摘 要 ： 以模塊（kuài）化設計的（de）經（jīng）濟型數控機床是一種可持續發展方式，用磨床的主要部件，在普通外圓磨床上開發一種經濟（jì）型數（shù）控端麵外圓（yuán）磨（mó）床。根據端（duān）麵外（wài）圓的兩種加工方式，將床身後頂麵設計成（chéng）墊板正（zhèng）、斜均可（kě）安裝；砂輪架為上下分體式（shì）可轉動結構；工作台及（jí）砂輪架平、V 導軌參數與普通外圓磨床相同，使工（gōng）作台、墊板、頭架、尾架均可通用，提高產品的模塊化程度，又（yòu）降低開（kāi）發成本及縮短研發（fā）周期；兩軸進給係統考慮絲杠受熱變形因素采用一端固定（dìng）一端鉸支方式；數控係統采用國產開通數控係統（tǒng） SEC500。
 
       關鍵詞 ： 經（jīng）濟（jì）型    數控端麵外（wài）圓磨床    模塊化設計
 
       經濟型數控（kòng）端麵外圓磨床在製造成本及加工精度上比數控的端麵外圓磨床低。但這種配備（bèi）低端的數控端麵外圓磨床對加工精度要求相對偏低的用戶來講，即（jí）減少設備（bèi）投資成本，又可實現一（yī）人（rén）多機，減少人工成本。對製造設計單位來講，從現有產品基礎上進行拓展開發，也有利於提高產（chǎn）品的模塊化，減少設計及製造成本，縮短試造周期（qī）。
 
      Φ200 係列經濟型數控端麵外圓磨床開發可在Φ200 係（xì）列普通外圓磨床的基礎上進行拓展開發。磨床主要構件為床身、砂輪架（jià）、頭架、尾架、兩軸進給係統、操（cāo）縱係統。
 
       1 、床身
   
      因加（jiā）工方式不同，床身重新設計。但（dàn）床身總體布（bù）局和前床身平、V 導軌（guǐ）參數仍沿用普通外圓磨床，使工作（zuò）台、頭架、尾架部件均可相互通用。端麵外圓磨床的進給方式可分為：斜頭直進和斜頭斜進[1]，如圖 1、2 所示。兼（jiān）顧兩種進給方（fāng）式進行設計時，後床（chuáng）身整體偏左且安（ān）裝（zhuāng）平麵（miàn）設計成斜、直兩種墊板都可安裝，回（huí）水槽設（shè）計成後（hòu）置式，如圖 3 所示，冷卻水從兩側及後方回（huí）流到後床身右側再流回冷卻液箱。這種外露式回水槽相比較在後床身中（zhōng）間的過橋水（shuǐ）槽清理更方便，不會因磨屑沉積造成回水不暢（chàng）。因數控（kòng）磨床的液壓結構簡（jiǎn）單，隻需（xū）在床身後側（cè）裝一個電動稀油潤滑泵對絲杠及工（gōng）作台進行潤滑，因此床身設計時在床身（shēn）內腔（qiāng）的上（shàng）層設計（jì）潤滑油回油區，下腔在保證床身的（de）靜、動剛度（dù）的（de）前提（tí）下作開放式設計。床身（shēn）內腔不設油（yóu）池，可避免傳統磨床那樣當油泵（bèng）開啟時，由於液壓部件發熱（rè）導致油溫高，從（cóng）而使床身受熱變形，引起平、V 導軌的幾何精度（dù）變化。
 

     
      圖 1 斜頭直進示意圖
  
     
      圖 2 斜頭斜進示意圖
  
     
      圖 3 回水（shuǐ）槽示意圖
 
      2 、砂輪架
     
      數控端麵外圓磨床的砂輪架可（kě）借用 Φ200 係列萬能外圓磨床，此（cǐ）種砂輪架結構為上（shàng）下兩（liǎng）層，中間有定位柱和滑槽，如圖 4 所示。
  
