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      摘要：本文針對(duì)刀具加工領(lǐng)域現(xiàn)有工具磨床穩(wěn)定性及剛性不足、加工干涉及操作不便等問(wèn)題設(shè)計(jì)一種新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床。
 
 
      關(guān)鍵詞：刀具加工   五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床
 
 
      1、引言

      在金屬加工領(lǐng)域，整體硬質(zhì)合金刀具與各種數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀具逐漸取代普通高速鋼刀具和焊接硬質(zhì)合金刀具。相比普通高速鋼刀具，整體硬質(zhì)合金刀具的特點(diǎn)是：硬度高、脆性大、工作曲面形狀復(fù)雜，采用傳統(tǒng)加工方法難以滿(mǎn)足要求，一般采用數(shù)控工具磨床加工。

      五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床主要針對(duì)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(lèi)切削刀具進(jìn)行復(fù)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(guò)程中，如何保持設(shè)備的穩(wěn)定性，尤其是在設(shè)備使用較長(zhǎng)時(shí)間后，從而保證加工的刀具產(chǎn)品的精度和穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)制造此類(lèi)設(shè)備需要考慮的關(guān)鍵要素之一。另外，目前現(xiàn)有工具磨床大多只有一個(gè)加工軸頭，在研磨一些形狀復(fù)雜的刀具產(chǎn)品時(shí)，需要在加工軸頭上安裝7~8個(gè)砂輪，或者更多。這樣，在研磨過(guò)程中，容易產(chǎn)生干涉，無(wú)法加工出需要的刀具產(chǎn)品，或者在加工過(guò)程中需要停止磨床，在加工軸頭上更換砂輪，重新設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，再加工出需要的形狀，操作較麻煩。

      本文針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床。

      2、新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      圖1 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
 
 
      其中：1—基座；2—加工座；3—加工軸頭；4—工件移載機(jī)構(gòu)；41—X軸移動(dòng)架；42—Y軸移動(dòng)架；43—Z軸移動(dòng)架；5—工件裝載部；6—噴琳機(jī)構(gòu)。

      如圖1所示，加工座2沿著鉛錘軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在基座1上，加工軸頭3轉(zhuǎn)動(dòng)連接在加工座2上且軸心線(xiàn)水平，加工軸頭3至少有兩個(gè)，分別用于安裝加工工具從而對(duì)安裝在加工件裝載部5上的加工件進(jìn)行研磨，兩加工軸頭的軸心線(xiàn)相重合或平行，其動(dòng)力機(jī)構(gòu)與程序控制機(jī)構(gòu)相連。工件移載機(jī)構(gòu)4設(shè)置在基座1上，是一種三坐標(biāo)工作臺(tái)，包括沿X軸滑動(dòng)設(shè)置在基座1上的X軸移動(dòng)架41、沿Y軸滑動(dòng)設(shè)置在X軸移動(dòng)架41上的Y軸移動(dòng)架42、沿Z軸滑動(dòng)設(shè)置在Y軸移動(dòng)架42上的Z軸移動(dòng)架43以及相應(yīng)的移載動(dòng)力機(jī)構(gòu)。工件裝載部5固定在Z軸移動(dòng)架43上，在Z軸移動(dòng)架43上設(shè)置有研磨工件時(shí)對(duì)工件進(jìn)行噴淋的噴淋機(jī)構(gòu)6。

   
      3、新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床特點(diǎn)

   
      （1）大理石基座。大理石經(jīng)長(zhǎng)期天然時(shí)效，組織結(jié)構(gòu)均勻，線(xiàn)脹系數(shù)極小，內(nèi)應(yīng)力完全消失，不變形，剛性好，硬度高，耐磨性強(qiáng)，溫度變形小。用大理石做磨床基座，相對(duì)目前大多數(shù)鑄鐵基座，提高了磨床的加工精度及穩(wěn)定性。

