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1、 精密制造与自动化 数控磨床砂轮修整与磨头的快速定位 陕西工业职业技术学院 蔡建峰 宋玉明 张 帆 摘要本文介绍对数控磨床增设定位基准面, 从而解决金刚石修整笔笔尖对刀的定位, 同时解决了工作、 修理、 更换等情况的 重复定位问题。选用 F A N U C O i B数控系统, 简要阐述了利用位置信息的系统变量# 5 0 2 3解决磨削过程中磨头的快速定位问题。 关键词金刚石修整笔磨床砂轮修整磨头定位 在机械加工工艺过程中, 对于精度或表面粗糙 度要求 比较高的零部件通常使用相应类别的磨床最 终通过磨削工艺来完成。其中占比例较大的是使用 砂轮通过传动机构获得足够的线速度进行磨削。砂 轮根据被磨
2、削材料及要求 的不同采用不同的磨料 、 制成不同的几何形状和不同的尺寸 , 砂轮品名繁多。 砂轮在工作过程 中几何形状保持性相对的, 自然会 不断的磨损, 为恢复其几何形状, 目前采用最多的方 法是根据在线监测磨削结果或根据经验设定限定数 量以确定停机时间, 用金刚石修整笔去对砂轮进行 修整。在手动机床中, 前人积累了大量的经验, 操作 者只要认真去做就能做得很好。 随着技术的飞快发展 , 数控磨床产品不断增多, 这类机床 自动化程度较高, 效率也较高 , 砂轮磨损的 问题更加突出, 不论是机床厂产品开发研制还是用 户使用过程中, 数控磨床砂轮修整与磨头的快速定 位都是至关重要的问题。 1 数
3、控磨床砂轮修正 为讨论 问题时具体明了起见, 数控系统我们拟 选用北京 F A N U C O i B , 以数控磨床用金刚石修整笔 修整平形砂轮, 磨削外圆, 为例说明。异形砂轮修整 时对应数控轴按相应 曲线方程运动, 成型磨时以切 入方式工进等 , 情况会复杂一些 , 但道理是一样的。 如图 1 所示 , 一般金刚石修整笔端头为圆锥形 , 尖部焊接-d , 块金刚石, 柄部形状是圆柱形 , 使用时 用压紧螺钉将圆柱形柄部固定在机床台面上的砂轮 修整器支架安装孔内, 随台面与磨头上高速旋转 的 砂轮按一定的速度做相对运动, 修整出需要的形状 与粗细, 然后磨头定位磨削加工工件, 接下来根据经
4、 验或预置一定的磨削次数将磨损变钝的砂轮再度重 新进行修整, 重复定位磨削加工工件, 周而复始就能 加工出一个个合格的工件来。 图 1 ( 俯视) 在数控磨床生产中上面所述过程是 自动 完成 的, 那就有一个效率的问题 , 有一个完成 的质量 问 题, 我们在多种新产品研发 中是按下面的思维方式 做的, 取得了良好的效果。 1 。 1 砂轮修整器的重复定位 在机床装配好后最终试磨调试中, 按砂轮修整 位置及运动行程 的需要安装调整好砂轮修 整器支 架 , 装好金刚石修整笔, 用机床数控系统配置的电子 手轮 、 M D I 或手动方式实现砂轮的修整过程 , 切实确 认砂轮修整器支架与金刚石修整笔
5、位置的正确性与 可行性。然后手动机床相应数控轴使金刚石修整笔 尖尽可能近的接近图 1中所示定位基准面, 注意不 要碰上 , 以免损坏金刚石修整笔 , 接下来人为松动砂 轮修整器支架上 的紧固螺钉 , 将金刚石修整笔朝定 位基准面推动 , 使笔尖可靠接触上定位基准面 , 再上 紧砂轮修整器上的紧固螺钉, 固定好金刚石修整笔, 维普资讯 http:/ 2 0 0 5年第2期( 总第 1 6 2期) 并读出这个状态下的相关数控轴机床坐标系下的坐 标值( 为提高精度 , 应记下三维坐标值) , 作为机床的 固有参数存放在数控系统非易失性变量 中备用 , 例 如按 x、 Y、 z依此记作# 5 1 0
