試析數(shù)控高精度高速專用磨床的頭架設(shè)計(jì)

韓玲玲

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在近幾年的發(fā)展速度十分顯著，其自身精度高、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)在當(dāng)今社會(huì)很受歡迎，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不僅提高了工作的效率，而且產(chǎn)品的質(zhì)量也有了更高一層的保證。筆者通過(guò)對(duì)數(shù)控高精度高速專用磨床進(jìn)行介紹，提出加強(qiáng)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控；磨床頭架；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，使得我國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，由原來(lái)大部分依靠人工生產(chǎn)到現(xiàn)在的高精度專用磨床頭架的應(yīng)用，無(wú)論是在技術(shù)上還是在效率上都有了很大的進(jìn)步，很多產(chǎn)品已經(jīng)領(lǐng)先于世界的先進(jìn)水平，因此，必須要逐漸加強(qiáng)對(duì)專用磨床頭架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，使其更好地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。

1、數(shù)控高精度高速專用磨床的特點(diǎn)

社會(huì)的不斷發(fā)展對(duì)一些生產(chǎn)技術(shù)上的要求越來(lái)越高，特別是一些工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，由于其生產(chǎn)量比較大，而且施工的難度大，因此提高其生產(chǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)含量就顯得尤為重要，數(shù)控專用磨床的出現(xiàn)很好地適應(yīng)這一社會(huì)需求，其在磨削工作中對(duì)精度和粗糙度的要求更加精確，而且在曲軸和凸輪軸等零件上的應(yīng)用上也存在顯著的優(yōu)勢(shì)。

頭架是磨床的關(guān)鍵部位，它與尾架相組合在使用的過(guò)程中，主要起到支撐、定心、夾持的作用，高精度的磨床頭架在回轉(zhuǎn)精度上準(zhǔn)確性極高，在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中對(duì)于零件的加工處理時(shí)，對(duì)尺寸精度和幾何精度的要求極高，而且磨削的效率也提高了很多，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)專用磨床頭架的分析有著重要的影響。

在磨床頭架系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)的位置在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，其在傳遞運(yùn)動(dòng)和改變運(yùn)動(dòng)方向上有著顯著的功能，而且要想保證磨床頭架的設(shè)計(jì)合理，就要保證頭架系統(tǒng)的穩(wěn)定、尺寸和質(zhì)量上都要符合施工的標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)磨床頭架的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要部分，要保證傳統(tǒng)系統(tǒng)的精度、剛度、耐磨等性能以外，還要盡可能地降低施工的成本，提高施工的工藝，保證后期維護(hù)工作的方便等，因?yàn)槟ゴ差^的精度很高，所以在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也有著很高的要求。

2、數(shù)控高精度高速專用磨床的頭架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的頭架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的都是伺服電動(dòng)機(jī)的形式，在工作的過(guò)程是通過(guò)皮帶來(lái)傳遞動(dòng)力，近而使得工件和主軸系統(tǒng)形成回轉(zhuǎn)，這樣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)力源和工件之間要經(jīng)過(guò)一系列的傳動(dòng)工序，及時(shí)忽略各個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)上的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)皮帶、齒輪、螺母等傳動(dòng)工序后，極大地延誤了其他生產(chǎn)工序的進(jìn)行，因?yàn)樵趥鲃?dòng)的過(guò)程中是依靠摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以工作的效率十分低下，在對(duì)配件進(jìn)行調(diào)試時(shí)也很容易出現(xiàn)誤差，使得整個(gè)系統(tǒng)的定位也存在誤差，綜合協(xié)調(diào)生產(chǎn)非常困難，而且摩擦過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的磨損現(xiàn)象，這就使得一些工件運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)滯后的現(xiàn)象，與正常的工作指令反應(yīng)產(chǎn)生很大的差距。

而且多級(jí)傳動(dòng)鏈在高速工作的狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生巨大的噪音，對(duì)于其他工序的正常進(jìn)行和工件的加工精度都有著嚴(yán)重的影響，噪音過(guò)大對(duì)周圍的環(huán)境也造成了一定的破壞，因?yàn)槠涫且揽磕Σ亮M(jìn)行傳動(dòng)的，所以在傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生一定的磨損，影響機(jī)床正常工作的精度，在長(zhǎng)期磨損的情況下還會(huì)降低正常的使用壽命，增加維修的成本和時(shí)間，近而降低生產(chǎn)的效率。

上述問(wèn)題的癥結(jié)主要產(chǎn)生于傳動(dòng)鏈。機(jī)床數(shù)控化使機(jī)床的傳動(dòng)鏈大為縮短，使問(wèn)題得到一定程度的緩解，如要從根本上解決問(wèn)題，則最好取消從電動(dòng)機(jī)到工作部件之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。H405一AJ的頭架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的解決方法是采用了先進(jìn)的內(nèi)置式力矩電動(dòng)機(jī)，即可使電動(dòng)機(jī)和頭架的工作部件合二為一，從而使傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度等于零，即實(shí)現(xiàn)所謂頭架的“零傳動(dòng)”。這種設(shè)計(jì)的頭架有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）回轉(zhuǎn)精度高，可以直接驅(qū)動(dòng)主軸和工件，省去了機(jī)械傳動(dòng)部件，從根本上消除了機(jī)械傳動(dòng)副本身的傳動(dòng)誤差及傳動(dòng)副本身產(chǎn)生的振動(dòng)。（2）結(jié)構(gòu)緊湊，總體尺寸減小，便于安裝，相同扭矩下體積可以做得更小，具有高剛性、無(wú)摩擦，將受磨損影響的傳動(dòng)部分分?jǐn)偟搅仉妱?dòng)機(jī)中，提高了機(jī)器的可靠性，減少了維護(hù)時(shí)間，降低了成本。（3）具有響應(yīng)快、扭矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、特性線度好、力矩波動(dòng)小和運(yùn)行時(shí)噪音低等特點(diǎn)。

