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      摘要: 針對國內(nèi)生產(chǎn)型數(shù)控工具磨床整體剛性差、國外中高檔數(shù)控機床價格高和不能磨削非標(biāo)件等問題，結(jié)合龍門式立柱機床的高剛性和工具磨床的運動特點，開發(fā)一種龍門式數(shù)控工具磨床。該機床整體剛性好，磨削效率高，適用性強，可磨削各種刀具及非標(biāo)工件。
  
    

     目前，國內(nèi)數(shù)控工具磨床生產(chǎn)廠家都是在手動工具磨床基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品的升級換代，實現(xiàn)數(shù)控化改造產(chǎn)品。這些數(shù)控工具磨床的整體剛性不高，一般只能用于磨削量不大的修磨或生產(chǎn)批量不大的場合。而新開發(fā)的數(shù)控工具磨床均采用單立柱結(jié)構(gòu)，用于批量生產(chǎn)時，也存在機床整體剛性差的缺點。國外用于生產(chǎn)的中高檔數(shù)控機床，技術(shù)相對成熟，機床精度高、速度高、剛性高，數(shù)控頭架也因工作臺短回轉(zhuǎn)方便，但這類機床只能磨削標(biāo)準(zhǔn)型的螺旋刀具和球頭刀具，無法磨削非標(biāo)零件或需要尾架等附件磨削的刀具和零件 。

      1 、龍門式數(shù)控工具磨床的開發(fā)設(shè)計

   
      1. 1 整體結(jié)構(gòu)
 
 
      通過分析對比，自主研發(fā)一種立柱采用整體式龍門結(jié)構(gòu)的數(shù)控工具磨床，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該機床由床座7、龍門立柱4、橫梁2、工作臺滑座8、工作臺面6、頭架5、尾架9、磨頭滑座1、磨頭座3、磨頭10、數(shù)控系統(tǒng)以及電氣柜等零部件組成，是在經(jīng)典結(jié)構(gòu)MA6025 手動萬能工具磨床主要參數(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的，保留了原機床以下功能: (1) 磨頭和頭架的水平面和垂直面回轉(zhuǎn)運動; (2) 磨削非標(biāo)準(zhǔn)工件。

       
                圖1 龍門式數(shù)控工具磨床結(jié)構(gòu)

      龍門式數(shù)控工具磨床主要克服了現(xiàn)有生產(chǎn)型工具磨床整體剛性差、磨頭功率小、轉(zhuǎn)速低、操作空間受立柱限制等諸多缺點，側(cè)重于生產(chǎn)型。其主要結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在:

      (1) 立柱采用整體式龍門結(jié)構(gòu)。
      (2) 整體式龍門立柱4 用螺釘固定在床座7 上。
      (3) 左右移動的磨頭座1 通過導(dǎo)軌、絲杠與上下移動的橫梁2 相連，橫梁2 通過雙滾珠絲杠和直線滑塊與龍門式立柱4 相連，磨頭滑座1 通過滾珠絲杠和直線滑塊與橫梁2相          連，通過T 型槽安裝在磨頭滑座1的磨頭座3 可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)，通過軸承、定位及鎖緊機構(gòu)連接在磨頭座下方磨頭10 可在水平面回轉(zhuǎn)。
      (4) 工作臺6 通過滾珠絲杠和直線滑塊與工作臺滑座8 相連，并且工作臺的長向與橫梁2 運動方向平行。
      (5) 工作臺臺面尺寸930 mm × 300 mm，工作臺6 上配備有數(shù)控頭架5 和尾架9 等機床附件。
      (6) 電氣柜安裝在機床后面。
      (7) 數(shù)控系統(tǒng)采用FAGOＲ 或SINUMEＲIK 系統(tǒng)。

      1. 2 功能實現(xiàn)

      該機床目前采用FAGOＲ8055 四軸四聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)(根據(jù)用戶需要也可以配置其他數(shù)控系統(tǒng))，其中3 個直線(上下、左右、前后方向) 數(shù)控軸，1 個回轉(zhuǎn)(工作臺頭架) 數(shù)控軸，還有4 個輔助手動動作，實現(xiàn)不同種類刀具切削刃的前角、后角及溝槽的磨削。

      具體運動方案如下:

     (1) 橫梁2 在龍門立柱4 上采用直線導(dǎo)軌塊，通過雙伺服電機驅(qū)動雙滾珠絲杠，在立柱上同步上下運動;
     (2) 磨頭座3 在橫梁經(jīng)過滾動導(dǎo)軌，由伺服電機帶動滾珠絲杠使磨頭座3 在橫梁2 左右運動及磨頭座3 在水平面和垂直面的調(diào)整運動。
     (3) 工作臺6 由伺服電機帶動滾珠絲杠通過直線滑塊在床座7 作前后運動，數(shù)控頭架5 通過伺服電機控制其回轉(zhuǎn)運動。
     (4) 磨頭10 采用高速和大功率的電主軸。
     (5) 工作臺6 經(jīng)過滾動導(dǎo)軌，由伺服電機帶動滾珠絲杠通過直線滑塊在床座7 上作前后運動。

