M6420D滚刀刃磨数控分度头机械改造
一：前言
M6420B滚刀刃磨床，是一种高生产效率的通用机床。

它的主要用途是刃磨各种滚刀的前刀面。

用于刃磨直径自50～125mm,长度自50～200mm，槽数为8；9；10；12；18；20的滚刀。

M6420B滚刀刃磨床最大的特点是我公司唯一一台刃磨螺旋滚刀（螺旋滚刀就是滚刀的容屑槽是螺旋型的）的机床。

所以，该机床在刃磨时，被磨滚刀不但具有滚刀的往复运动，滚刀的分度运动，滚刀的圆周进给运
动，还要具有滚刀的沿螺旋线的转动。

由于该机床是七
三年出厂的，随着使用年限增长，汽车产量加大，产品
质量的提高，设备故障不断上升，维修费用居高不下，
严重影响变速箱零件的生产。

同时其它滚刀磨床不能刃
磨螺旋滚刀。

在这种情况下，公司决定对M6420B滚刀刃
磨床实施数控分度机械改造。

二：机床分度头机构工作原理
1：机床概述：如图一
工作台沿床身导轨往复运动。

（由液压来实现的）在工作台的左面安装着分度头，右面安装着尾座。

床身前面左边安装螺旋运动机构；进给机构，右边是液压操纵箱；操纵按钮。

被磨的滚刀固定在芯轴上，然后安装在分度头主轴上，并用尾座顶住。

调整好与磨头的距离。

就可以启动磨头电机，机床液压电机。

手动液压操纵箱手柄，开始刃磨。

2：分度头：
分度头是由分度机构，主轴回转运动机构和滚刀圆周进给机构组成。

分度头的箱体安装在机床的工作台上。

分度头主轴的支承是由两对成双的径向止推轴承所组成。

主轴后端圆锥部分，固定着分度盘。

主轴分度盘的定位由电磁铁驱动的闸齿来实现的。

主轴的分度是由电机通过蜗轮，蜗杆；电磁铁带动的摩擦离合器传动到主轴上的。

3：分度头机构工作原理：如图二
开始刃磨后，分度头带动滚刀随工作台作往复运动。

分度头每作完一次往复运动停止在左边，电磁铁1驱动闸齿2拔出分度盘3，无触点开关4发信号，电磁铁6驱动摩擦离合器7合上，电机8转动开始分度运动。

分度完后，电磁铁6；1回位，闸齿插入分度盘3，无触点开关5发信号，工作台再一次进行往复运动。

当加工螺旋滚刀时，为了使滚刀的螺旋容屑槽前刀面相对于磨头走一条直线，那么，分度头主轴带着滚刀就必须一边随工作台作直线往复运动，一边要作回转运动。

在加工螺旋滚刀前，首先根据滚刀的容屑槽角度转动手轮9调整导轨10角度。

当分度头随工作台往复运动时，滚轮11沿着导轨10爬上爬下带动导杆12上下运动，使连接在导杆12上的链条13带动轮子14转动，通过闸齿2；分度盘3带动分度主轴旋转。

