数控磨床上砂轮修整装置的设计研究

陈继红

摘 要：砂轮修整装置是数控磨床中使用的一个关键附件，为满足对砂轮轮廓全自动修整，设计了一种把两片金刚刀成V型安装的砂轮修整装置，实际制造和使用表明，该装置修整砂轮精度高、效率高，能显著提高磨削工件的质量。

关键词：砂轮 磨损 修整装置 金刚刀

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（b）-0101-02

Abstract： Grinding wheel trimming device is a key accessory used in CNC grinding machine.In order to meet the full automatic trimming of the grinding wheel profile， a grinding wheel trimming device is designed to be composed of two pieces of diamond knife into V type installation.The practical manufacture and use experience shows that the device can trim the grinding wheel with high precision and efficiency， and can improve the quality of the grinding work.

Key Words： Grinding wheel； Wearing； Trimming device； Diamond knife

數控磨床在磨削时，通过将砂轮修整成与加工对象轮廓相吻合的形状，对零件进行加工，加工时砂轮和工件全面接触“复制”出砂轮的轮廓形状，由于砂轮磨削时各点处的圆周速度不一样，致使各点处的材料去除率不同，从而导致砂轮磨损不均匀，随砂轮损耗增大加工效率和表面质量显著降低，因此砂轮必须经过修整才能保持良好的磨削状态，对砂轮进行修整可提高加工精度和表面质量[1]。

1 砂轮修整装置的结构及工作原理分析

砂轮修整装置是磨床中的一个重要部件，其性能的好坏对磨床磨削的工件的质量起着关键作用，同时也对磨床的磨削效率起着决定作用。在已知的磨床砂轮修整装置中，有两种形式，一种是传统的手动进给方式，另一种是用靠模板加单轴的步进电机或伺服电机进给方式，并且修整砂轮的刀具大多采用金刚笔[2]或金刚滚轮[3]进行砂轮修整。前一种方式由于是手动进给，不能匀速进给，所以修整出来的砂轮表面粗细不均匀，磨削出来的工件表面质量不高，并且这种修整器在修整直线和圆弧需要不同的修整器，修整出来的砂轮在直线和圆弧的交界处很难圆滑过渡，不能实现砂轮的自动修整，效率低下。后一种方式由于使用了靠模板，加工不同的工件时，需更换不同的靠模板，调整不方便，且对工人的技术要求较高，难以实现快速更换。而且金刚笔修整砂轮是点接触，砂轮难以修整平整；金刚滚轮修整砂轮是轴向线接触，修整砂轮时容易产生震动，从而使磨削的工件表面容易产生波纹和烧伤。目前数控式砂轮修整器通过数控编程实现砂轮的修整，具有精度高、适用性强，可修整各种不同轮廓形状的砂轮，已成为砂轮修整器的主要发展趋势[4]，结合该文介绍使用的金刚刀作为修整砂轮的刀具，可以克服前两种修整器的弊端。

2 问题的发生

金刚刀作为修整砂轮的刀具，其安装盒是数控砂轮修整器非常重要的一个功能部件。目前，磨床上的数控砂轮修整器只能修整砂轮的外圆、圆弧和很少的一部分端面，其原因就是其金刚刀垂直于砂轮回转轴线安装，当修整砂轮端面时，因安装金刚刀的刀盒宽度超过了两金刚刀刃面的宽度而阻挡了金刚刀的进给，所以金刚刀的进给深度不能超过金刚刀的伸出长度，通常不到20mm，这样的深度修整砂轮端面没有实际意义，只能修整砂轮的外圆和圆弧。使用这种数控砂轮修整器时，砂轮端面的修整需要专门的端面修整器，存在修整时间长、效率低，修整尺寸难以控制等问题[5-6]。

3 问题的解决

借鉴前述文献，设计了一套数控砂轮修整的装置，使两片金刚刀成V型背对背安装，也就是把原来平行安装的两片金刚刀改成相互倾斜一定角度安装，即在修整器底座上安装好的一个金刚刀，其刀刃面与被修整砂轮的端面形成一夹角，夹角大小可根据修整需要确定，其范围在5°～60°之间，需要修整砂轮的另一端面时，连接修整器的连接座移动到砂轮的另一端面，在修整器底座安装的与第一个金刚刀背对背安装的另一个金刚刀的刀刃面与被修整端面形成一夹角，夹角范围在5°～60°之间，这样，从上面观察，V型安装的两金刚刀的顶端盒分别接触被修整砂轮的两端面，而修整器安装金刚刀的底座就接触不到砂轮端面，这样修整砂轮端面的深度可增加很多，同时也不影响修整砂轮的外圆及圆弧，即用一边金刚刀刃修整了砂轮一边的圆弧，移动金刚刀盒，用另一边的金刚刀刃修整砂轮另一边的圆弧。砂轮修整装置结构设计如图1、图2所示。

这套金刚刀安装盒包括金刚刀底座、金刚刀刀垫、金刚刀楔型压板及压紧螺钉组成，金刚刀底座装在数控砂轮修整器上，连接座通过内六角螺钉连接在底座上，刀盒由内六角螺钉固定在连接座上，两片金刚刀通过压板、内六角螺钉固定在刀盒内，刀垫用于调整两片金刚刀的高度，使两片金刚刀的刀刃的高度一致，回转轴用于调整金刚刀刀刃与砂轮端面的垂直度。

4 结语

该文提供设计了一种可应用于数控砂轮修整的装置，把两片金刚刀成V型安装，根据需要，只要启动砂轮修整程序，就可实现任意的二维图形的砂轮轮廓全自动修整，修整出来的砂轮平整细腻，能显著提高磨削工件的表面粗糙度，降低磨削产生的波纹，又可提高修整效率，是数控磨床的可选附件之一，得到广泛应用，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 王亚峰，夏田.一种固定式砂轮修整器的设计与分析[J].机床与液压，2015，43（22）：17-18.

[2] 马廷辉.外圆磨床用金刚笔修整架的研究与设计[J].机械工程师，2016（12）：129-130.

[3] 孙燕燕，林东玲，张宇，等.金刚石滚轮成型砂轮修整器的结构设计[J].机械研究与应用，2010，23（2）：51-52.

[4] 孔振，陶卫军，冯虎田.一种新型砂轮修整器结构及其分析[J].制造技术与机床，2010（12）：135-140.

[5] 徐功志，胡苗，门秀花.数控外圆磨床砂轮修整的设计与研究[J].精密制造与自动化，2012（4）：18-19.

[6] 蔡国英.数控成型磨床砂轮修整器的设计[J].精密制造与自动化，2011（3）：22-23.

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科学技术创新杂志社

2020-02-22