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         摘 要 ： 以模塊化設(shè)計的經(jīng)濟型數(shù)控機床是一種可持續(xù)發(fā)展方式，用磨床的主要部件，在普通外圓磨床上開發(fā)一種經(jīng)濟型數(shù)控端面外圓磨床。根據(jù)端面外圓的兩種加工方式，將床身后頂面設(shè)計成墊板正、斜均可安裝；砂輪架為上下分體式可轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)；工作臺及砂輪架平、V 導(dǎo)軌參數(shù)與普通外圓磨床相同，使工作臺、墊板、頭架、尾架均可通用，提高產(chǎn)品的模塊化程度，又降低開發(fā)成本及縮短研發(fā)周期；兩軸進給系統(tǒng)考慮絲杠受熱變形因素采用一端固定一端鉸支方式；數(shù)控系統(tǒng)采用國產(chǎn)開通數(shù)控系統(tǒng) SEC500。
 
       關(guān)鍵詞 ： 經(jīng)濟型    數(shù)控端面外圓磨床    模塊化設(shè)計
 
       經(jīng)濟型數(shù)控端面外圓磨床在制造成本及加工精度上比數(shù)控的端面外圓磨床低。但這種配備低端的數(shù)控端面外圓磨床對加工精度要求相對偏低的用戶來講，即減少設(shè)備投資成本，又可實現(xiàn)一人多機，減少人工成本。對制造設(shè)計單位來講，從現(xiàn)有產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行拓展開發(fā)，也有利于提高產(chǎn)品的模塊化，減少設(shè)計及制造成本，縮短試造周期。
 
      Φ200 系列經(jīng)濟型數(shù)控端面外圓磨床開發(fā)可在Φ200 系列普通外圓磨床的基礎(chǔ)上進行拓展開發(fā)。磨床主要構(gòu)件為床身、砂輪架、頭架、尾架、兩軸進給系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)。
 
       1 、床身
   
      因加工方式不同，床身重新設(shè)計。但床身總體布局和前床身平、V 導(dǎo)軌參數(shù)仍沿用普通外圓磨床，使工作臺、頭架、尾架部件均可相互通用。端面外圓磨床的進給方式可分為：斜頭直進和斜頭斜進[1]，如圖 1、2 所示。兼顧兩種進給方式進行設(shè)計時，后床身整體偏左且安裝平面設(shè)計成斜、直兩種墊板都可安裝，回水槽設(shè)計成后置式，如圖 3 所示，冷卻水從兩側(cè)及后方回流到后床身右側(cè)再流回冷卻液箱。這種外露式回水槽相比較在后床身中間的過橋水槽清理更方便，不會因磨屑沉積造成回水不暢。因數(shù)控磨床的液壓結(jié)構(gòu)簡單，只需在床身后側(cè)裝一個電動稀油潤滑泵對絲杠及工作臺進行潤滑，因此床身設(shè)計時在床身內(nèi)腔的上層設(shè)計潤滑油回油區(qū)，下腔在保證床身的靜、動剛度的前提下作開放式設(shè)計。床身內(nèi)腔不設(shè)油池，可避免傳統(tǒng)磨床那樣當油泵開啟時，由于液壓部件發(fā)熱導(dǎo)致油溫高，從而使床身受熱變形，引起平、V 導(dǎo)軌的幾何精度變化。
 

     
      圖 1 斜頭直進示意圖
  
     
      圖 2 斜頭斜進示意圖
  
     
      圖 3 回水槽示意圖
 
      2 、砂輪架
     
      數(shù)控端面外圓磨床的砂輪架可借用 Φ200 系列萬能外圓磨床，此種砂輪架結(jié)構(gòu)為上下兩層，中間有定位柱和滑槽，如圖 4 所示。
  
     
      圖4 砂輪架分層結(jié)構(gòu)
   