6、、 # 5 1 1 、 # 5 1 2等 ( 设 Y轴 坐标值位# 5 1 1 时砂轮轴与头尾架顶尖轴线等高, 和 砂轮修整器笔尖等高等) 。 在以后工作中不论是重新固定了砂轮修正器支 架还是更换金刚石修整笔 , 都必须将 x、 Y、 z数控轴 移动到#51 0 、 #51 1 、 # 5 1 2等位置, 最终使金刚石修整 笔尖可靠接触上定位基准面 , 这样作就较精确的解 决了砂轮修整器的重复定位问题。 1 2砂轮修 正 使用电感测微仪或其它类似仪器结合数控轴精 确测量出图 1中定位基准面到砂轮轴线问的距离 , 作为机床的固有参数存放在数控系统非易失性变量 0 0中备用, 即图中的 L 1 。
7、 完成 1 1 后, 用电子手轮移动 x和 z轴 , 使金刚 石修整笔笔尖对准固定砂轮的发蓝前端结合面, 用 此时 x轴显示的值减去# 5 0 0中的值所得的数取绝 对值记人机床的固有参数存放在数控系统非易失性 变量#50 1中备用, 即图中的 I _3 。( 这个值可测量的 粗糙点) 为安全起见, 我们将新砂轮修整与使用中砂轮 重新修整分别 2 个独立的程序完成。 例如新砂轮修整用 O 0 0 0 1程序; 使用中砂轮重 新修整用 0 0 0 0 9号程序。 对于新砂轮 , 安装好后须较精确的测量 出砂轮 直径 ; 砂轮宽度 ; 设定修整量 ; 修整次数 ; 对于砂轮轴 电机采用主轴放大器或
8、变频器控制的还应确定砂轮 轴电机转速等。 我们编写新砂轮修整 O 0 0 0 1 程序如下 : O o 0 O 1 G6 5 P 9 9 0 1 A2 0 0 B 2 0 C O 8 D 2 E3 0 0$ 3 5 0 0: M3 0; 程序中我们使用了宏程序调用, 程序中 A 2 0 o # 1 局部变量为新砂轮直径 , 本例中取 2 0 0 mm B 2 0 l# 2局部变量为新砂轮宽度 , 本例 中取 2 0 mm C 0 8 # 3 局部变量为新砂轮直径修整量 , 本 例中取 0 8 m m D 2 # 7局部变量为新砂轮修整次数 , 本例中 取 2次 E 3 0 0 8局部变量为修整
9、砂轮时的工进速 度 S 3 5 0 0 # 1 9局部变量为砂轮转速被调用的宏 程序 P 9 9 0 1 如下: P 9 9 0 1: M 0 7 ; 开启冷却泵 M 0 3 S # 1 9 ; 开动砂轮 G 9 0 GO1 Y 0 Z 0 F 1 5 0 0: # 1 o 0: 5 1 0一# 5 O 1+3: G 01 X# 1 0 0 F 1 0 0 0: #1 0 1: 1 2一 0 0+# 1 2: M1 7 ; 开启冷却泵阀 G9 O GO 1 Y 5 1 1 F 1 O 0 o: GO 1 Z #1 01 : #1 9 0:0: #1 0 2: 一6: #1 0 3: 3 # 7
10、: N9 0 G9 1 G 01 Z 一# 1 0 3 F 1 0 0 C O 1 X # 1 0 2 F # 8 ; 修整一次 C O 1 X X # 1 0 2 F # 8 ; 往复 #1 9 0=# 1 9 0+1 : I F # 1 9 0 L T # 7 G O T O 9 0 ; 0 0= #50 2 3 ; 记忆当前 Z坐标值 # 6 0 1= 0 0: G 0 4 XI: G 9 O G 0 0 Z O: M 0 5 ; 关砂轮 M 0 8 ; 关冷却阀 M9 9: 使用中砂轮重新修整用 0 0 0 0 9号程序: ( ) 0 0 0 9 G 6 5 P 9 9 0 9 B 2
11、 0 C O 5 D2 E 3 0 0 $ 3 5 0 0 M3 0 变量定义与 0 0 13 0 1 相同 P 9 9 0 9: M 0 7 ; 开启冷却泵 M 0 3 S # 1 9 ; 开动砂轮 G 9 0 C O1 Y O Z O F 1 5 O 0: #1 0 0= 1 0一 0 1+3: G O1 X# 1 0 0 F 1 0 0 0: M1 7 ; 开启冷却泵阀 维普资讯 http:/ 精密制造与自动化 G 9 0 G O1 Y# 51 1 F 1 0 0 0: G O1 Z # 6 01 : # 1 9 0=0; # 1 0 2= 一6: # 1 0 3=# 3 # 7 N9
