測(cè)功能、適用于刃磨各種圓拉刀、平拉刀、花鍵拉刀及其他內(nèi)孔拉刀(螺旋槽拉刀除外)的前角、后角和齒背。操作者可根據(jù)被刃磨拉刀的不同要求輸入相應(yīng)參數(shù)，磨床就能自動(dòng)完成循環(huán)磨削。

1 拉削表面的幾何輪廓

拉刀是由許多尺寸逐漸增大的刀齒所組成的一種切削刀具。拉刀在拉力或推力的作用下沿其軸線作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其刀齒便一個(gè)接一個(gè)地在被加工工件上切下一層薄薄的金屬，從而使工件獲得一定形狀、尺寸、精度和光潔度的內(nèi)孔或外表面。由于拉削加工余量大、生產(chǎn)效率高，因而被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械加工場(chǎng)合。常見的拉削表面(截形或外形)如圖1所示。

圖1 拉削表面的幾何輪廓

2 拉刀檢測(cè)系統(tǒng)方案

拉刀在切削時(shí)的主要磨損發(fā)生在齒尖刃帶部，如圖2所示。拉刀齒形刃帶一般是固定不變的，但每一次修磨都會(huì)使刃帶減小，刃帶的長(zhǎng)度也就決定了拉刀的壽命。如果每次修磨使刃帶的修磨量盡可能地少，就會(huì)使刃帶的修磨次數(shù)增加，相應(yīng)地就延長(zhǎng)了刀具的使用壽命，這對(duì)于價(jià)格昂貴的拉刀來說具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該分別從、兩個(gè)方向?qū)度袔нM(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后綜合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖3所示。

圖2 拉刀的齒形磨損形式

圖3 拉刀檢測(cè)系統(tǒng)框圖

3 測(cè)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用合適的測(cè)頭和測(cè)量策略對(duì)拉刀的齒形進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其數(shù)控修磨加工。因而在設(shè)計(jì)測(cè)頭時(shí)要根據(jù)拉刀刃形的幾何輪廓(如圖4所示)特點(diǎn)，提出測(cè)頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案，如圖5所示。

圖4 拉刀齒形結(jié)構(gòu)

4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

圖6為MK6110型數(shù)控拉刀磨床檢測(cè)電路功能結(jié)構(gòu)圖。其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路是模擬集成電路的一個(gè)重要組成部分(也稱為模擬接口電路)， 起到將模擬和數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的作用。在計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用中, 如何將物理世界與計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來, 信號(hào)調(diào)制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路起著極其重要的作用, 將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)和性能(另外還需考慮整個(gè)電路的屏蔽與干擾措施)。

圖6 檢測(cè)電路功能結(jié)構(gòu)圖

5 接觸式測(cè)頭的速度圓跟隨算法

速度圓的矢量分解以及向物理驅(qū)動(dòng)軸的分解如圖7和圖8所示。

圖7 速度圓矢量分解圖

圖8 △ε與測(cè)頭沿被測(cè)表面法向移動(dòng)關(guān)系

1)根據(jù)測(cè)頭的跟隨性要求，在測(cè)量過程中測(cè)頭應(yīng)始終與被測(cè)齒面接觸，測(cè)頭的綜合變形量應(yīng)受到嚴(yán)格的約束，即min＜＜max(其中，min是測(cè)頭允許的最小綜合變形量，max是測(cè)頭允許的最大綜合變形量)。

2)測(cè)頭控制算法就是采取適當(dāng)?shù)牟呗?，控制測(cè)頭綜合變形量在最小和最大綜合允許變形量之間變動(dòng)，并且使綜合變形量為0=(min+max)/2(0為測(cè)頭測(cè)量運(yùn)動(dòng)中綜合變形量的期望值)。在測(cè)量運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)測(cè)頭欠壓時(shí)，要使測(cè)頭向測(cè)量齒面靠近；當(dāng)測(cè)頭過壓時(shí)，要使測(cè)頭離開被測(cè)齒面。

3)測(cè)頭跟隨調(diào)節(jié)算法的核心是在給定速度的基礎(chǔ)上確定合速度的方向，實(shí)現(xiàn)合速度向物理驅(qū)動(dòng)軸的分解。

6 結(jié)語(yǔ)

MK6110數(shù)控拉刀磨床系統(tǒng)是在華中Ⅰ型開放式數(shù)控平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)的結(jié)果。整個(gè)磨床檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合而復(fù)雜的工程，需要綜合考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)、軟硬件的嵌入模式以及匹配方式等技術(shù)和要求。