經濟型數控車床加裝電磨頭實現車、磨一體的精密加工

摘 要：隨著社會生產和科學技術的迅速發展，經濟型的數控車床被生產企業廣泛應用，但由于受到機床自身精度、使用刀具和其他因素的影響，經濟型的數控車床只能加工精度不太高的零件。為了能在經濟型數控車床上也能快捷穩定的加工精密零件，本人對經濟型數控車床（使用GSK980TD數控系統）進行了技術改進。通過在經濟型數控車床上加裝電磨頭，能同時完成車、磨一體的精密加工。改進后的經濟型數控車床，也能快捷穩定的加工精密零件。

關鍵詞：經濟型數控車床 電磨頭 車 磨一體 精密加工

中圖分類號：TG580.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-03

當今數控機床技術的發展越來越快，為了適應市場的競爭，提高生產效率。許多中、小企業的生產都廣泛應用了數控技術來提高生產效率及縮短新產品開發周期。但由于高科技、高精密的數控機床在價格、日常管理、維護和保養方面成本都比較高。為了降低投資資金風險，特別是小企業難以承受高成本的設備投入。所以小企業使用經濟型的數控機床較多，但只能滿足加工精度要求不太高的零件。

由于產品的技術要求越來越高，一些高精密的零件、超硬的材料等對經濟型數控機床來講是難以進行加工的。以經濟型數控車床為例，雖然經濟型數控車床加工效率高、加工質量穩定、用途廣泛，能車削各種零件的內外圓柱表面、錐面、球面、曲面、切槽、公英制螺紋、圓錐螺紋等等。但由于機床自身精度和其他因素的影響，經濟型數控車床一般只能滿足加工公差在0.04左右范圍的零件。零件的加工精度再有所提高，加工的效率和產品的合格率就會急劇下降。主要存在的原因有以下幾點。

（1）車床機械結構方面

以半閉環伺服系統為例，數控車床在機械傳動機構存在的誤差主要有：同步帶（聯軸器）的間隙、滾珠絲桿間隙、刀架（四工位刀架）重復定位誤差。這些誤差使傳動終端的X、Z軸重復定位精度在0.01～0.02 mm范圍內，但反映在零件加工尺寸上的誤差就可能更大了。

（2）刀具方面（主要因素）

對于零件批量生產加工，現在大多數工廠都采用加工性能更穩定的機夾刀和機夾刀粒。但從實際加工效果來看，由于機夾刀的刀尖圓角較大，加工時會產生較大的徑向力。此類刀具除了在刀具耐用度上優點突出外，其他方面的性能與手工刃磨的刀具差異不大。特別是在加工細長軸等方面更沒有優勢，不能實現高精密零件的加工，而且刀具成本較高。

（3）其他方面

在數控裝置的插補精度、車床本身的剛性、夾具的剛性、切屑、切削液室溫等等都直接影響到零件加工的精度。

經過以上的分析，考慮到刀具和機床剛性等因素。為了能在經濟型數控車床上也能加工精密零件，但又要減少資金的投入。該文以經濟型數控車床（使用GSK980TD數控系統）為例子，通過在車床上加裝電磨頭，實現車、磨一體的精密通用加工，解決了實際加工中經濟型數控車床也能快捷穩定的加工精密零件的需要。

1 電磨頭的加裝與控制

磨削加工是一種比較精密的金屬切削方法，經過磨削的零件有很高的精度（圓度可達0.0001 mm）和很細表面粗糙度（Ra0.05 μm）。因此在大多數的情況下，它是機床加工的最后一道工序，另外對于一些硬度較高的零件（如零件鍍鉻、淬火后）都是通過磨削來達到零件的技術要求。所以在數控車床上加裝了電磨頭后，不僅能加工高硬度材料的零件，而且加工的穩定性更高，也能加工出技術要求更高的精密零件。

1.1 電磨頭加裝的方案

如圖1所示。

加裝部份分別由底板、磨頭主軸、變速箱、電機等組成，安裝在X軸拖板上。通過車床的X、Z軸控制砂輪的縱、橫向進給，通過加工程序實現指定的磨削加工。安裝要求如下。

①各零件間連接要牢固可靠，防止砂輪高速旋轉時產生振動而造成危險。

②砂輪安裝必須經過平衡校正，并要修磨好切削面。

③砂輪中心高與數控車床主軸中心高要求等高，保證加工零件的尺寸精度容易控制。如圖2所示：h=h1=h2

④砂輪的左端面與四工位刀架上的刀具刀尖盡可能平齊，防止刀具在切削時，砂輪與車床主軸卡盤發生干涉而造成事故。

⑤砂輪最外緣與四工位刀架上的刀具要求有一個合適的距離（根據零件的直徑而定），防止其中一方在切削加工時，另一方與工件或機床發生干涉而影響加工。

⑥電磨頭的電機利用機床輸出信號接口的DOTWJ（尾座進）和M08（冷卻液開）信號來控制，電磨頭電機正轉用（M10），停止用（M09）來控制。原理是：砂輪正轉時冷卻液必須在開啟狀態，當磨削加工結束以后用M09指令關閉冷卻液及磨頭電機。此外，也可以使用機床的擴展輸出指令控制。用DOTWJ和M08控制原理圖如圖3所示。

1.2 砂輪的修整方法

由于砂輪的制造等原因，砂輪在安裝后一般都要求進行修整，以減少磨削過程中產生的振動和保證零件在最后一個工序加工的質量。修整砂輪的過程如圖4所示。

砂輪修整筆可通過專用夾具安裝在尾座上，并按要求與砂輪的軸線保持一定的角度固定好。通過移動X軸調整砂輪筆與砂輪外緣的距離，然后控制Z軸左右移動砂輪來進行砂輪的修整。

1.3 砂輪的對刀方法

由于砂輪安裝在刀架的另一方向，所以對刀時要注意避免誤操作造成碰撞事故。砂輪對刀的原理與四工位中的刀具一致，只是將它當作第五把刀具，并將刀補輸入T00～T04以外的刀補中。對刀時可使用基準刀T0100，然后通過試切的方法，將刀補輸入05號中的X、Z內。調用磨削程序前，在確保換刀點在安全位置的前提下運行T0105，再進行砂輪的定位和磨削。在編寫加工程序時要注意，由于砂輪與四工位刀架位置不同（前刀架與后刀架），所以如圖（5）所示，砂輪的程序應為：G0Z5；X-40；X軸上的數值應為負數與四工位刀架上的刀具相反。

2 應用舉例

如圖6所示零件圖，由于該零件加工精度要求較高，如果要小批量生產，利用經濟型數控車床通過正常的加工方法很難保證其精度要求。但車床在加裝電磨頭后，此類精度的零件加工就比較容易控制。

加工經過砂輪對零件進行了精加工后，零件的尺寸精度、表面粗糙度得到了有效的保證。同時利用一次裝夾就完成了零件的粗加工、半精加工、精加工等所有類型的切削加工，減少了加工輔助時間提高了生產效率。

3 結語

經濟型數控車床通過加裝了電磨頭，車床結合磨床的優越性得到了充分的體現。不僅能更好地控制零件的精度，而且通過修改刀補或程序數據，可以很容易對精密零件的尺寸進行修整達到要求，高硬度的材料也可以通過磨削來加工。通過改變砂輪的形狀還可以對內孔、錐面、螺紋或成形面進行精加工，減少了零件的加工工序，在降低設備投入成本的同時提高了企業的生產效率和加工范圍。

參考文獻

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