摘要: 針對國內生產型數控工具磨床整體剛性差、國外中高檔數控機床（chuáng）價格高和不（bú）能磨削非標（biāo）件等問題，結合龍門式立（lì）柱機床的高剛性和工具磨床的運動特點，開發一種龍門（mén）式數控工具磨床。該機床整體剛性好（hǎo），磨削效率高（gāo），適用性強，可磨削各種刀（dāo）具（jù）及非標工件。
  
    

     目前，國內數控工具磨床生產廠家都是在手動工具磨床基礎上進行產品的升級換代，實（shí）現數控化改造產品。這些數（shù）控（kòng）工具磨（mó）床的整體剛性不高，一般隻能用於磨削量（liàng）不（bú）大的修磨（mó）或生產（chǎn）批量不大的場合。而新開發的數控工具磨床均采用單立柱結構，用（yòng）於批量生產時，也存在機床整體剛性（xìng）差的缺點。國外用於生產的中高檔數控機床，技術相對成熟，機床精度高、速度高、剛性高，數控頭架也因工作台（tái）短回轉方便，但這類機床（chuáng）隻能磨削標準型的螺旋刀具和球（qiú）頭刀具，無法磨削非標零件或需要（yào）尾架等附件磨削的刀具和零件（jiàn） 。

      1 、龍門式數控工（gōng）具磨床的開發（fā）設計

   
      1. 1 整體結構（gòu）
 
 
      通過分析對比，自主研發一種立柱采用整體式龍門結構的數控工具磨（mó）床，其結構如圖（tú）1 所示。該（gāi）機床（chuáng）由床座7、龍門立柱4、橫梁2、工作（zuò）台滑座8、工作台麵6、頭（tóu）架5、尾架9、磨頭滑座1、磨頭座（zuò）3、磨頭10、數控係統以及電氣櫃等（děng）零部（bù）件組成，是在（zài）經典結構MA6025 手動萬能工（gōng）具磨床主要參（cān）數基礎上開發的，保（bǎo）留了原機床以下（xià）功能: (1) 磨頭和頭架的水平麵和垂直麵回轉運動; (2) 磨削非標準工件。

       
                圖1 龍門式數（shù）控工具（jù）磨（mó）床結構

      龍門式數（shù）控（kòng）工具磨床主要克服了現（xiàn）有生產型工具磨床整（zhěng）體剛性差（chà）、磨頭功率（lǜ）小、轉速低、操作空（kōng）間受立柱（zhù）限製等諸多缺點，側重於生產型。其主要結構體現在:

      (1) 立柱采用整體式龍門結構。
      (2) 整體式龍門立柱（zhù）4 用螺釘固定（dìng）在床座7 上。
      (3) 左右移動的磨頭座1 通過導軌、絲杠與上（shàng）下（xià）移動的橫梁2 相連，橫梁2 通過雙滾珠（zhū）絲杠和直線滑塊與龍門式（shì）立柱4 相連，磨頭滑座1 通過滾珠絲杠和直（zhí）線滑塊與橫梁2相          連，通（tōng）過T 型槽安裝在（zài）磨頭滑（huá）座1的磨頭座（zuò）3 可在（zài）垂直麵內（nèi）回（huí）轉，通過軸承、定位及（jí）鎖緊機構連接在磨頭座下（xià）方磨頭10 可在（zài）水平（píng）麵回（huí）轉（zhuǎn）。
      (4) 工作台6 通過（guò）滾珠絲杠和直線（xiàn）滑塊與（yǔ）工作台滑座8 相連，並且工作（zuò）台的長向與橫梁2 運動方向平行。
      (5) 工作台台麵尺寸930 mm × 300 mm，工作台6 上配備有數控頭架5 和尾架9 等機床（chuáng）附件。
      (6) 電氣櫃（guì）安裝在機床後麵。
      (7) 數（shù）控係統采用FAGOＲ 或（huò）SINUMEＲIK 係統。

      1. 2 功能實現

      該（gāi）機床目前采用FAGOＲ8055 四軸（zhóu）四聯動的數控係（xì）統(根據用戶（hù）需（xū）要也可以配（pèi）置其他數控（kòng）係統)，其中3 個（gè）直線（xiàn）(上下、左右、前後方向) 數控軸，1 個回轉(工（gōng）作台頭架（jià）) 數控軸，還有4 個輔助手動動作，實現不同種類刀具切削刃的（de）前角、後角及溝槽的磨削。

      具體運動方案如下（xià）:

