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價格高和不能磨削非標件等問題，結合龍（lóng）門式立柱機（jī）床的高剛性和工具磨床的運動特點，開發一種（zhǒng）龍門式數（shù）控工具磨床。該機床（chuáng）整體剛性好，磨削效率高，適（shì）用性強，可磨削各種刀具及非標工件（jiàn）。
  
    

     目前，國（guó）內數控工具磨床生產（chǎn）廠家都是在手動（dòng）工具磨床基礎上進行產品的升級換代，實現數控化改造產品。這些數控工具磨床的整體剛性不高，一般（bān）隻能用於磨削量不大的修磨或（huò）生產批量不大的場合。而新開發的數控（kòng）工具（jù）磨床均采用單立柱結構（gòu），用於批量生產時，也存在機床整體剛性差的缺點（diǎn）。國外（wài）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，但這類機床隻能磨削標準型（xíng）的螺（luó）旋刀具和球頭刀具，無法（fǎ）磨削非標零件或需要尾（wěi）架等附件磨削的刀具和零件（jiàn） 。

      1 、龍門式數控工具磨床的開發設計（jì）

   
      1. 1 整體（tǐ）結（jié）構
 
 
      通過分析對比，自（zì）主研發一種立（lì）柱采用（yòng）整體式龍門結構的數控工具（jù）磨床，其結（jié）構如圖1 所示。該機（jī）床由床座7、龍門立柱4、橫梁2、工作台滑座8、工作台麵6、頭架（jià）5、尾架9、磨頭滑座1、磨（mó）頭座3、磨頭10、數控係統以及電氣櫃等零部件組成，是在經典結構MA6025 手動萬能工具磨床主要參數基礎上開發的，保留了原機床（chuáng）以下功能: (1) 磨頭和頭架的水平麵和垂直（zhí）麵回轉運動; (2) 磨削非標（biāo）準工件。

       
                圖1 龍門式數控工具磨床結構

      龍門式（shì）數控工具磨床主（zhǔ）要克服了現有生產（chǎn）型工具磨床整體剛性差、磨頭功率（lǜ）小、轉速低、操作空間受立柱限（xiàn）製等諸多缺點，側重於生產型。其主（zhǔ）要結構體現（xiàn）在:

      (1) 立柱采用整體式龍門結構。
      (2) 整（zhěng）體式龍門立柱（zhù）4 用螺釘固定在床座7 上。
      (3) 左右移動的磨（mó）頭（tóu）座1 通過導（dǎo）軌、絲（sī）杠（gàng）與上下移動的橫梁2 相連，橫梁2 通過（guò）雙滾珠絲杠和直線滑塊與龍門式立（lì）柱4 相連，磨頭滑（huá）座1 通過滾（gǔn）珠絲杠和直線滑塊與橫梁2相          連，通過T 型槽（cáo）安裝在磨頭滑座1的磨頭座3 可在垂直麵內回轉，通過軸承、定（dìng）位及鎖緊（jǐn）機構連接在磨頭座下方磨頭10 可在水平麵回轉。
      (4) 工作（zuò）台6 通過滾珠絲杠和直線滑塊與工作台滑座8 相連，並且工作台的長向與橫梁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（děng）機床附件。
      (6) 電氣櫃安裝在機床後麵。
      (7) 數控係統采用FAGOＲ 或SINUMEＲIK 係統。

      1. 2 功能實現

      該機床目前采用（yòng）FAGOＲ8055 四軸四聯動的數控係統(根據用戶需要（yào）也（yě）可以配置（zhì）其他數控係統)，其中3 個直線(上下、左右、前後方向) 數控軸，1 個回轉(工（gōng）作台頭架) 數控軸，還有4 個輔助手動動作，實現不同種類刀具切削刃（rèn）的前角、後角及溝槽的（de）磨削（xuē）。

      具體運動方案如下:

     (1) 橫梁2 在龍門立柱4 上采用直線導軌塊，通過雙伺服電機驅動雙滾珠（zhū）絲杠，在立柱上同步上下運動;
     (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（liáng）2 左右運動及磨頭座3 在水平麵和（hé）垂直麵的調整運（yùn）動。
     (3) 工作台6 由伺服電機帶動滾（gǔn）珠絲杠通過直線滑塊在床座7 作前後運動，數控頭（tóu）架5 通過（guò）伺服電機控製其回轉運動。
     (4) 磨頭10 采用高速和大功率的電主（zhǔ）軸。
     (5) 工作台6 經過滾動導（dǎo）軌，由伺服電機帶動滾（gǔn）珠絲杠通過直線滑塊在床座7 上作前後運動。

