高精度球面的数控磨削加工

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1、万方数据高精度球面的数控磨削加工黄宏伟，陈相志，余英良(漯河职业技术学院，河南漯河462002)摘要：通过对石油输送管道用大型球体的数控磨削加工，阐述普通磨床的数控改造，应用数控系统的直线指令，将被控坐标两直线运动的联动运动，转换为两旋转运动的联动运行，实现了等速旋转运行的球面数控磨削；巧用数控系统的圆弧指令，将被控两坐标的联动运行，转换为两旋转运动的变速联动运行，很好的解决了因球面各截面旋转时切削线速度不同而造成的球面表面粗糙度不一致的加工缺陷，实现了变速旋转运行的球面数控磨削。利用数控技术的优越性，实现了对

2、砂轮磨损的瞬时自动补偿。关键词：球体磨削；机床改造；数控磨削加工；数控变速旋转磨削；参数转换中图分类号：TG659文献标识码：B文章编号：1009-0134(2006)06—0054一04受机床结构限制，普通磨床不能磨削如图1所示的球体类零件。此大型球体为广泛应用于天燃气、石油管道以及化工类企业毒酸废气流通管道的大型球阀的核心零件。本文介绍数控改造普通磨床，应用数控技术磨酎大型球体的原理与具体应用。1球体成型的运动条件和加工条件如图1所示，实现球体绕xj轴即自身轴线旋转的同时亦绕z庶轴旋转；具备上述两相互垂直翟

3、丝缓霪纨的旋转运动，即可满足球体零件加工的运动成形要求；在上十一一一斋一⋯}x述基础上，另外控制高速旋转的砂轮，沿Y轴方向上进行球体‰琵笏荔彩径向的直线进给，即可满足球心r体零件所需的加工条件。图I球体示意图2普通磨床的数控改造数控改造采用SINUMERIK802S数控系统，在MQ3150E普通磨床上进行，如图2所示。把装夹固定球体零件的工装芯轴，通过双顶尖联接在前支座和后尾座上，第一台步进电动机(x向)联接控制前支座中的主轴顶尖，用来实现球体零件沿自身轴线的旋转运动；并将前支座和后尾座固定在圆盘工作台的中心线

4、上(两顶尖连线与圆盘工作台的旋转中心重合)，第二台步进电动机(z向)联接控制圆盘工作台的输入蜗杆，用来实现前支座和后尾座以及球体零件在水平面上的旋转。图2球体磨削专用数控装置。在装夹固定球体零件的工装芯轴上，用两锥堵装于球体零件的两端，每端分别用双螺母紧固，芯轴装于前支座和后尾座后，通过调整来找正球体零件的球心与圆盘工作台的中心线重合；待找正球心后，用外螺母锁紧并固定球体零件，即可保证球体零件与圆盘工作台的同心。用鸡心夹连接(装夹球体零件的)芯轴与(前支座)顶尖。上述相互垂直的旋转运动，能够满足球体零件的成型运

5、动；再将此装置固定在MQ3150E磨床的工作台面上．用第三台步进电动机(Y向)联接控制磨床砂轮头架运行的进给丝杠，用来控制实现磨床砂轮头架的进给运行，由此实现了普通磨床磨削球体零件的专用数控改造。SINUMERIK802S数控系统具有多坐标联动的功能，当控制X、Z坐标方向上的运动联动运行时，即：控制装夹球体的工装芯轴及球体零件以较快的速度进行旋转运行，同时控制圆盘工作台以较慢的收稿日期：2005—05—25；修回日期：2006．02—23’作者简介：黄宏伟(1969一)，男，河南漯河人，漯河职业技术学院副教授、

6、硕士，研究方向为机械制造技术、数控技术研究与实际应用等。1541第28卷第6期2006-06万方数据速度作转动运行；Y向坐标的单动运行，用来调整球体加工的径向进给，因此实现了球面的数控磨削加工。3球体(等速旋转和匀变速旋转)的数控磨削原理在数控磨削球体中，应用斜线指令，当给定X向z向不同长度的位移值时，可以控制x、z坐标方向上的运动以不同的速度等速旋转运行。由上可知，在应用直线指令进行的数控加工中，球体零件的自转是等速旋转运行的。由于球体表面w、T两点(参见图1)所在球体回转圆的截面直径不同，所以在加工中，球体

7、零件两点处的自转线速度必定不等量，并因此使得磨削后的球体表面粗糙度不一致。消除这一缺陷的根本措施，在于球体实现变速旋转或球体实现匀变速旋转运动，由此来实现球体自转时线速度恒定的自动变化。应用圆弧指令磨削球体，可以使这一问题得到圆满解决。在数控系统中，控制圆弧轨迹的运行，采用的是逐点比较插补法。逐点比较插补法的方法是控制一个坐标方向每运行位移一步，都与给定轨迹的曲线坐标进行一次比较，从而决定下一步的运行方向，并以折线来逼近圆弧轨迹，走一步，比较一次，当两坐标均如此控制运行时，从而完成圆弧轨迹的插补运行。圆弧轨迹插

8、补运行的误差为步进控制精度。本次改造中此坐标向的步进控制精度为0．005mm。由插补原理分析可知；在圆弧轨迹运行中(参见图3)，若从B点运行至A点，按数控加工的控制方式，将其分解为两个坐标方向的运动。可以看出；X向在A点处无位移，而在B点处位移最大；x向运动的运行长度在各点处各不相同；因为在圆弧轨迹中的运行速度F为恒定值，所以可以判断出；X向在B点处的位移最大且运行速度最快(即给定运行