滚刀铲磨用砂轮零编程数控修整方法

≮ 并 ＝ — Ｚ
占
ｙ＝
，●－Ｊ、【 Ｚ ＝ Ａ九Ｏ 。｝
由上述可知，滚刀螺旋面和砂轮回转面既然在接 触线处相切，那么在接触线上滚刀和砂轮截面就有公 共的法线，而且砂轮回转面任意一点的法线都要通过
砂轮轴线，因此滚刀螺旋面上通过砂轮轴线的点就是 接触线上的点。
滚刀螺旋面法线方程为：
竺竺：２，二上：尘三…………………………ｆ４１
ｒｉｎｇ咖ｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｆｌｏｗ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄ ｈａｖｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｈｏｂ ｒｅｌｉｅｖｉｎｇ
ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ；ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ；ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ
３ 结语
采用本砂轮零编程数控系统的砂轮修整器，已成 功应用于某工具厂滚刀铲磨砂轮修整中，砂轮修整的 表面质量与形状精度均能满足企业要求，因此本文所 提方法是可行的。
图３砂轮修整零编程数控系统及其控制流程
２．１砂轮截形的生成 砂轮修整零编程数控系统调用专家知识库中的
ＣＡＤ知识库子系统，并运用ＡｕｔｏＣＡＤ ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ技 术，对剃前滚刀图样进行智能分析，自动得到剃前滚 刀加工相关参数（如滚刀的类型、精度等级、模数、压 力角、螺旋升角、旋向、槽数、头数、容削槽螺旋角和容 削槽导程等），系统根据加工精度要求，对砂轮截形进 行离散、插值，得到剃前滚刀砂轮修整截形关键节点， 自动计算出砂轮截形。 ２．２砂轮修整控制程序的生成
在滚刀铲磨加工中，砂轮截形对滚刀加工精度影 响很大，由于砂轮磨粒会出现磨损、破碎和脱落，造成 砂轮的磨粒钝化、表面堵塞和截形失真等不良现象， 如果不实时修整砂轮，磨削效率将显著下降，工件形 状误差变大而磨削精度降低，工件表面粗糙度值增大 等…。因此，成形砂轮的修整对保证成形磨削加工质 量具有决定性影响。
、
’
忍ｊ
忍ｙ
凡：
式中：他、～、他为对应方向的法矢量。
（Ａ—ｙ）（！学）＋ｚ＋殖ａｎ占：０………（５） 联立式（３）、式（４），并消去二７得：
Ｊ‘ｙ
点在一螺旋面上的充要条件是：
ｎ，茗一ｎ；Ｙ＝ｐｎ：………………………………（６） 将式（６）代人式（５）中可得：
肌，＋Ａｃｏｔｓｎ，＋（Ａ—Ｙ＋ｐｃｏｔ占）ｎ：＝０………（７） 式中：ＪＤ为滚刀螺旋导程；茗、几Ｚ以及‰、乃，、凡：都是关 于螺旋面参数口、口’的函数。
的优化方法［Ｊ］．金刚石与磨料磨具工程，１９９９，６ （１１４）：２１—２４． ［４］ 张宏强，顾超宁．数控金刚石滚轮修整装置的设计 ［Ｊ］．制造技术与机床，２００５（５）：５６—５７． ［５］ 李治平．成型砂轮修整方法［Ｊ］．工具技术，１９９０ （７）：８—９． ［６］ 四川Ｉ省机械工业局．复杂刀具设计手册［Ｍ］．北京： 机械工业出版社．１９７９． ［７］ Ｃｈｏｉ Ｂ Ｋ，Ｊａｎ ｃ Ｓ．Ｂａｌｌ．ｅｎｄ Ｃｕｔｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ａｖｏｉｄ－ ａｎｃｅ ｉｎ ＮＣ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ Ｓｃｕｌｐｔｕｒｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍ— ｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ，１９８９，２１（６）：３７１—３７８． ［８］Ｋｕａｎｇ Ｘ Ｍ，Ｚｈａｏ Ｗ Ｘ，Ｗａｎｇ Ｘ Ｂ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｄｒｅｓｓ— ｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｉｌ Ｓａｕｃｅｒ Ｒｅｓｉｎ Ｂｏｎｄ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｗｈｅｅｌ ［Ｊ］．Ｋｅｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００４（２５９—２６０）：