分度头的进给机构就是说当被磨滚刀分度刃磨一周后，滚刀一般并没有磨好，滚刀相对于磨头要进行进刀，继续磨削。

操纵方法是转动手轮15使导轨10向下移动并带动导杆12向下移动，使分度主轴带动被磨滚刀旋转靠近磨头。

每次移动量从0.01到0.05的范围内选取。

三：设备存在的问题：
1：分度使用的电机不合适。

分度电机是三相异步电动机，由于速度快，惯性大及电机的性能，无法控制分度主轴转动一个准确的度数，不能进行正常分度。

2：摩擦离合器故障率高。

由于每刃磨一个滚刀，要分度多次，每次离合器都要离合一次，电磁铁带动杠杆驱动离合器频繁的振动、冲击。

离合器磨损不均，离合器啮合不好。

3：液压系统故障。

由于机床已使用二十多年，液压操纵箱已无法正常工作，工作台的开、停、调速、换向故障率高。

4：分度机构结构设计不合理。

分度机构的蜗轮；蜗杆都没有准确的轴向和径向定位。

电机安装不稳定。

四：改造内容
针对以上情况，我们对分度系统进行机电一体化设计。

将机械装置和数控技术有机的结合起来，构成一个完整系统。

机械机构与数控技术相互促进，展示出新颖的机械结构。

1：间歇拨块机构
首先，我对分度头的传动原理进行改造设计。

尽管在我们传统的机构设计中，当主轴分别要具有多个运动形式时，往往是通过各种各样的离合器进行的。

但是我在考虑用其它形式的离合器用在此分度机构中发现，由于要频繁的启动离合器，故障率高，维修安装不方便。

我决定在分度机构中取消离合器。

经长期研究、试验，我设计一套间歇拨块机构。

该机构不仅可传动分度运动，回转运动，圆周进给运动，而且还可以使这三种运动独立进行，互不干涉，并且可和步进电机准确
的结合。

工作原理如图三。

(1) 分度头主轴分度运动
主轴，蜗杆蜗轮重新设计，具有严密的轴向和径向定位。

蜗轮
是通过一对径向轴承安装在主轴上。

在蜗轮的端面圆周方向安装两个对称的拨块。

在主轴表面圆周对称方向也安装两个拨块。

这样，当步进电机带动蜗杆蜗轮进行分度运动时，蜗轮通过自身上的两个拨块推动主轴上的两个拨块使主轴作分度运动。

（2）分度头主轴回转运动
在说明分度头回转运动前，先看一看主轴分度运动的方向。

由于主轴分度运动的方向可调整为从机床的左端看去是逆时针方向（事实上我公司目前在加工滚刀时都是朝这个方向分度）。

因此，当分度头由工作台带动到左端—开始分度—分度结束后。

分度头开始随工作台向右运行时（此时，螺旋机构的导轨已调整好对应于被磨滚刀的容屑槽角度），由于被刃磨螺旋滚刀是左旋（实际上我公司目前螺旋滚刀都是左旋），所以，分度主轴带动螺旋滚刀的旋转方向从机床的左端看上去也是逆时针。

也就是说：分度头向右运行刃磨滚刀时，分度主轴上的两个拨块正好离开蜗轮上的两个拨块。

所以，当螺旋机构带动分度主轴作回转运动时与原来带动主轴作分度运动的蜗杆；蜗轮；步进电机不干涉。

不干涉运动可设计在主
（就是在圆周360º范围内减去拨块所占的角度范围）。

轴圆周旋转0～300º范围内。

而目前该机床的工作能力（加工两个最大螺旋滚刀容屑槽角度12º31ˊ）只需要60。

即可。

也就是说分度头主轴可独立进行回转运动。

（3）分度头主轴圆周进给运动
我们先看一看分度头圆周进给的方向。

当我们从机床的左端看去，被磨滚刀的前刀面与磨头的位置是：滚刀的前刀面在左，磨头在右。

也就是说分度头主轴圆周进给旋转方向是（从机床左端看去）是顺时针—这样才能使分度主轴带动滚刀顺时针旋转相对于磨头进刀。

由于间歇拨块机构在作分度运动时逆时针（此时蜗轮上的两拨块与分度主轴上的两拨块靠在一起），那么分度主轴顺时针圆周进给时，分度主轴上的两个拨块与蜗轮上的拨块干涉。

我们用步进电机可编程序解决这一问题。

即：当操作工需要圆周进给进刀时，他可按动一按钮，改按钮可控制步进电机分度转动完后再反转一设定值。

这样，蜗轮上的两个拨块就相对于分度主轴上的拨块让开一定位移，这个位移恰恰是圆周进给进刀的量，这个值可通过要求计算得出（对φ60mm滚刀的进给量，进给机构手轮刻度每小格0.01mm。

对其它尺寸的滚刀的进给量是随滚刀直径的大小成比例的增加或减少）。

就是说分度头可独立进行圆周进给运动。

2：液压部分改造
由于该分度机构的设计要求分度主轴与分度蜗轮的相对位置非常严格，特别是加工螺旋滚刀时，工作台换向的位置变化将影响分度主轴与分度蜗轮的位置，将影响分度的准确性，所以对机床的液压系统也进行了改造。

如图三。

目的是让工作台运行机床左端换向时停止。

分度开始—分度完后工作台自动向右运行。

3：电气改造
控制系统采用美国parke公司OEM系列简易数控系统进行开环控制，并且应用三菱FXO－30PLC作为机床电气逻辑控制。

用步距脉冲指令来保证分度的准确性。

实行多品种滚刀程序编制及储存。

用外接拨码开关向PLC内输入刀具选择状况。

实现自动磨削。

4：改造后磨削滚刀工作循环如下：如图三
当被磨滚刀安装好并对好刀后，选择被磨滚刀槽数的拨码开关，启动磨头电机、机床液压电机。

开动液压操纵箱开停阀1。

工作台开始往复运动。

工作台运行到左端停止，无触点开关2发信号，电磁铁3动作拔出闸齿4，无触点开关5发信号步进电机6开始分度，分度完后自动发信号使闸齿4插入分度盘7，无触点开关8发信号使电磁铁9带电，工作台开始向右运行下一循环。

当滚刀磨削一、二周后需要进刀时，按动按钮10，那么步进电机将自动在下一次分度时将反转一定值，操作工在这次分度完后转动手轮11一定值进刀。

被磨滚刀经过数次进刀磨好后，扳动开停阀1停止。

五：改进后效果
1：机床分度头精度的检验
在工作台上打表检查分度头的分度误差，连续分度重复精度均能达到
0.005mm以内。

2：被磨滚刀检查
我们分别检查容屑槽为8；9；10；12；18；20滚刀，被磨滚刀前刀面粗糙度均达到Ra0.4容屑槽分布均匀。

3：经济效益
M6420B滚刀刃磨床系武汉机床厂73出厂的设备，在我厂使用已近三十年，设备老化，大修过多次，设备频临报废，设备残值只有万元，我厂购买一台数控滚刀刃磨床需二十七万元，改造一台设备，费用二万元左右，改造一台可节约设备投资费用二十五万元。

4：设备自动化
用于设备的自动磨削，大大的减轻了操作工人的劳动强度，无故障，受到车间及操作人员的好评。

综合经济效益十分显著。

六：结束语。