五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床

楊　克,　張耀娟，　關(guān)尚軍

(北華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 吉林 吉林　132021)

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五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床

楊克,張耀娟，關(guān)尚軍

(北華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 吉林 吉林132021)

摘要：根據(jù)技術(shù)要求對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床的整體結(jié)構(gòu)、X軸導(dǎo)軌座、X軸滑板座進(jìn)行設(shè)計(jì)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床可以實(shí)現(xiàn)對(duì)球頭立銑刀等多種硬度高、刃形復(fù)雜刀具的磨削加工，且一次裝夾完成所有的精加工。

關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng); 數(shù)控磨床; 工具

0引言

隨著我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)的不斷發(fā)展，普通的數(shù)控工具磨床已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)制造行業(yè)的需求。這是由于所要加工出的產(chǎn)品的形狀越來越復(fù)雜,精度要求越來越高，而普通的數(shù)控工具磨床已經(jīng)無法加工出所需要的復(fù)雜刃形以及高精度的刀具[1]。自主研發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床主要對(duì)球頭立銑刀、圓弧刃立銑刀、直角頭立銑刀、錐形立銑刀、鉸刀等各種切削刀具進(jìn)行磨削加工，且一次裝夾就能夠高效地完成所有的精加工，在提高刀具刃形和精度的同時(shí)，又提高了加工效率。

1五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床整體設(shè)計(jì)

自主研發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床采用臥式工作臺(tái)[2]，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床主要由Y軸伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、伺服電機(jī)座、緩沖塊、Y軸滾珠絲杠、C軸工件轉(zhuǎn)臺(tái)、B軸轉(zhuǎn)臺(tái)、磨頭主軸單元、主軸機(jī)、伺服電機(jī)座、Z軸伺服電機(jī)、同步帶、X軸滑板、床身等零部件組成。可以實(shí)現(xiàn)磨床在X、Y、Z三軸的直線運(yùn)動(dòng)以及在B、C兩軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖1　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床整體機(jī)構(gòu)主視圖

該五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床具體參數(shù)見表1。

表1　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床參數(shù)

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床三維模型如圖2所示。

磨頭安裝在Z軸機(jī)構(gòu)平臺(tái)上，Z軸機(jī)構(gòu)安裝在X軸機(jī)構(gòu)平臺(tái)上，加工時(shí)，砂輪可實(shí)現(xiàn)X軸、Z軸移動(dòng)。工件裝在夾頭上，夾頭固定在B軸機(jī)構(gòu)上，B軸機(jī)構(gòu)固定在C軸機(jī)構(gòu)上，C軸機(jī)構(gòu)固定在Y軸機(jī)構(gòu)上。工件既可以繞B軸的軸線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又可以做Y軸直線運(yùn)動(dòng)，還可以隨支撐臺(tái)C軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，上述設(shè)計(jì)增加了磨頭主軸剛性的同時(shí)，又提高了工件的定位精度，進(jìn)而提高了機(jī)床的性能和使用壽命[3-4]。該五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床能實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成所有切削面的粗、精加工，工作臺(tái)能滿足多片砂輪同時(shí)加工以及自動(dòng)換刀的要求，工作臺(tái)既能承受粗磨時(shí)產(chǎn)生的大磨削力，又能保證精加工時(shí)的高精度。

圖2　五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床三維結(jié)構(gòu)圖

2X軸導(dǎo)軌座與滑板座設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌座與滑板座是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床的重要機(jī)構(gòu)[5-7]。X軸導(dǎo)軌座與滑板座的結(jié)構(gòu)除了會(huì)影響X軸的運(yùn)動(dòng)精度，同時(shí)由于Z軸導(dǎo)軌安裝在X軸滑板座上，所以X軸導(dǎo)軌座與滑板座的結(jié)構(gòu)還會(huì)影響到Z軸的運(yùn)動(dòng)精度，為了保證X軸與Z軸的運(yùn)動(dòng)精度，在傳動(dòng)方面采用單獨(dú)的伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠連接，利用相關(guān)控制程序驅(qū)動(dòng)X軸與Z軸沿著高精度直線導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)[8-9]。自主研發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床X軸導(dǎo)軌座與滑板座結(jié)構(gòu)示意圖如圖3和圖4所示。

(a) 主視圖

(b) 俯視圖

(c) 左視圖

3技術(shù)要求

自主研發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床除了在設(shè)計(jì)上要滿足一定的要求，磨床各零部件在加工、安裝時(shí)也要滿足一定的要求。

1)X、Y、Z各軸重復(fù)定位精度為0.005mm,反向偏差為0.005mm，定位精度為0.008mm。

2)各軸的垂直度要求為0.01mm，兩條平行滑軌平行度應(yīng)保證在0.005mm以內(nèi)。

3)各軸的直線度要求為0.005mm，安裝時(shí)要做激光干涉實(shí)驗(yàn)。

4)各絲桿要求適當(dāng)預(yù)緊，拉伸量為0.005mm。

5)機(jī)床鑄件應(yīng)平整光滑，壁厚均勻。

6)主軸需要做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。

7)機(jī)床應(yīng)按圖樣和裝配工藝規(guī)程進(jìn)行裝配,裝配到機(jī)床上的零部件均應(yīng)符合質(zhì)量要求。

8)裝配環(huán)境應(yīng)清潔,精度要求高的部件裝配環(huán)境應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。

9)裝配時(shí)的零部件應(yīng)清理干凈,在裝配過程中,加工件不應(yīng)被碰、劃傷和銹蝕,加工件的配合面及接觸面不應(yīng)有修銼和打磨等痕跡。

10)裝配后的螺栓、螺釘頭部和螺母的端面應(yīng)與被緊固的零件平面均勻接觸,不應(yīng)傾斜和留有間隙。裝配在同一部位的螺釘,其長度一般應(yīng)一致。緊固的螺釘、螺栓和螺母不應(yīng)有松動(dòng)現(xiàn)象,影響精度的螺釘緊固力應(yīng)一致。

11)直線導(dǎo)軌安裝時(shí)應(yīng)使用制動(dòng)膠。

(a) 主視圖

(b) 俯視圖

4結(jié)語

自主研發(fā)的五軸數(shù)控工具磨床可以對(duì)球頭立銑刀、直角頭立銑刀、錐形立銑刀等多種復(fù)雜刃形的刀具進(jìn)行磨削加工，且一次裝夾就能夠高效地完成所有精加工，在提高刀具刃形和精度的同時(shí)，又提高了加工效率，彌補(bǔ)了國內(nèi)高精度、復(fù)雜刃形刀具加工的空白。

參考文獻(xiàn)：

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A five-axis CNC tool grinder

YANG Ke,ZHANG Yaojuan,GUAN Shangjun

(College of Mechanical Engineering, Beihua University, Jilin 132021, China)

Abstract：According to the technical requirement, the structure, x-axis guide rail seat and sliding plate seat of a five-axis CNC tool grinder are designed. With only one fixture, the grinder can grind blade-shaped complex tool with high hardness such as ball mills.

Key words：five-axis; CNC grinder; tool.

收稿日期：2016-01-24

基金項(xiàng)目：吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2015159)

作者簡介：楊克(1965-)，女，漢族，吉林吉林人，北華大學(xué)副教授，主要從事機(jī)械制造及其自動(dòng)化方向研究,E-mail:369061405@qq.com.

DOI:10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.2.03

中圖分類號(hào)：TG 596

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-1374(2016)02-0115-04