一亍 ＞ ．厂 、、。
于Ｌ ．、＞ ‘＼． ）ｔ Ｘ’ Ｍ， ，Ｘ，
图２砂轮修整所需轴向截形
２砂轮修整数控系统及其控制流程
在砂轮修整零编程数控系统中，ＣＮＣ系统包括 ＣＮＣ控制软件系统、驱动控制系统、反馈系统、存储系 统和人机接口；专家知识库中集成了ＣＡＤ知识库子系 统和ＣＡＭ知识库子系统。以剃前滚刀为例介绍整个 零编程系统的控制流程如图３所示。
砂轮修整模型如图１所示，建立滚刀坐标系０． ＸＹＺ，Ｚ轴与滚刀轴线重合，建立砂轮坐标系Ｏ＇－Ｘ７ｙ ｚ’，ｚ’轴与砂轮轴线重合，ｒ轴与ｙ轴重合，但方向相 反。滚刀轴线与砂轮轴线夹角为占，两轴线垂直，最短 距离为Ａ。
Ｚ
图１砂轮修整梗型
将滚刀坐标系变换到砂轮坐标系则有：
ｒ戈＝一戈ｃｏｓｓ—ｚｓｌｎ占
ＪＹ’＝Ａ—Ｙ
数控加工技术
现代制造工程２００９年第８期
滚刀铲磨用砂轮零编程数控修整方法‘
廖达明，李国龙 （重庆大学制造工程研究所，重庆４０００３０）
摘要：提出一种滚刀铲磨用砂轮零编程数控修整方法，分析砂轮修整原理，得到砂轮修整数学模型。在此基础上，给出砂 轮修整零编程数控系统总体构成及其控制流程，并在滚刀铲磨车床上进行实际应用。
ｌ 滚刀铲磨用砂轮修整原理
进行滚刀铲磨用砂轮的修整，首先应得到被铲磨 滚刀刀刃的刀形，即滚刀的轴向截形‘５｜，这是砂轮轮
·国家十一五科技支撑计划项目（２００６ＢＡＦ０２Ａ２０）
４７
万方数据
现代制造工程２００９年第８期
数控加工技术
廓计算的数学基础。 滚刀铲磨时，滚刀相对砂轮做螺旋运动，即滚刀
绕自身轴线旋转一周，同时沿轴向方向前进一个螺旋 导程的距离，与此同时砂轮高速旋转并进行径向铲背 运动，这样就逐步铲磨出滚刀的侧铲螺旋面。既然滚 刀的侧铲螺旋面是由砂轮回转面加工出来的，那么这 两个表面在相对运动的任意时刻都沿着一条空间曲 线相切，这条空间曲线既在滚刀侧螺旋面上，又在砂 轮回转面上，故称其为接触线。接触线是滚刀螺旋面 和砂轮回转面无瞬心包络而成，当滚刀相对砂轮做螺 旋运动时，接触线就在滚刀上形成螺旋面，当接触线 绕砂轮轴线回转一周时，就形成了砂轮回转面∞Ｊ。
作者简介：廖达明，硕士研究生．主要研究方向：复杂刀具的成形磨 削技术及相关设备开发。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｏｄａｍｉｎｇ＠１６３．ＣＯｍ 收稿日期：２００９＂０３－０５
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……－．…………………·（１）
【ｚ，＝一石ｓｉｎ占＋ｚｃｏｓ８
将砂轮坐标系变换到滚刀坐标系则有：
，ｚ＝一ＸｔＣＯ￥ｅ—ｚｔ￥ｉｎ占
？Ｙ＝Ａ—Ｙ’
ｇｌ ＩＩ．．．．．．．ＩＩＩ
Ｏ（２） Ｏ·Ｏ
【ｚ＝一戈’ｓｉｎ８＋ｚ’Ｃ０５８
则砂轮轴线（ｘ’＝０，Ｙ’＝０，ｚ’≠０）Ｚ ７在滚刀坐标系
中应满足：
４８
万方数据
式（７）是包含变量日、０’的超越方程。求得满足式 （７）的ｐ、ｐ’，代人滚刀螺旋面方程和砂轮坐标系方程，
即得到接触点在砂轮坐标系中的坐标（算’，Ｙ’，ｚ’）。
砂轮回转面任一端截面都是一个圆，如图２所示，
故有：
７
ｆｚ’＝ｚ
ｉＲ，：几万可万……………一‘８’
这样就得到砂轮轴向截面的一系列节点数据。
Ｍ—Ｍ
系统根据所得到的砂轮截形及截形关键节点，调 用ＣＡＭ知识库进行修整加工轨迹规划参数和加工工 艺参数设定，其中砂轮修整加工轨迹规划参数主要 有：砂轮截形选择、剃前滚刀加工参数（模数、齿数、压 力角和变位系数等）、金刚石修整滚轮参数（滚轮直 径、过渡圆弧半径等）；加工工艺参数主要有：加工精 度、砂轮修整余量、一次修整量（即修整滚轮进给量）、 修整滚轮光顺次数、砂轮与金刚石修整滚轮速度比， 以及修整相对方向（顺修或逆修）等。系统会自动生 成剃前滚刀砂轮修形的数控控制程序（ＮＣ代码），并 传递给ＣＮＣ控制系统。 ２．３砂轮修整加工的实现