     
      圖（tú）4 砂輪架分層結（jié）構
   
      通過上下兩部分相對轉動（dòng）一定角度，就（jiù）可以實現（xiàn）斜、直兩種進給方式，如圖 5、圖 6 所示。砂輪架（jià）主軸（zhóu）係統有“軸（zhóu）瓦式動壓”和“動-靜壓軸承”結（jié）構（gòu）。采用軸瓦式軸承隻要將原體殼加工成左右對稱，砂（shā）輪（lún）架主軸因兩端螺紋旋轉方向不同需重新設計，如圖 7、圖 8 所示。砂輪架電（diàn）機隻要出線方向相反，電機參數（shù）相同就可以（yǐ）了。這樣製（zhì）造成本小，試（shì）製周期（qī）短（duǎn）。如改為動-靜壓軸承，因產品庫中無結構可借用，需（xū）要重新設計，製造成本與周期也相應增加。但因為（wéi）這種結構綜合了動壓軸承（chéng）和靜壓軸承的優（yōu）點，在其內部等距分布了四（sì）個對稱的油腔（qiāng），油腔深度為0.02~0.04 mm，四周為節流邊，它和（hé）軸頸之間（jiān）保持適當的（de）間隙，一般為 0.02~0.04 mm，在低速時（shí）依靠壓力油產生承載油膜，故靜（jìng）壓力效應較大（dà）；在高速時能產生較大的附加承載油（yóu）膜，動（dòng）壓（yā）效應較大；所以軸承精度比軸瓦式高[2]。
 

      圖 5 斜（xié）軸（zhóu）斜進進給方式示意圖
    
     
      圖6 斜軸直進進給方式示意圖
  
     
     圖 7 普通外圓磨床的砂輪架（jià）示意圖
  
    
     圖 8 端麵外圓磨床的（de）砂輪（lún）架示意圖
   
     3 X、Z 軸進（jìn）給係統
 
     X、Z 軸進給係統的設計主（zhǔ）要（yào）考慮：傳動（dòng）方式、支承方式、絲杠參數。X、Z 兩軸傳動方（fāng）式為（wéi）滾珠絲（sī）杠副+伺服電機控製。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠組成的機械元（yuán）件，是傳統螺紋絲杠的進一步延伸發展。
 
    滾（gǔn）珠絲杠的支承和支承方式關係到絲杠副的剛度，所以一般縱向滾珠絲杠的支（zhī）承方式可采用左端深（shēn）溝球軸承鉸支承，右端兩對（duì）角接觸球軸承固定支承,這樣保證絲杠發熱變形時可向左側遠離（lí）砂輪方向延伸；橫向滾珠絲杠因為在磨削時一（yī）直承（chéng）受很大的橫向力，所以前後均采用角接觸球軸承支承以提高剛度（dù），支承（chéng）方（fāng）式采用前端固定後端鉸支，保證絲
杠（gàng）發熱變形時可（kě）向（xiàng）後延伸，這樣可使主軸熱變形影響減至最小限度[3]。
 
     絲杠設計參數主要是底徑及導程，可根據同類（lèi）產品進行預選後驗的方（fāng）式進行設計。以 X 軸選絲杠設計為例，先根據普通磨床的絲杆預（yù）估選定 X 軸絲（sī）杠型號（hào）為 FFZD3205-5；支承方（fāng）式采用前端遊動（dòng），後端固定；固定端軸承型（xíng）號 7305AC，遊動端（duān）軸承型（xíng）號（hào） 6305。砂輪架預估總成重（chóng）量（liàng） W 為 3 420 N，砂（shā）輪架最大行程 Lmax 為 269 mm，砂（shā）輪架滾動導軌的
摩擦因數（shù）μ為0.1，快速進給速度vmax設為2 m/min，X軸向切削力Px約為500 N，反向差值設定10 μm，重複定位精（jīng）度設定 6 μm，然後進行驗證。
 
     3.1 滾珠絲杠（gàng）副（fù）的底徑 d2校核估算滾（gǔn）珠絲杠副的底徑：
  
    
  
     3.2 傳動（dòng）係統剛度驗算
 
     滾珠絲杠副的最小拉壓剛度：
  
    

     滾珠絲杠副滾珠與滾道的接觸剛度：
  
     
  
     3.3 驗算臨界轉速（sù） 
  
    
  
      
  
 
       結語
   
      隨著製造業 新一輪的轉型升級，從全球提倡綠色製（zhì）造的大方向下，在（zài）滿足用戶加工要求的前提下，模塊化（huà）設計的經濟型（xíng）數控機床（chuáng）對用戶和製造商都是一種可持續發展的方式。