      通過上下兩部分相對轉(zhuǎn)動一定角度，就可以實現(xiàn)斜、直兩種進給方式，如圖 5、圖 6 所示。砂輪架主軸系統(tǒng)有“軸瓦式動壓”和“動-靜壓軸承”結(jié)構(gòu)。采用軸瓦式軸承只要將原體殼加工成左右對稱，砂輪架主軸因兩端螺紋旋轉(zhuǎn)方向不同需重新設(shè)計，如圖 7、圖 8 所示。砂輪架電機只要出線方向相反，電機參數(shù)相同就可以了。這樣制造成本小，試制周期短。如改為動-靜壓軸承，因產(chǎn)品庫中無結(jié)構(gòu)可借用，需要重新設(shè)計，制造成本與周期也相應(yīng)增加。但因為這種結(jié)構(gòu)綜合了動壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點，在其內(nèi)部等距分布了四個對稱的油腔，油腔深度為0.02~0.04 mm，四周為節(jié)流邊，它和軸頸之間保持適當?shù)拈g隙，一般為 0.02~0.04 mm，在低速時依靠壓力油產(chǎn)生承載油膜，故靜壓力效應(yīng)較大；在高速時能產(chǎn)生較大的附加承載油膜，動壓效應(yīng)較大；所以軸承精度比軸瓦式高[2]。
 

      圖 5 斜軸斜進進給方式示意圖
    
     
      圖6 斜軸直進進給方式示意圖
  
     
     圖 7 普通外圓磨床的砂輪架示意圖
  
    
     圖 8 端面外圓磨床的砂輪架示意圖
   
     3 X、Z 軸進給系統(tǒng)
 
     X、Z 軸進給系統(tǒng)的設(shè)計主要考慮：傳動方式、支承方式、絲杠參數(shù)。X、Z 兩軸傳動方式為滾珠絲杠副+伺服電機控制。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠組成的機械元件，是傳統(tǒng)螺紋絲杠的進一步延伸發(fā)展。
 
    滾珠絲杠的支承和支承方式關(guān)系到絲杠副的剛度，所以一般縱向滾珠絲杠的支承方式可采用左端深溝球軸承鉸支承，右端兩對角接觸球軸承固定支承,這樣保證絲杠發(fā)熱變形時可向左側(cè)遠離砂輪方向延伸；橫向滾珠絲杠因為在磨削時一直承受很大的橫向力，所以前后均采用角接觸球軸承支承以提高剛度，支承方式采用前端固定后端鉸支，保證絲
杠發(fā)熱變形時可向后延伸，這樣可使主軸熱變形影響減至最小限度[3]。
 
     絲杠設(shè)計參數(shù)主要是底徑及導(dǎo)程，可根據(jù)同類產(chǎn)品進行預(yù)選后驗的方式進行設(shè)計。以 X 軸選絲杠設(shè)計為例，先根據(jù)普通磨床的絲桿預(yù)估選定 X 軸絲杠型號為 FFZD3205-5；支承方式采用前端游動，后端固定；固定端軸承型號 7305AC，游動端軸承型號 6305。砂輪架預(yù)估總成重量 W 為 3 420 N，砂輪架最大行程 Lmax 為 269 mm，砂輪架滾動導(dǎo)軌的
摩擦因數(shù)μ為0.1，快速進給速度vmax設(shè)為2 m/min，X軸向切削力Px約為500 N，反向差值設(shè)定10 μm，重復(fù)定位精度設(shè)定 6 μm，然后進行驗證。
 
     3.1 滾珠絲杠副的底徑 d2校核估算滾珠絲杠副的底徑：
  
    
  
     3.2 傳動系統(tǒng)剛度驗算
 
     滾珠絲杠副的最小拉壓剛度：
  
    

     滾珠絲杠副滾珠與滾道的接觸剛度：
  
     
  
     3.3 驗算臨界轉(zhuǎn)速 
  
    
  
      
  
 
       結(jié)語
   
      隨著制造業(yè) 新一輪的轉(zhuǎn)型升級，從全球提倡綠色制造的大方向下，在滿足用戶加工要求的前提下，模塊化設(shè)計的經(jīng)濟型數(shù)控機床對用戶和制造商都是一種可持續(xù)發(fā)展的方式。