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借助附件由工藝操作人員手工完成，根據(jù)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(zhì)量，刃磨效率也不高。筆者對螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨方法進(jìn)行了研究，并據(jù)此設(shè)計了一種小型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控工具磨床，從而可解決未知參數(shù)螺旋齒刀具的數(shù)控刃磨問題。

    數(shù)控工具磨床的傳動系統(tǒng)

    數(shù)控工具磨床機(jī)械部分的傳動系統(tǒng)圖中，Y、Z軸為工作臺橫、縱向運動；X軸為磨頭升降運動；C軸為刀具(工件)旋轉(zhuǎn)運動。通過手動可以調(diào)整磨頭繞X軸轉(zhuǎn)動；砂輪及刀具的上仰、下俯；刀具變速箱在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。

    控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

    控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以單片機(jī)8031為CPU，通過其P2口的低7位和P0口外擴(kuò)32KBEPROM27256存放系統(tǒng)程序，P2口的低3位和P0口外擴(kuò)2KBRAM6116存放數(shù)據(jù)，P2口的高五位用于地址譯碼，用以選通LED顯示電路、接口芯片(8155、8255)、數(shù)據(jù)存儲器(6116)和鎖存器(273)，P1口接步進(jìn)電動機(jī)手動控制電路，步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動脈沖信號由P0口輸出經(jīng)鎖存器(273)送至步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器；8255的PA口接系統(tǒng)程序的啟動、暫停按鈕和工作方式(參數(shù)輸入方式、測量方式、對刀方式及自動方式)轉(zhuǎn)換開關(guān)，PB口用于刀具螺旋齒測量信號和其它輔助功能信號輸入，PC口用于輸出輔助功能信號；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(guān)。

    螺旋齒幾何參數(shù)測量

    數(shù)控刃磨時，需確定刀具軸向進(jìn)給與周向進(jìn)給之間的對應(yīng)關(guān)系，由于生產(chǎn)中，螺旋齒刀具的螺旋角β和導(dǎo)程戶一般都是未知的，所以在刃磨前，需測出螺旋齒的有關(guān)參數(shù)。為此，將螺旋齒展開成一條直線。設(shè)軸向進(jìn)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(yīng)的周向進(jìn)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(shù)，再根據(jù)相似三角形，求出弧長。

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    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回路。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，然后使刀具直線移動或轉(zhuǎn)動，測量頭相對于刀具的運動軌跡中的1或2，這時控制系統(tǒng)自動記錄下刀具直線移動步數(shù)Z1和轉(zhuǎn)動步數(shù)C1，且根據(jù)Z軸的脈沖當(dāng)量將由操作面板輸入的進(jìn)給長度/轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動步數(shù)Ze，利用已測得的Z1、C1的幾何關(guān)系，求出C軸轉(zhuǎn)動步數(shù)Ce，以(Ze、Ce)為直線的終點坐標(biāo)，由刀具直線移動和轉(zhuǎn)動作兩軸聯(lián)動直線插補(bǔ)。

    為防止C向的測量超程誤差(因刀齒與測量頭之間距離不足一個脈沖當(dāng)量產(chǎn)生的，該誤差小于一個脈沖當(dāng)量)影響螺旋線導(dǎo)程精度，一方面應(yīng)盡可能減小步進(jìn)電動機(jī)每步刀具轉(zhuǎn)過的弧長當(dāng)量δ。選用步距角較小的步進(jìn)電動機(jī)，刃磨較大直徑刀具時用小的傳動比可以減小δ值。另一方面，增大Z向測量長度也可減小C向超程誤差對螺旋線導(dǎo)程精度的影響。