MK6110型数控拉刀磨床检测系统设计

高天友

MK6110型数控拉刀磨床检测系统设计

高天友

(常州轻工职业技术学院 江苏常州 213164)

针对拉刀刃形的几何轮廓特点，介绍了MK6110型数控拉刀磨床的检测系统、测量机构、数据转换电路以及接触式测头的速度圆跟随算法。设计与研究结果表明，该磨床数控系统的自动检测功能适用于磨削各种圆拉刀、平拉刀、花键拉刀及其他内孔拉刀的刀齿，可以自动完成循环磨削。

数控磨床 拉刀 测头 检测

MK6110数控拉刀磨床系统软件采用汉字提示、工艺卡式对话编程，集编程加工于一体。在扩展功能菜单中加入了参数设置、PLC和故障诊断等，方便用户对机床的设置和调整。该数控系统具有自动检测功能、适用于刃磨各种圆拉刀、平拉刀、花键拉刀及其他内孔拉刀(螺旋槽拉刀除外)的前角、后角和齿背。操作者可根据被刃磨拉刀的不同要求输入相应参数，磨床就能自动完成循环磨削。

1 拉削表面的几何轮廓

拉刀是由许多尺寸逐渐增大的刀齿所组成的一种切削刀具。拉刀在拉力或推力的作用下沿其轴线作直线运动时，其刀齿便一个接一个地在被加工工件上切下一层薄薄的金属，从而使工件获得一定形状、尺寸、精度和光洁度的内孔或外表面。由于拉削加工余量大、生产效率高，因而被广泛地应用于各种机械加工场合。常见的拉削表面(截形或外形)如图1所示。

图1 拉削表面的几何轮廓

2 拉刀检测系统方案

拉刀在切削时的主要磨损发生在齿尖刃带部，如图2所示。拉刀齿形刃带一般是固定不变的，但每一次修磨都会使刃带减小，刃带的长度也就决定了拉刀的寿命。如果每次修磨使刃带的修磨量尽可能地少，就会使刃带的修磨次数增加，相应地就延长了刀具的使用寿命，这对于价格昂贵的拉刀来说具有很重要的现实意义。所以检测系统应该分别从、两个方向对拉刀刃带进行数据采集，然后综合进行数据处理，如图3所示。

图2 拉刀的齿形磨损形式

图3 拉刀检测系统框图

3 测头的结构设计

采用合适的测头和测量策略对拉刀的齿形进行自动检测，进而实现其数控修磨加工。因而在设计测头时要根据拉刀刃形的几何轮廓(如图4所示)特点，提出测头的机械结构方案，如图5所示。

图4 拉刀齿形结构

4 数据转换电路的设计

图6为MK6110型数控拉刀磨床检测电路功能结构图。其中数据转换电路是模拟集成电路的一个重要组成部分(也称为模拟接口电路)， 起到将模拟和数字信号相互转换的作用。在计算机的普及应用中, 如何将物理世界与计算机联系起来, 信号调制和数据转换电路起着极其重要的作用, 将直接影响到整个系统的品质和性能(另外还需考虑整个电路的屏蔽与干扰措施)。

图6 检测电路功能结构图

5 接触式测头的速度圆跟随算法

速度圆的矢量分解以及向物理驱动轴的分解如图7和图8所示。

图7 速度圆矢量分解图

图8 △ε与测头沿被测表面法向移动关系

1)根据测头的跟随性要求，在测量过程中测头应始终与被测齿面接触，测头的综合变形量应受到严格的约束，即min＜＜max(其中，min是测头允许的最小综合变形量，max是测头允许的最大综合变形量)。

2)测头控制算法就是采取适当的策略，控制测头综合变形量在最小和最大综合允许变形量之间变动，并且使综合变形量为0=(min+max)/2(0为测头测量运动中综合变形量的期望值)。在测量运动过程中，当测头欠压时，要使测头向测量齿面靠近；当测头过压时，要使测头离开被测齿面。

3)测头跟随调节算法的核心是在给定速度的基础上确定合速度的方向，实现合速度向物理驱动轴的分解。

6 结语

MK6110数控拉刀磨床系统是在华中Ⅰ型开放式数控平台上进行二次开发的结果。整个磨床检测系统的设计是一个综合而复杂的工程，需要综合考虑机械结构、电气结构、软硬件的嵌入模式以及匹配方式等技术和要求。