      1. 3 技術(shù)方案

     首先設(shè)計四軸四聯(lián)動的數(shù)控機床，即工作臺的前后運動、橫梁的上下運動、磨頭座的左右運動及工作臺上頭架的回轉(zhuǎn)運動為伺服控制，磨頭和頭架在水平面和垂直面內(nèi)的回轉(zhuǎn)運動為手動調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，通過配備必要的機床附件( 頭架和尾架)，實現(xiàn)螺旋刀具螺旋刃的前角、后角、溝槽及刀具刃在平面內(nèi)的直線、圓弧插補磨削等功能，也可以磨
削非標(biāo)工件。在機床的工作臺或磨頭座上，還可再增加一個回轉(zhuǎn)數(shù)控軸，成為五軸五聯(lián)動的數(shù)控工具機床，以進(jìn)一步擴(kuò)大機床的使用功能。

  
      1. 4 機床性能及優(yōu)勢

     龍門式立柱與床座固定連接，橫梁與立柱、立柱與磨頭座滑板、工作臺與床座之間通過高強度的直線導(dǎo)軌塊和滾珠絲杠連接，使得機床整體剛性提高; 高精度的直線導(dǎo)軌塊、滾珠絲杠和橫梁雙伺服電機帶動雙滾珠絲杠同步運動，保證了機床高精度的穩(wěn)定性; 龍門式立柱結(jié)構(gòu)及磨頭座左右運動和上下進(jìn)給運動布置在機床橫梁上，這些工件進(jìn)給到磨頭下方時不受立柱的干涉; 工作臺僅一個前后運動，使工作臺簡潔，有效操作空間大; 工作臺臺面的長向與磨頭左右運動的導(dǎo)軌平行布置，把傳統(tǒng)龍門式機床的短向行程變?yōu)楣ぞ吣ゴ驳拈L向行程，機床結(jié)構(gòu)更加緊湊。以上性能特點顯示了該機床的競爭優(yōu)勢:

     (1) 與國內(nèi)現(xiàn)有修磨型數(shù)控工具磨床比較，剛性強，精度高，冷卻好，磨削質(zhì)量好，在批量生產(chǎn)型企業(yè)，其最大優(yōu)點是磨削效率高。
     (2) 與國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)型數(shù)控工具磨床比較，功能強大，適應(yīng)性強，操作方便。
     (3) 與國外同類數(shù)控機床比較，價格低，只是國外同類產(chǎn)品價格的1 /3 左右，性價比高。
     (4) 從功能上看，四軸四聯(lián)動龍門式數(shù)控工具磨床和國外一些先進(jìn)的五軸或六軸數(shù)控工具磨床機床功能相當(dāng)，且可以磨削非標(biāo)工件。

     2 、存在問題及改進(jìn)

    研發(fā)成功的一臺龍門式數(shù)控工具磨床樣機，目前已銷售到北京航空材料研究所，并在該機床上完成了拉力試件表面的縱向磨削，得到用戶的好評; 經(jīng)后續(xù)生產(chǎn)驗證，機床整體剛性好，精度穩(wěn)定，操作空間大。但在樣機的制造過程和使用過程中，發(fā)現(xiàn)還存在問題，主要有:

     (1) 龍門式整體立柱鑄造工藝性不好，鑄件成品率不高，需要改進(jìn)試件，重新制作木模。
     (2) 樣機的數(shù)控頭架借用半封閉防護(hù)的MKA6025 × 3 數(shù)控工具磨床的數(shù)控頭架，其裝夾工件方式不適合全封閉防護(hù)的MKA6032 × 4 龍門式數(shù)控工具磨床，需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計
     (3) 樣機的防護(hù)罩是頂部開口結(jié)構(gòu)，不適合于高壓冷卻工件的MKA6032 × 4 龍門式數(shù)控工具磨床，需要重新設(shè)計成全封閉防護(hù)罩殼。
     (4) 機加零件的關(guān)鍵零件必須增加工裝設(shè)備。
     (5) 由于該機床的結(jié)構(gòu)是一個全新的結(jié)構(gòu)，廠內(nèi)裝配工藝不夠成熟，需要進(jìn)一步完善。

     3 、結(jié)論

     龍門式數(shù)控工具磨床將龍門式機床的剛性和工具磨床的靈活性結(jié)合起來，形成一種整體剛性好，磨頭功率大，磨削精度高，有效操作空間大，通用性強，操作方便，可以磨削金屬切削刀具、木工刀具，又能磨削非標(biāo)的金屬切削刀具、木工刀具，既能滿足刀具修磨，又能滿足刀具生產(chǎn)的龍門式數(shù)控工具磨床。