工具磨床創(chuàng)新結(jié)構(gòu)—龍門式數(shù)控工具磨床

蔡美富 王曉雄

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽 712000)

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，我國(guó)一些老牌專業(yè)工具磨床廠家在原有的手動(dòng)工具磨床上進(jìn)行了數(shù)控化的改造，這些產(chǎn)品屬于中低檔產(chǎn)品，機(jī)床的整體剛性不高，多用于磨削量不大的修磨或生產(chǎn)場(chǎng)合。數(shù)控工具磨床產(chǎn)品具備以下特點(diǎn):

1)單立柱、磨頭擺動(dòng)類磨床

(1)在澳大利亞昂科(ANCA)GX7 型工具磨床中采用了固定式單立柱，磨頭在立柱上只做水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，夾持工件的頭架作上下運(yùn)動(dòng)。

(2)在德國(guó)薩克公司(SAACKE)生產(chǎn)的 UWⅡ CNC 5 A 型數(shù)控工具磨床、UW ⅡA CNC 6A型數(shù)控工具磨床及舒特公司(Alfred H.Schutte)產(chǎn) 的WU405 型五軸數(shù)控工具磨床中，立柱采用圓形導(dǎo)軌作上下運(yùn)動(dòng)，可在滑臺(tái)上作前后運(yùn)動(dòng)，磨頭在立柱頂端上可作水平擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

(3)在德國(guó)舒特公司(Alfred H.Schutte)生產(chǎn)的WU305 型五軸數(shù)控工具磨床中，磨頭在矩型立柱上通過直線導(dǎo)軌作上下運(yùn)動(dòng)及在滑臺(tái)上作前后運(yùn)動(dòng)，磨頭在立柱前方上可作水平擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

2)單立柱、頭架擺動(dòng)類磨床

單立柱、頭架擺動(dòng)類的機(jī)床如日本生產(chǎn)的CNJ2-30、TG-50型五軸數(shù)控工具磨床，意大利戈騎(CUOGHI)生產(chǎn)的 OCTOPUS100 型七軸數(shù)控工具磨床，都是以立柱帶動(dòng)磨頭作上下運(yùn)動(dòng)，立柱可在滑板上作前后運(yùn)動(dòng)，頭架可作自身轉(zhuǎn)動(dòng)及水平擺動(dòng)并在工作臺(tái)上左右運(yùn)動(dòng)。

3)立柱及磨頭擺動(dòng)類機(jī)床

立柱及磨頭擺動(dòng)類的機(jī)床如AWEMAT2001CNC 5-Axis和HAWEMAT3000CNC 5-Axis 系德國(guó)制造的五軸數(shù)控工具磨床，其中磨頭跟隨立柱一起擺動(dòng)，并可作上下運(yùn)動(dòng)，頭架除了可以自身轉(zhuǎn)動(dòng)外，還能在十字工作臺(tái)上作前后及左右運(yùn)動(dòng)。

4)龍門式立柱工具磨床

在2010年北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展出的澳大利亞昂科(ANCA)MX7型工具磨床，是立柱為一個(gè)不規(guī)則龍門式結(jié)構(gòu)的磨床，磨頭可在立柱中間下方水平擺動(dòng)，頭架可在十字滑臺(tái)上作上下運(yùn)動(dòng)。值得一提是由德國(guó)生產(chǎn)的 WALTER 磨床又稱為龍門式立柱機(jī)，其立柱呈半圓形，磨頭可在立柱上上下及左右運(yùn)動(dòng)，頭架可在工作臺(tái)上擺動(dòng)并作前后運(yùn)動(dòng)。

從國(guó)內(nèi)外數(shù)控工具磨床的現(xiàn)狀來看，國(guó)內(nèi)數(shù)控工具磨床還處在初級(jí)模仿階段，屬于中高檔的數(shù)控工具磨床不多，高檔成熟的產(chǎn)品幾乎沒有。國(guó)外的數(shù)控工具磨床相對(duì)成熟，其精度、速度和剛性都比較高，功能比較齊全，代表了當(dāng)今數(shù)控工具磨床的發(fā)展趨勢(shì)。

2 龍門式數(shù)控工具磨床關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新之處

針對(duì)市場(chǎng)用戶的需求，研制開發(fā)一種磨床整體剛性好、磨頭功率大、磨削精度高、有效操作空間大、通用性強(qiáng)和操作方便，能磨削金屬切削刀具、木工刀具、非標(biāo)金屬切削刀具及非標(biāo)零件的龍門式 4 軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控工具磨床?；趯?duì)以上磨床特性的要求，研制出了一種創(chuàng)新型磨床結(jié)構(gòu)—龍門式數(shù)控工具磨床，該磨床滿足了刀具生產(chǎn)的需要。

1)關(guān)鍵技術(shù)

在龍門式數(shù)控工具磨床中有4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):

(1)立柱采用整體式的龍門結(jié)構(gòu)。

(2)橫梁在立柱上采用直線導(dǎo)軌塊,由雙伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠并帶動(dòng)橫梁上下作同步運(yùn)動(dòng)。

(3)在橫梁上采用了滾動(dòng)導(dǎo)軌，由伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠使磨頭座在橫梁上作左右運(yùn)動(dòng)，在水平面和垂直面上進(jìn)行移動(dòng)調(diào)整距離的。

(4)磨頭選用了高速和大功率的電主軸。

2)創(chuàng)新之處

(1)立柱采用了整體式的龍門結(jié)構(gòu)。

(2)橫梁通過雙伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙滾珠絲杠作同步上下運(yùn)動(dòng)。

(3)把磨頭座的左右、上下的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)布置在磨床的橫梁上。

(4)工作臺(tái)臺(tái)面的長(zhǎng)向與磨頭左右運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌平行。

將以上4個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)組合在一起之后，可明顯地顯示出該磨床的優(yōu)勢(shì)。磨床底座與龍門式立柱固定連接在一起，橫梁與立柱、立柱與磨頭座的滑板、工作臺(tái)與床座之間通過高強(qiáng)度的直線導(dǎo)軌塊和滾珠絲杠連接，磨床的整體剛性強(qiáng)；由高精度的直線導(dǎo)軌塊、滾珠絲杠和雙伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙滾珠絲杠作同步運(yùn)動(dòng)，保證了磨床精度的穩(wěn)定性；龍門式的立柱及磨頭座的左右運(yùn)動(dòng)和上下的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，均布置在磨床的橫梁上，工作臺(tái)上的工件進(jìn)給到磨頭的下方時(shí)，不受結(jié)構(gòu)(立柱)的干涉；工作臺(tái)僅作前后運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)面簡(jiǎn)潔，操作空間大；由于是將工作臺(tái)臺(tái)面的長(zhǎng)向與磨頭左右運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌進(jìn)行平行布置，使磨床的結(jié)構(gòu)和加工空間更加緊湊、合理。

3)結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)兩年的設(shè)計(jì)與試制，陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)院成功地生產(chǎn)出了3臺(tái)龍門式數(shù)控工具磨床(MKA6032×4 型數(shù)控萬能工具磨床)并交付用戶使用，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MKA6032×4型數(shù)控萬能工具磨床結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語

龍門式工具磨床主要優(yōu)勢(shì)在于:磨床的整體剛性強(qiáng)，磨頭可在水平面、垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，工件活動(dòng)空間大。但也存在一些短處:裝配工藝復(fù)雜，立柱龍門精度相對(duì)于磨床來說有一定的差距，橫梁承受的重量有點(diǎn)偏大。以上方面將在今后的工作中進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，并希望同行們提出寶貴的意見，共同促進(jìn)工具磨床的新發(fā)展。