3、數(shù)控高精度高速專用磨床的頭架機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

頭架底部用兩個(gè)弓形壓板固定在上工作臺(tái)的左邊，和工作臺(tái)一起作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。頭架采用了西門(mén)子力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)置于頭架體殼后部，力矩電動(dòng)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子通過(guò)法蘭與頭架主軸一端相連接，頭架主軸通過(guò)前后兩對(duì)精密的角接觸球軸承與體殼內(nèi)側(cè)相連，主軸另一端裝有莫式5號(hào)頂尖，體殼頂部開(kāi)有冷卻液導(dǎo)入孔，用于力矩電動(dòng)機(jī)的冷卻降溫。在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由連接法蘭帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，由撥桿帶動(dòng)裝夾在頭尾架頂尖間的工件旋轉(zhuǎn)，使工件獲得6—430r/min的無(wú)級(jí)變速。在裝上連接件1并卸下頂尖時(shí)，可用卡盤(pán)夾緊帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行磨削加工。由于省去以往電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶副系統(tǒng)，減少因環(huán)節(jié)過(guò)多造成的系統(tǒng)誤差，達(dá)到在電動(dòng)機(jī)的恒力矩作用下的高精度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、提高精度和操作方便，有利于維修和維護(hù)。

4、頭架力矩電動(dòng)機(jī)的特性和選型

大多采用永磁勵(lì)磁，為了滿足大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩及動(dòng)態(tài)性能要求，一般做成扁平式結(jié)構(gòu)，這樣便于將電動(dòng)機(jī)直接套在負(fù)載軸上，提高系統(tǒng)的耦合剛度，使系統(tǒng)反應(yīng)迅速、頻帶展寬、工作穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)定子（由軟磁材料制成的帶槽的圓環(huán)）在槽中嵌入永磁材料作為主磁場(chǎng)源，在氣隙中形成近似正弦分布的磁場(chǎng)。定子采用多對(duì)磁極，電樞選用較多的槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)，以減小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。轉(zhuǎn)子用冷軋鋼片疊成，壓入非導(dǎo)磁材料的金屬支架。為了使電動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不能超過(guò)最大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

5、磨床的關(guān)鍵技術(shù)

磨床的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）磨床采用全新的L型布局，符合人機(jī)工程學(xué)。操作人員在加工零件的時(shí)候，不用直接面對(duì)砂輪，在上、下零件的操作過(guò)程中，體現(xiàn)了安全f口可靠性。

（2）砂輪架的主軸軸承采用了德國(guó)技術(shù)中的整體式動(dòng)靜壓軸承，具備高的回轉(zhuǎn)精度和剛度；采用獨(dú)立的靜壓油箱，使用2號(hào)主軸油配有壓力表開(kāi)關(guān)顯示；配備日本三菱公司的變頻器，實(shí)現(xiàn)45rn/s恒線速磨削。

（3）采用進(jìn)口滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)的定心軸系，提高回轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性能。頭架采用了交流伺服電動(dòng)機(jī)，具有無(wú)級(jí)變速及快速準(zhǔn)停功能。

（4）對(duì)磨床使用的直線導(dǎo)軌的靈敏度進(jìn)行了研究，采用了德國(guó)施耐博格公司的V型直線導(dǎo)軌和THK公司的滾珠絲杠，分別實(shí)現(xiàn)了頭架和砂輪架的兩個(gè)方向的移動(dòng)和對(duì)工件的磨削進(jìn)給動(dòng)作。

（5）對(duì)高精度曲軸偏心外圓磨削的機(jī)制及加工工藝參數(shù)進(jìn)行了研究。

（6）對(duì)采用專用曲軸偏心液壓夾緊工件與氣動(dòng)定位夾具進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

（7）在磨床中采用了三軸數(shù)控系統(tǒng)。

6結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)專用磨床頭的應(yīng)用越來(lái)越多，我們?nèi)粘Ｉ钍褂玫谋?、空調(diào)都離不開(kāi)專用磨床頭的使用，其不僅在技術(shù)上滿足了人們的要求，而且在價(jià)格上更易于接受，相比于一些進(jìn)口的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，更受人們的歡迎，所以必須要加強(qiáng)對(duì)專用磨床頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，使其更好地應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]. 賀衛(wèi)珍.機(jī)床頭架零件的返修[J].工具技術(shù).2011（09）

[2]. 李印齋.直動(dòng)共軛凸輪及多功能數(shù)控磨床頭架的設(shè)計(jì)研究[D].燕山大學(xué).2008