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮＣ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｆｏｒ ｈｏｂ ｒｅｌｉｅｖｉｎｇ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂａｓｅ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｏｎ ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ＮＣ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｆｏｒ ｈｏｂ ｒｅｌｉｅ·
数控加工技术
现代制造工程２００９年第８期
程序，驱动控制系统控制伺服机构实现相应运动，形 成砂轮修整轨迹；控制电主轴实现金刚石修整轮旋转 运动实现对砂轮的修整加工，将砂轮的轴向截面修形 成所需的形状。ＣＮＣ系统对修整好的砂轮铲磨得到 的剃前滚刀进行检测，并根据铲磨后剃前滚刀的检测 结果，自动修正剃前滚刀在ＣＡＤ知识库子系统中的砂 轮截形数据和截形关键节点，ＣＡＭ知识库子系统根据 修正后的砂轮截形数据和截形关键节点，自动生成数 控控制程序（ＮＣ代码），重新修整砂轮，直至砂轮铲磨 出合格的剃前滚刀。
现有的滚刀铲磨车床（如ＣＷ８９２５Ａ、ＣＷ８９５５） 中，其砂轮修整方式主要利用仿形刀架进行人工修 整，砂轮形状精度低、表面质量较差，对操作工人要求 高，工作效率低。虽然现在也出现了一些磨削控制系 统，但普遍存在功能少、智能化程度低、操作复杂和开 放性不强等缺陷悼＇３ Ｊ，主要表现出如下问题。
１）在系统开放性方面，现有的数控系统，虽然能 通过ＲＳ２３２串口通信进行数控程序传输，但底层操作 者无法处理工件的图形文件，无法识别ＡｕｔｏＣＡＤ等二 维图形文件，一般采用对滚刀的各个形状参数进行定 义、赋值的方法来接受滚刀的形状信息，这就要求操 作者具有较高的技术水平，因此不利于生产效率的提 高和生产规模的扩大。
关中键图词分：类数号控：；ＴＨ零ｌ编６ 程；文铲献磨标；识砂码轮修：整Ｂ文章编号：１６７ｌ—３１３３（２００９）０８删７珈３
ＮＣ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｆｏｒ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ
ＬＩＡＯ Ｄａ－ｍｉｎｇ。ＬＩ Ｇｕｏ—ｌｏｎｇ
（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，ＣＨＮ）
２）在数控编程方面，现有磨削控制系统的数控程 序一般采用手工或离线自动编程方式完成，每一步动 作，操作者都要编写相应的数控程序，编程过程繁琐、 效率低下。同时，现有控制系统也没有自动学习记忆 功能，不能将操作者的经验和技术记忆保留，新的操 作者只能重新开始学习操作，生产耗时长，效率低，质 量稳定性差。另外，现有磨削控制系统也不能根据产 品检测结果自动修正控制程序。
ＣＮＣ控制软件系统，赵波．现代磨削技术［Ｍ］．北京：机械工业出
版社。２００３． ［２］ 李礼夫．三坐标数控磨轮修整器的无累积误差插补
控制方法［Ｊ］．机床与液压，１９９９（３）：２８－２９． ［３］ 李礼夫，刘丰林，邓兴奕．成型磨轮三坐标数控修整
８２—８６．
［９］ Ｍａｌｋｉｎ Ｓ，Ｍｕｒｒａｙ Ｔ．Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ｒｏｔａｒｙ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｗｈｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＭＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，１９７８（１００）：９５—１０２．
３）在磨削加工上下游技术方面，现有系统没有实 现ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＮＣ集成，类似滚刀的零件磨削加工， 专业性强，技术复杂，而离散化的技术流程，导致上下 游相关的技术人员需要频繁交流，且对底层加工人员 提出了非常高的要求。
本文基于零编程的设计思想，将复杂的滚刀铲磨 砂轮修整方法及工艺参数融人数控程序中，实现砂轮 修整的智能化、简单化。