M6420B滾刀刃磨數(shù)控分度頭機(jī)械改造

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1、M6420B滾刀刃磨數(shù)控分度頭機(jī)械改造 摘要 本文介紹了M6420B滾刀刃磨床分度頭機(jī)構(gòu)存在問題,提出對(duì)該設(shè)備分度頭機(jī)構(gòu)實(shí)施數(shù)控分度頭機(jī)械改造方法,以及設(shè)備改造后的效果論述。 主題詞 分度頭機(jī)構(gòu) 機(jī)械改造 效果 一：前言 M6420B滾刀刃磨床，是一種高生產(chǎn)效率的通用機(jī)床。它的主要用途是刃磨各種滾刀的前刀面。用于刃磨直徑自50～125mm,長(zhǎng)度自50～200mm，槽數(shù)為8；9；10；12；18；20的滾刀。M6420B滾刀刃磨床最大的特點(diǎn)是我公司唯一一臺(tái)刃磨螺旋滾刀（螺旋滾刀就是滾刀的容屑槽是螺旋型的）的機(jī)床。所以，該機(jī)床在刃磨時(shí)，被磨滾刀不但具有滾刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滾刀

2、的分度運(yùn)動(dòng)，滾刀的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，還要具有滾刀的沿螺旋線的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于該機(jī)床是七三年出廠的，隨著使用年限增長(zhǎng)，汽車產(chǎn)量加大，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，設(shè)備故障不斷上升，維修費(fèi)用居高不下，嚴(yán)重影響變速箱零件的生產(chǎn)。同時(shí)其它滾刀磨床不能刃磨螺旋滾刀。在這種情況下，公司決定對(duì)M6420B滾刀刃磨床實(shí)施數(shù)控分度機(jī)械改造。 二：機(jī)床分度頭機(jī)構(gòu)工作原理 1：機(jī)床概述：如圖一 工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（由液壓來實(shí)現(xiàn)的）在工作臺(tái)的左面安裝著分度頭，右面安裝著尾座。床身前面左邊安裝螺旋運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；進(jìn)給機(jī)構(gòu)，右邊是液壓操縱箱；操縱按鈕。 被磨的滾刀固定在芯軸上，然后安裝在分度頭主軸上，并用尾座頂住。調(diào)整好與磨頭的距

3、離。就可以啟動(dòng)磨頭電機(jī)，機(jī)床液壓電機(jī)。手動(dòng)液壓操縱箱手柄，開始刃磨。 2：分度頭： 分度頭是由分度機(jī)構(gòu)，主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾刀圓周進(jìn)給機(jī)構(gòu)組成。分度頭的箱體安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上。分度頭主軸的支承是由兩對(duì)成雙的徑向止推軸承所組成。主軸后端圓錐部分，固定著分度盤。主軸分度盤的定位由電磁鐵驅(qū)動(dòng)的閘齒來實(shí)現(xiàn)的。主軸的分度是由電機(jī)通過蝸輪，蝸桿；電磁鐵帶動(dòng)的摩擦離合器傳動(dòng)到主軸上的。 3：分度頭機(jī)構(gòu)工作原理：如圖二 開始刃磨后，分度頭帶動(dòng)滾刀隨工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。分度頭每作完一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)停止在左邊，電磁鐵1驅(qū)動(dòng)閘齒2拔出分度盤3，無觸點(diǎn)開關(guān)4發(fā)信號(hào)，電磁鐵6驅(qū)動(dòng)摩擦離合器7合上，電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)開始