  
      （2）三坐標(biāo)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)。實(shí)踐表明，工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)布局對(duì)機(jī)床的穩(wěn)定性有重要影響。目前，工具磨床的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)主要有如下四種：一、傳統(tǒng)的萬(wàn)能工具磨床工作臺(tái)，工作臺(tái)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，圓周方向可做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和分度運(yùn)動(dòng)，磨頭可做水平擺動(dòng)和垂直擺動(dòng)；二、磨頭平動(dòng)工件擺動(dòng)方案，磨頭沿兩方向（縱向、垂向）直線(xiàn)移動(dòng)，工作臺(tái)做橫向移動(dòng)，分度運(yùn)動(dòng)及工件轉(zhuǎn)動(dòng)；三、立式工作臺(tái)方案，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)外置，工件回轉(zhuǎn)，磨頭做橫向、縱向及垂向移動(dòng)；四、三坐標(biāo)工作臺(tái)方案，工件在三坐標(biāo)工作臺(tái)上做橫向、縱向及垂向移動(dòng)，同時(shí)由獨(dú)立動(dòng)力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)，磨頭回轉(zhuǎn)。其中，三坐標(biāo)工作臺(tái)方案由于其更好的穩(wěn)定性和剛性被本設(shè)計(jì)采納。數(shù)控工具磨床集粗、精加工于一體，三坐標(biāo)工作臺(tái)能夠承受粗加工時(shí)大吃刀量、大走刀量的最大切削力，同時(shí)又保證精加工時(shí)的高精度。當(dāng)加工軸頭3上的加工工具砂輪對(duì)工件裝載部5上的工件進(jìn)行研磨時(shí)，加工座2相對(duì)基座1繞鉛垂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，加工件在工件移載機(jī)構(gòu)4的作用下實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸三維方向的移動(dòng)。
 
 
      （3）兩個(gè)加工軸頭。兩個(gè)加工軸頭相對(duì)設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)座的兩側(cè)部，軸心線(xiàn)重合，單獨(dú)控制加工軸頭轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)與程序控制機(jī)構(gòu)相連接，通過(guò)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)控制。兩個(gè)加工軸頭分別用來(lái)安裝加工工具（砂輪），從而對(duì)安裝在工件裝載部上的工件進(jìn)行研磨，避免較多加工工具過(guò)于集中。加工時(shí)，程序控制機(jī)構(gòu)控制轉(zhuǎn)動(dòng)加工座，驅(qū)動(dòng)合適的加工軸頭上的砂輪對(duì)加工件進(jìn)行研磨。由于具有兩個(gè)加工軸頭，從而使得每個(gè)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(guò)程中，噴淋機(jī)構(gòu)6對(duì)工件進(jìn)行噴淋，起到清潔、潤(rùn)滑、降溫的效果。圖2所示為本設(shè)計(jì)工具磨床作業(yè)圖。
 
 

       圖2 新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床作業(yè)圖

     
      4、結(jié)束語(yǔ)

      冠億精密工業(yè)（昆山）有限公司作為一家座落于江蘇省昆山市的高新技術(shù)企業(yè)，長(zhǎng)期致力于精密工具、非標(biāo)機(jī)及相關(guān)專(zhuān)用設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，本新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床已投入生產(chǎn)使用，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品精度高，倍受客戶(hù)的青睞。

   
      參考文獻(xiàn)：

      【1】喬順成，竇曉牧. 5軸數(shù)控刀具磨床的結(jié)構(gòu)分析. 數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)家論壇. 2015.
      【2】李凌祥. 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床的研發(fā). 金屬加工，冷加工. 2014（20）：46-48.
      【3】崔建昆，范灝，奚偉辰，盧強(qiáng)，張立陽(yáng). 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2011（4）：209-211.

      作者簡(jiǎn)介：
   
      李朝欽：男，中國(guó)臺(tái)灣籍，1971年2月生，現(xiàn)任冠億精密工業(yè)（昆山）有限公司總經(jīng)理。
      康進(jìn)昌：男，中國(guó)臺(tái)灣籍，1969年10月生，現(xiàn)任冠億精密工業(yè)（昆山）有限公司副總經(jīng)理。