     (1) 橫梁2 在（zài）龍門立柱4 上采用直線導（dǎo）軌塊，通過雙伺服電機驅動雙滾珠絲杠，在立柱上（shàng）同步（bù）上下運動;
     (2) 磨頭座3 在橫梁經過滾動導軌，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（tóu）座3 在水平（píng）麵和垂（chuí）直（zhí）麵的調整運動。
     (3) 工（gōng）作台6 由伺服電機帶動滾珠絲杠通過直線滑塊在床座7 作前後運動，數控頭架（jià）5 通過（guò）伺服（fú）電機控製其回轉（zhuǎn）運動。
     (4) 磨頭10 采用高速和大功率的電主軸。
     (5) 工作台6 經過滾動導（dǎo）軌，由伺服電機帶（dài）動滾珠絲杠通過直（zhí）線滑塊在床座7 上作（zuò）前後運動。

      1. 3 技（jì）術方案

     首先設計（jì）四軸四（sì）聯動的數控機床，即工作（zuò）台的前後運動、橫梁的上下運動、磨頭（tóu）座的左右運動及工作台上（shàng）頭架的回轉（zhuǎn）運動為（wéi）伺服控製（zhì），磨（mó）頭和頭架在水平麵和（hé）垂（chuí）直麵內（nèi）的回轉運動為手動調整。在此基礎上，通過配備必要的機床附件( 頭架和尾架)，實現螺旋刀具螺旋刃的前角、後角、溝槽及刀具刃在平麵內的直線、圓弧插補磨削等功能（néng），也可以磨
削非標工件。在機床的工作（zuò）台或磨頭座上，還可再增加一個回轉數控軸，成為五（wǔ）軸五聯動的數控工具（jù）機床，以進一步擴大機床的使用功能。

  
      1. 4 機（jī）床性（xìng）能及優（yōu）勢

     龍門式立柱與（yǔ）床座固定連接，橫梁與立柱、立柱與磨頭座滑板、工作台與床座之間通過高強度的直線導軌塊（kuài）和滾珠絲杠連接，使得機床（chuáng）整體剛（gāng）性提高; 高精度的（de）直線導軌塊、滾（gǔn）珠絲杠和（hé）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定性; 龍門式立（lì）柱結構及磨頭座左右運動和上下進給運動布置在機床橫梁上，這些工件（jiàn）進給到磨頭下（xià）方（fāng）時不受（shòu）立柱的幹涉（shè）; 工作台（tái）僅一個前後運動，使工作台簡潔，有效操作空間（jiān）大; 工作台（tái）台麵的長向與磨頭左右運動的導軌平行布置，把（bǎ）傳統龍門式機床的短（duǎn）向行（háng）程變為工具磨床的長向行程，機床結構更加緊湊。以上性能特點顯示了該機床的競爭優（yōu）勢:

     (1) 與國內現有（yǒu）修磨型數控工具磨床比較，剛性強，精度高，冷卻好，磨削質量好，在批量生產型（xíng）企業，其最大優點是磨削效率高。
     (2) 與國內現有生產型數控工具磨床比較（jiào），功能強大，適應性（xìng）強，操作方（fāng）便。
     (3) 與國外同類數控機床比較，價格低，隻是國外同類產品價格的（de）1 /3 左右，性價比高。
     (4) 從（cóng）功能上看，四軸四聯動龍門（mén）式數控工具（jù）磨床和（hé）國（guó）外一些先進的（de）五軸或六軸數控工具磨床機床功能相當，且可以磨削非標工件。

     2 、存在問（wèn）題及改進

    研發成功的一台龍門式數控（kòng）工具磨床樣機，目前已（yǐ）銷（xiāo）售到北京航空材料研究所，並在該機床（chuáng）上完成了拉力試件表麵的縱（zòng）向磨削，得（dé）到用戶的好評; 經後續生產驗（yàn）證，機床整體剛（gāng）性好，精度穩（wěn）定，操作空間大。但在樣機的製造過程和使用過程中，發現還存在問題，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，需要改進試件，重新製作木模。
     (2) 樣機的數控頭架借用半封閉防護的MKA6025 × 3 數控工（gōng）具磨床的數控（kòng）頭架，其裝夾工件方式不適合（hé）全（quán）封閉防護的MKA6032 × 4 龍門式數控工（gōng）具磨床，需要進行改進設計
     (3) 樣（yàng）機的防護罩是（shì）頂部開口結構，不適合於（yú）高壓冷卻工（gōng）件的MKA6032 × 4 龍門式數控工（gōng）具磨床，需要重新設計成全封閉防護罩（zhào）殼。
     (4) 機加零件的關鍵零件必須增（zēng）加工裝設備。
     (5) 由於該機床的結構是一個全新的結構，廠內裝配工藝不夠成熟，需要進一步完善。

     3 、結論

     龍門式數控工具磨床將龍門式機床的剛性和工具（jù）磨床的靈活性結合起來，形成一種整體剛性好，磨頭功率（lǜ）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（jù）、木工（gōng）刀具，又能磨削非標的金屬切（qiē）削刀具、木（mù）工刀具，既能滿足刀具修磨，又能滿足刀具生產的龍門式數控工（gōng）具磨床。