      1. 3 技術方案

     首先設計四軸（zhóu）四聯動的數控機（jī）床，即工作台的前後運動、橫梁的（de）上下運動、磨頭座的左右運動（dòng）及工作台上頭架的回轉運動為（wéi）伺服控製（zhì），磨頭和頭架（jià）在水平麵和垂直（zhí）麵內的（de）回轉運動為手動調整。在此基礎上，通過配備（bèi）必要的機床附件( 頭架和尾架)，實（shí）現螺旋刀具螺（luó）旋刃的前角、後角（jiǎo）、溝槽及刀具刃在平麵內的直線、圓弧插補磨削等功能，也可以磨
削非標（biāo）工件。在機床的工作（zuò）台（tái）或磨頭座（zuò）上，還可（kě）再增加一個回轉數控軸，成為五軸五聯動的數控工具機床，以進一步擴大機床的使用功能。

  
      1. 4 機床性（xìng）能及優勢

     龍門式立柱與（yǔ）床座固定連接（jiē），橫梁與立柱、立柱與磨頭座滑（huá）板、工作台與（yǔ）床座之間通過高強度的直線導軌塊和滾珠絲杠連接，使得機床整體剛性提高; 高精度的直線導軌塊、滾珠絲（sī）杠和橫梁雙伺服電機帶動雙滾珠絲杠同步運動（dòng），保證了機床高精（jīng）度的穩定（dìng）性（xìng）; 龍門式立柱結構及磨頭座左右運動（dòng）和上下進給運動布置（zhì）在機床橫梁上，這些工件進給到磨頭下方時不受（shòu）立柱的幹涉; 工作台僅（jǐn）一個（gè）前後（hòu）運動，使工作台簡潔，有效操作（zuò）空間大; 工作台台（tái）麵的長向與磨頭左右運動的導軌平行布置，把傳統龍門式機床的短向行程變為工具磨床的長向行程，機床結構更加緊湊。以上（shàng）性能特點顯示了（le）該（gāi）機床的競爭優勢:

     (1) 與國內現有修磨型數控工具磨床比較，剛性強，精（jīng）度高，冷卻好，磨（mó）削質（zhì）量好，在批量（liàng）生產型企業，其最大優點是磨削效率高。
     (2) 與（yǔ）國（guó）內現有（yǒu）生（shēng）產型數控工具磨（mó）床比較，功能（néng）強大，適應性強，操作方便。
     (3) 與國外同類數控（kòng）機床比較，價格低，隻是國外同類產品（pǐn）價格的1 /3 左右，性價比高。
     (4) 從功能（néng）上看，四軸（zhóu）四聯動龍門式數控工具磨床和國外一些先進的五軸或六軸數控工具磨床機床功能相當，且可以磨（mó）削非標工件。

     2 、存在問題及改進

    研發成功的一台龍門式數（shù）控工具磨床樣機，目前已銷售到北京航空材（cái）料研究所，並在該機床上完成了拉力試件表（biǎo）麵的縱向磨削，得到用戶的好評; 經後續生產驗證，機床（chuáng）整體剛性好（hǎo），精度穩（wěn）定，操作空間（jiān）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（lǜ）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（hù）的MKA6025 × 3 數控（kòng）工（gōng）具磨床的數控頭架，其裝夾工件方式不適合（hé）全封閉防護的MKA6032 × 4 龍門式數控工具磨床，需（xū）要進行改進設計
     (3) 樣機的防護罩是頂部（bù）開口結構，不適合於高壓冷卻工件的MKA6032 × 4 龍門（mén）式數控工具（jù）磨床（chuáng），需要重新設計成全封閉防護罩殼。
     (4) 機加零件的關鍵零件（jiàn）必須增加（jiā）工裝（zhuāng）設備。
     (5) 由於該機床的結構是一個（gè）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（shì）機床（chuáng）的剛性和工具磨床的靈活性結合起來，形成一種整（zhěng）體剛（gāng）性好，磨頭功（gōng）率大，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（dāo）具、木（mù）工（gōng）刀具，又能磨削（xuē）非標的金屬切削刀具（jù）、木工刀具，既能滿足刀具修磨（mó），又能滿足刀具生產的龍門式數控工具磨床。