4、分度運(yùn)動(dòng)。分度完后，電磁鐵6；1回位，閘齒插入分度盤3，無觸點(diǎn)開關(guān)5發(fā)信號(hào)，工作臺(tái)再一次進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)加工螺旋滾刀時(shí)，為了使?jié)L刀的螺旋容屑槽前刀面相對(duì)于磨頭走一條直線，那么，分度頭主軸帶著滾刀就必須一邊隨工作臺(tái)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一邊要作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在加工螺旋滾刀前，首先根據(jù)滾刀的容屑槽角度轉(zhuǎn)動(dòng)手輪9調(diào)整導(dǎo)軌10角度。當(dāng)分度頭隨工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾輪11沿著導(dǎo)軌10爬上爬下帶動(dòng)導(dǎo)桿12上下運(yùn)動(dòng)，使連接在導(dǎo)桿12上的鏈條13帶動(dòng)輪子14轉(zhuǎn)動(dòng)，通過閘齒2；分度盤3帶動(dòng)分度主軸旋轉(zhuǎn)。 分度頭的進(jìn)給機(jī)構(gòu)就是說當(dāng)被磨滾刀分度刃磨一周后，滾刀一般并沒有磨好，滾刀相對(duì)于磨頭要進(jìn)行進(jìn)刀，繼續(xù)磨削。操縱方法是

5、轉(zhuǎn)動(dòng)手輪15使導(dǎo)軌10向下移動(dòng)并帶動(dòng)導(dǎo)桿12向下移動(dòng)，使分度主軸帶動(dòng)被磨滾刀旋轉(zhuǎn)靠近磨頭。每次移動(dòng)量從0.01到0.05的范圍內(nèi)選取。 三：設(shè)備存在的問題： 1：分度使用的電機(jī)不合適。分度電機(jī)是三相異步電動(dòng)機(jī)，由于速度快，慣性大及電機(jī)的性能，無法控制分度主軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)準(zhǔn)確的度數(shù)，不能進(jìn)行正常分度。 2：摩擦離合器故障率高。由于每刃磨一個(gè)滾刀，要分度多次，每次離合器都要離合一次，電磁鐵帶動(dòng)杠桿驅(qū)動(dòng)離合器頻繁的振動(dòng)、沖擊。離合器磨損不均，離合器嚙合不好。 3：液壓系統(tǒng)故障。由于機(jī)床已使用二十多年，液壓操縱箱已無法正常工作，工作臺(tái)的開、停、調(diào)速、換向故障率高。 4：分度機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。分

6、度機(jī)構(gòu)的蝸輪；蝸桿都沒有準(zhǔn)確的軸向和徑向定位。電機(jī)安裝不穩(wěn)定。 四：改造內(nèi)容 針對(duì)以上情況，我們對(duì)分度系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。將機(jī)械裝置和數(shù)控技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)。機(jī)械機(jī)構(gòu)與數(shù)控技術(shù)相互促進(jìn)，展示出新穎的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 1：間歇撥塊機(jī)構(gòu) 首先，我對(duì)分度頭的傳動(dòng)原理進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。盡管在我們傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)主軸分別要具有多個(gè)運(yùn)動(dòng)形式時(shí)，往往是通過各種各樣的離合器進(jìn)行的。但是我在考慮用其它形式的離合器用在此分度機(jī)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，由于要頻繁的啟動(dòng)離合器，故障率高，維修安裝不方便。我決定在分度機(jī)構(gòu)中取消離合器。經(jīng)長(zhǎng)期研究、試驗(yàn)，我設(shè)計(jì)一套間歇撥塊機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)不僅可傳動(dòng)分度運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

7、，圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而且還可以使這三種運(yùn)動(dòng)獨(dú)立進(jìn)行，互不干涉，并且可和步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確的結(jié)合。工作原理如圖三。 (1) 分度頭主軸分度運(yùn)動(dòng) 主軸，蝸桿蝸輪重新設(shè)計(jì)，具有嚴(yán)密的軸向和徑向定位。蝸輪 是通過一對(duì)徑向軸承安裝在主軸上。在蝸輪的端面圓周方向安裝兩個(gè)對(duì)稱的撥塊。在主軸表面圓周對(duì)稱方向也安裝兩個(gè)撥塊。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿蝸輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)時(shí)，蝸輪通過自身上的兩個(gè)撥塊推動(dòng)主軸上的兩個(gè)撥塊使主軸作分度運(yùn)動(dòng)。 （2）分度頭主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 在說明分度頭回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)前，先看一看主軸分度運(yùn)動(dòng)的方向。由于主軸分度運(yùn)動(dòng)的方向可調(diào)整為從機(jī)床的左端看去是逆時(shí)針方向（事實(shí)上我公司目前在加工滾刀時(shí)都是朝這個(gè)方向

