摘要：本文針對刀具加工領域現有工具磨床穩定性及剛性不足、加工干涉及操作不便等問題設計一種新型五軸聯動數控工具磨床。
關鍵詞：刀具加工 五軸聯動數控工具磨床
1、引言
在金屬加工領域，整體硬質合金刀具與各種數控可轉位刀具逐漸取代普通高速鋼刀具和焊接硬質合金刀具。相比普通高速鋼刀具，整體硬質合金刀具的特點是：硬度高、脆性大、工作曲面形狀復雜，采用傳統加工方法難以滿足要求，一般采用數控工具磨床加工。
五軸聯動數控工具磨床主要針對球頭立銑刀、圓弧刃立銑刀、直角頭立銑刀、錐形立銑刀、鉸刀、端銑刀等各類切削刀具進行復雜工作曲面的研磨加工。由于研磨的刀具本身剛性較高，因而，在研磨過程中，如何保持設備的穩定性，尤其是在設備使用較長時間后，從而保證加工的刀具產品的精度和穩定性是設計制造此類設備需要考慮的關鍵要素之一。另外，目前現有工具磨床大多只有一個加工軸頭，在研磨一些形狀復雜的刀具產品時，需要在加工軸頭上安裝7~8個砂輪，或者更多。這樣，在研磨過程中，容易產生干涉，無法加工出需要的刀具產品，或者在加工過程中需要停止磨床，在加工軸頭上更換砂輪，重新設定相應參數，再加工出需要的形狀，操作較麻煩。
本文針對以上問題，設計一種新型五軸聯動數控工具磨床。
2、新型五軸聯動數控工具磨床結構設計
圖1 五軸聯動數控工具磨床內部結構示意圖
其中：1—基座；2—加工座；3—加工軸頭；4—工件移載機構；41—X軸移動架；42—Y軸移動架；43—Z軸移動架；5—工件裝載部；6—噴琳機構。
如圖1所示，加工座2沿著鉛錘軸轉動連接在基座1上，加工軸頭3轉動連接在加工座2上且軸心線水平，加工軸頭3至少有兩個，分別用于安裝加工工具從而對安裝在加工件裝載部5上的加工件進行研磨，兩加工軸頭的軸心線相重合或平行，其動力機構與程序控制機構相連。工件移載機構4設置在基座1上，是一種三坐標工作臺，包括沿X軸滑動設置在基座1上的X軸移動架41、沿Y軸滑動設置在X軸移動架41上的Y軸移動架42、沿Z軸滑動設置在Y軸移動架42上的Z軸移動架43以及相應的移載動力機構。工件裝載部5固定在Z軸移動架43上，在Z軸移動架43上設置有研磨工件時對工件進行噴淋的噴淋機構6。
3、新型五軸聯動數控工具磨床特點
（1）大理石基座。大理石經長期天然時效，組織結構均勻，線脹系數極小，內應力完全消失，不變形，剛性好，硬度高，耐磨性強，溫度變形小。用大理石做磨床基座，相對目前大多數鑄鐵基座，提高了磨床的加工精度及穩定性。
（2）三坐標工作臺結構。實踐表明，工作臺的結構布局對機床的穩定性有重要影響。目前，工具磨床的工作臺結構主要有如下四種：一、傳統的萬能工具磨床工作臺，工作臺做直線運動，圓周方向可做進給運動和分度運動，磨頭可做水平擺動和垂直擺動；二、磨頭平動工件擺動方案，磨頭沿兩方向（縱向、垂向）直線移動，工作臺做橫向移動，分度運動及工件轉動；三、立式工作臺方案，回轉工作臺外置，工件回轉，磨頭做橫向、縱向及垂向移動；四、三坐標工作臺方案，工件在三坐標工作臺上做橫向、縱向及垂向移動，同時由獨立動力機構帶動工件回轉，磨頭回轉。其中，三坐標工作臺方案由于其更好的穩定性和剛性被本設計采納。數控工具磨床集粗、精加工于一體，三坐標工作臺能夠承受粗加工時大吃刀量、大走刀量的最大切削力，同時又保證精加工時的高精度。當加工軸頭3上的加工工具砂輪對工件裝載部5上的工件進行研磨時，加工座2相對基座1繞鉛垂軸轉動，同時，加工件在工件移載機構4的作用下實現X、Y、Z軸三維方向的移動。
（3）兩個加工軸頭。兩個加工軸頭相對設置于轉動座的兩側部，軸心線重合，單獨控制加工軸頭轉動的動力機構與程序控制機構相連接，通過電機的正反轉來驅動控制。兩個加工軸頭分別用來安裝加工工具（砂輪），從而對安裝在工件裝載部上的工件進行研磨，避免較多加工工具過于集中。加工時，程序控制機構控制轉動加工座，驅動合適的加工軸頭上的砂輪對加工件進行研磨。由于具有兩個加工軸頭，從而使得每個加工軸頭上砂輪與砂輪之間的距離增大，避免干涉，加工方便。
另外，在加工過程中，噴淋機構6對工件進行噴淋，起到清潔、潤滑、降溫的效果。圖2所示為本設計工具磨床作業圖。
圖2 新型五軸聯動數控工具磨床作業圖
4、結束語
冠億精密工業（昆山）有限公司作為一家座落于江蘇省昆山市的高新技術企業，長期致力于精密工具、非標機及相關專用設備的研發和生產，本新型五軸聯動數控工具磨床已投入生產使用，生產出來的產品精度高，倍受客戶的青睞。
參考文獻：
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【3】崔建昆，范灝，奚偉辰，盧強，張立陽. 五軸聯動數控工具磨床工作臺運動方案與結構設計. 機械工程與自動化. 2011（4）：209-211.
作者簡介：
李朝欽：男，中國臺灣籍，1971年2月生，現任冠億精密工業（昆山）有限公司總經理。
康進昌：男，中國臺灣籍，1969年10月生，現任冠億精密工業（昆山）有限公司副總經理。
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