12、0 G 91 G 01 Z一# 1 0 3 F 1 0 o o G O 1 X # 1 0 2 F # 8 ; 修整一次 G O 1 X X # 1 0 2 F # 8 ; 往复 # 1 9 0=# 1 9 0+1 I F # 1 9 0 L T # 7 G O T O 9 0 ; # 6 01=#5 0 2 3; G4 X1 ; G9 0 G o 0 Z 0 M 0 5 ; 关砂轮 M 0 8 : 关冷却阀 M9 9; 我们是将每次修正结束时的z轴坐标值记忆在 断电不丢失的即非易失性公共变量柏o o或#60 1中, 巧妙的使用了位置信息的系统变量# 5 0 2 3 。将最终 修整后的 z坐标
13、值记忆在#60 0或#60 1中, 再次重修 时 z轴初定在# 6 0 1 坐标值, 这就准确无误的找到了 初定位点。 直到这个砂轮用到报废 , 换一片砂轮时重新启 用 O 0 0 0 1 号程序修整第一次 , E t 后用 0 0 0 0 9号程序 在磨削中修整。用户只要弄清宏程序 中的几个变量 的含义 , 认真填写变量就可以了。 2 磨头的快速定位 为了磨头快速定位 的需要 , 我们首先测量出图 1 中 L 2的值 , 作为机床的固有参数存放在数控系统 非易失性变量#50 2中备用, 即图中的 L 2 。在磨削中 磨头的快速定位中有了图 1 所示几个参数, 就较容 易做了。 我们设 已经修
14、好 了砂轮, 以磨削图 1所示零件 的大外圆为例, 我们可以编写 0 8 0 0 0号程序。 O 8 0 o o G 6 5 P 9 0 0 0 I K D R E F U Z $ 3 5 0 0: M3 0; 注: 使用时 I 、 K 后面应添写上具体数字式 中 I 4变量为磨削中 x轴运动行程( 对刀时获 取 ) K 怕 变量为 z轴工件坐标系原点在机床坐 5 4 标系中的值 D # 7变量为待磨削工件磨削段直径 R # 1 8 变量为精磨余量 E 糯 变量为误差补偿量 F 变量为磨削进给速度 z 6变量为粗磨余量 u 1 变量为磨削 x轴初始位置( 机床坐标 系, 实际对刀得到) S #
15、 1 9变量砂轮转速 9 0 0 0 M0 7; M0 3 S # 1 9 G9 0 GOO Y# 5 1 1 : Z柏 : X 1: # 1 5 0=# 5 0 2一# 5 O 0: N1 o o# 1 5 1=柏 0 1一# 1 5 0: # 1 5 2=# 1 5 1+# 7 2+#2 6+#1 8: G 9 0 G o 0 Z # 1 5 2 M1 7 G9 1 G 01 Z 一 2 6 F 1 o o G 01 X 一槲F # 9: G O 4 X1; G O1 X#4 F # 9; # 1 5 3= 一# 1 8+ 8 G O1 Z # 1 5 3 F 1 o o: G 01 X 一槲F # 9: G O 4 X1 ; G9 0 Go 0 Z 柏 : M0 5; M0 8; M9 9; 分析上面的程序不难发现, 我们在 N I O 0程序指 令中用了#60 1 这个变量值, 而它是随着砂轮的修整 同步变化的, 较巧妙的跟随上 了砂轮修整带来得刀 补问题 , 达到了以不变应万变的 目的。为方便解决 加工状态带来的综合误差 , 宏程序中设置了 E # 8变量作为误差补偿。用户可根据试磨计量结果设 置具体数据。经过我们 的实践 , 取得了较满意的结 果 参考文献 B E I I N G F ANUCO OiN B操作说明书。 维普资讯 http:/
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