8、分度）。因此，當(dāng)分度頭由工作臺(tái)帶動(dòng)到左端—開始分度—分度結(jié)束后。分度頭開始隨工作臺(tái)向右運(yùn)行時(shí)（此時(shí)，螺旋機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌已調(diào)整好對(duì)應(yīng)于被磨滾刀的容屑槽角度），由于被刃磨螺旋滾刀是左旋（實(shí)際上我公司目前螺旋滾刀都是左旋），所以，分度主軸帶動(dòng)螺旋滾刀的旋轉(zhuǎn)方向從機(jī)床的左端看上去也是逆時(shí)針。也就是說：分度頭向右運(yùn)行刃磨滾刀時(shí)，分度主軸上的兩個(gè)撥塊正好離開蝸輪上的兩個(gè)撥塊。所以，當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)帶動(dòng)分度主軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與原來帶動(dòng)主軸作分度運(yùn)動(dòng)的蝸桿；蝸輪；步進(jìn)電機(jī)不干涉。不干涉運(yùn)動(dòng)可設(shè)計(jì)在主軸圓周旋轉(zhuǎn)0～300范圍內(nèi)。（就是在圓周360范圍內(nèi)減去撥塊所占的角度范圍）。而目前該機(jī)床的工作能力（加工兩個(gè)最大螺旋滾刀容

9、屑槽角度1231ˊ）只需要60。即可。也就是說分度頭主軸可獨(dú)立進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （3）分度頭主軸圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 我們先看一看分度頭圓周進(jìn)給的方向。當(dāng)我們從機(jī)床的左端看去，被磨滾刀的前刀面與磨頭的位置是：滾刀的前刀面在左，磨頭在右。也就是說分度頭主軸圓周進(jìn)給旋轉(zhuǎn)方向是（從機(jī)床左端看去）是順時(shí)針—這樣才能使分度主軸帶動(dòng)滾刀順時(shí)針旋轉(zhuǎn)相對(duì)于磨頭進(jìn)刀。由于間歇撥塊機(jī)構(gòu)在作分度運(yùn)動(dòng)時(shí)逆時(shí)針（此時(shí)蝸輪上的兩撥塊與分度主軸上的兩撥塊靠在一起），那么分度主軸順時(shí)針圓周進(jìn)給時(shí)，分度主軸上的兩個(gè)撥塊與蝸輪上的撥塊干涉。我們用步進(jìn)電機(jī)可編程序解決這一問題。即：當(dāng)操作工需要圓周進(jìn)給進(jìn)刀時(shí)，他可按動(dòng)一按鈕，改按鈕可控制

10、步進(jìn)電機(jī)分度轉(zhuǎn)動(dòng)完后再反轉(zhuǎn)一設(shè)定值。這樣，蝸輪上的兩個(gè)撥塊就相對(duì)于分度主軸上的撥塊讓開一定位移，這個(gè)位移恰恰是圓周進(jìn)給進(jìn)刀的量，這個(gè)值可通過要求計(jì)算得出（對(duì)φ60mm滾刀的進(jìn)給量，進(jìn)給機(jī)構(gòu)手輪刻度每小格0.01mm。對(duì)其它尺寸的滾刀的進(jìn)給量是隨滾刀直徑的大小成比例的增加或減少）。就是說分度頭可獨(dú)立進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 2：液壓部分改造 由于該分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求分度主軸與分度蝸輪的相對(duì)位置非常嚴(yán)格，特別是加工螺旋滾刀時(shí)，工作臺(tái)換向的位置變化將影響分度主軸與分度蝸輪的位置，將影響分度的準(zhǔn)確性，所以對(duì)機(jī)床的液壓系統(tǒng)也進(jìn)行了改造。如圖三。目的是讓工作臺(tái)運(yùn)行機(jī)床左端換向時(shí)停止。分度開始—分度完后工作臺(tái)

