螺旋齒刀具的數控刃磨系統的研究（一）

螺旋齒刀具是指切削刃為螺旋線形的切削刀具，如圓柱形銑刀、立銑刀及螺旋槽鉸刀等。這類刀具的刃磨一般是在工具磨床上藉助附件由工藝操作人員手工完成，根據火花判斷砂輪與刀齒接觸與否，憑手感掌握背吃刀量，而且一個刀齒必須一次刃磨完成。因此，對操作者要求較高，且難以保證刃磨質量，刃磨效率也不高。筆者對螺旋齒刀具的數控刃磨方法進行了研究，並據此設計了一種小型經濟型數控工具磨床，從而可解決未知參數螺旋齒刀具的數控刃磨問題。

2數控工具磨床的傳動系統

數控工具磨床機械部分的傳動系統圖中，Y、Z軸為工作台橫、縱向運動；X軸為磨頭升降運動；C軸為刀具(工件)旋轉運動。通過手動可以調整磨頭繞X軸轉動；砂輪及刀具的上仰、下俯；刀具變速箱在水平面內轉動。

3控制系統硬體結構

控制系統硬體結構以單片機8031為CPU，通過其P2口的低7位和P0口外擴32KBEPROM27256存放系統程序，P2口的低3位和P0口外擴2KBRAM6116存放數據，P2口的高五位用於地址解碼，用以選通LED顯示電路、介面晶元(8155、8255)、數據存儲器(6116)和鎖存器(273)，P1口接步進電動機手動控制電路，步進電動機驅動脈衝信號由P0口輸出經鎖存器(273)送至步進電動機驅動器；8255的PA口接系統程序的啟動、暫停按鈕和工作方式(參數輸入方式、測量方式、對刀方式及自動方式)轉換開關，PB口用於刀具螺旋齒測量信號和其它輔助功能信號輸入，PC口用於輸出輔助功能信號；8155的PA口和PC口分別接鍵盤的行線和列線，PB口接刃磨刀具種類選擇開關。

4螺旋齒幾何參數測量

數控刃磨時，需確定刀具軸向進給與周向進給之間的對應關係，由於生產中，螺旋齒刀具的螺旋角β和導程戶一般都是未知的，所以在刃磨前，需測出螺旋齒的有關參數。為此，將螺旋齒展開成一條直線。設軸向進給長度(包括磨人長度l1、刀刃長度l2及磨出長度ll)為l，則與其對應的周向進給弧長(包括磨人弧長s1、刀刃弧長s2及磨出弧長s3)為s0，為確定弧長s，可先測一段螺旋線的幾何參數，再根據相似三角形，求出弧長。

為此，刃磨前，在磨頭上裝一測量頭，測量頭的測量電路與刀具一起組成閉合迴路。測量時，在測量方式下，利用手動功能，首先使測量頭與刀齒接觸，然後使刀具直線移動或轉動，測量頭相對於刀具的運動軌跡中的1或2，這時控制系統自動記錄下刀具直線移動步數Z1和轉動步數C1，且根據Z軸的脈衝當量將由操作面板輸入的進給長度/轉換成步進電動機轉動步數Ze，利用已測得的Z1、C1的幾何關係，求出C軸轉動步數Ce，以(Ze、Ce)為直線的終點坐標，由刀具直線移動和轉動作兩軸聯動直線插補。