11、自動(dòng)向右運(yùn)行。 3：電氣改造 控制系統(tǒng)采用美國(guó)parke公司OEM系列簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，并且應(yīng)用三菱FXO－30PLC作為機(jī)床電氣邏輯控制。用步距脈沖指令來保證分度的準(zhǔn)確性。實(shí)行多品種滾刀程序編制及儲(chǔ)存。用外接撥碼開關(guān)向PLC內(nèi)輸入刀具選擇狀況。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)磨削。 4：改造后磨削滾刀工作循環(huán)如下：如圖三 當(dāng)被磨滾刀安裝好并對(duì)好刀后，選擇被磨滾刀槽數(shù)的撥碼開關(guān)，啟動(dòng)磨頭電機(jī)、機(jī)床液壓電機(jī)。開動(dòng)液壓操縱箱開停閥1。工作臺(tái)開始往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)運(yùn)行到左端停止，無觸點(diǎn)開關(guān)2發(fā)信號(hào)，電磁鐵3動(dòng)作拔出閘齒4，無觸點(diǎn)開關(guān)5發(fā)信號(hào)步進(jìn)電機(jī)6開始分度，分度完后自動(dòng)發(fā)信號(hào)使閘齒4插入分度盤7，無觸

12、點(diǎn)開關(guān)8發(fā)信號(hào)使電磁鐵9帶電，工作臺(tái)開始向右運(yùn)行下一循環(huán)。當(dāng)滾刀磨削一、二周后需要進(jìn)刀時(shí)，按動(dòng)按鈕10，那么步進(jìn)電機(jī)將自動(dòng)在下一次分度時(shí)將反轉(zhuǎn)一定值，操作工在這次分度完后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪11一定值進(jìn)刀。被磨滾刀經(jīng)過數(shù)次進(jìn)刀磨好后，扳動(dòng)開停閥1停止。 五：改進(jìn)后效果 1：機(jī)床分度頭精度的檢驗(yàn) 在工作臺(tái)上打表檢查分度頭的分度誤差，連續(xù)分度重復(fù)精度均能達(dá)到0.005mm以內(nèi)。 2：被磨滾刀檢查 我們分別檢查容屑槽為8；9；10；12；18；20滾刀，被磨滾刀前刀面粗糙度均達(dá)到Ra0.4容屑槽分布均勻。 3：經(jīng)濟(jì)效益 M6420B滾刀刃磨床系武漢機(jī)床廠73出廠的設(shè)備，在我廠使用

13、已近三十年，設(shè)備老化，大修過多次，設(shè)備頻臨報(bào)廢，設(shè)備殘值只有萬元，我廠購(gòu)買一臺(tái)數(shù)控滾刀刃磨床需二十七萬元，改造一臺(tái)設(shè)備，費(fèi)用二萬元左右，改造一臺(tái)可節(jié)約設(shè)備投資費(fèi)用二十五萬元。 4：設(shè)備自動(dòng)化 用于設(shè)備的自動(dòng)磨削，大大的減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，無故障，受到車間及操作人員的好評(píng)。綜合經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。 六：結(jié)束語 經(jīng)過四年來的運(yùn)行，證明M6420B滾刀刃磨床分度頭的數(shù)控改造，穩(wěn)定可靠，功能全面。新穎的機(jī)械結(jié)構(gòu)與數(shù)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，使機(jī)床分度頭的分度運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)更加準(zhǔn)確，無故障，完全滿足工藝技術(shù)要求，提高了生產(chǎn)率。它可完全應(yīng)用于滾刀刃磨分度頭裝置，特別應(yīng)用于螺旋容屑槽的滾刀，

14、以及加工多品種滾刀的機(jī)床，這種學(xué)的傳動(dòng)裝置可作為滾刀刃磨機(jī)床分度裝置的定型結(jié)構(gòu)家以推廣。M6420B滾刀刃磨分度頭數(shù)控機(jī)械改造獲得2000年東風(fēng)汽車公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)。 七：參考文獻(xiàn) 1 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1988 2 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 機(jī)械工業(yè)出版社 1991 3設(shè)備修理與改造 東風(fēng)汽車公司設(shè)備管理協(xié)會(huì) 2001 4機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)部 1987 5機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 冶金工業(yè)出版社 1994 6液壓設(shè)計(jì)手冊(cè) 上海人民出版社 1980