摘 要 ： 以模塊化設計的經濟型數控機床（chuáng）是一種可持續發展方式（shì），用磨床的主要部件，在普通外圓磨床上開發一種經濟型數控端麵外（wài）圓磨床。根據端麵外圓的兩種加（jiā）工方式，將（jiāng）床身後頂麵設計成墊板正、斜均可安裝；砂輪（lún）架為上下分體式可轉動結構；工作（zuò）台及砂輪（lún）架平、V 導軌參數與普通外圓（yuán）磨床相同，使工作台、墊板（bǎn）、頭架（jià）、尾架均可通用，提高（gāo）產（chǎn）品的模塊化程度，又降低開（kāi）發成本及縮短研發周期；兩軸進給係統考慮絲杠受熱變形因素采用一端固定一（yī）端鉸（jiǎo）支（zhī）方式；數控係統采用國產開通數控係統 SEC500。
 
       關鍵詞 ： 經濟型（xíng）    數控（kòng）端麵外圓磨床（chuáng）    模塊化設計（jì）
 
       經濟型數控端麵（miàn）外圓磨床在製造成本及加工精度上比數控的（de）端麵外圓磨床低（dī）。但這種配備低（dī）端（duān）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，即減少設備投資成本，又可實現一人多機，減少（shǎo）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（yǒu）利於提高產品的模塊化，減少設計及（jí）製造（zào）成本，縮短試造周期。
 
      Φ200 係列經濟型數控端麵外圓（yuán）磨床（chuáng）開發可在Φ200 係列普通外圓磨床的基礎上進行拓展開發。磨床主要構（gòu）件為床身、砂輪架、頭架、尾架、兩軸進給係統、操縱係統。
 
       1 、床身
   
      因加工方式不同，床身（shēn）重新設（shè）計。但床身總體（tǐ）布局和前床身平、V 導軌參數仍沿（yán）用普通外圓磨床，使工作台、頭架（jià）、尾架（jià）部件均可相互（hù）通用。端麵外圓磨床的（de）進（jìn）給方（fāng）式可分（fèn）為：斜頭直進和斜頭（tóu）斜進[1]，如圖（tú） 1、2 所示。兼顧兩種進（jìn）給方式進行設計時，後床身整體偏左且安裝平麵設計成斜、直兩種墊（diàn）板都可安裝，回水槽設計（jì）成後（hòu）置式，如圖 3 所示，冷（lěng）卻水從兩側及（jí）後方回（huí）流到後床身右側再（zài）流回冷卻液箱。這種外（wài）露式回水槽相比較在後（hòu）床身中間的過橋水槽清理更方便，不會因磨屑沉積造成回水不暢。因（yīn）數控磨床的液（yè）壓結構簡單，隻需在床身後側裝一個電動稀油潤滑泵對絲杠及工作（zuò）台進（jìn）行潤滑，因此（cǐ）床（chuáng）身設（shè）計（jì）時在床身內腔的上層設計潤滑（huá）油回油區，下腔在保證床身（shēn）的靜、動（dòng）剛度的前提下作開放式設計。床身內腔不設油池，可避免傳統磨床那樣當油泵開啟時，由於液（yè）壓部件發（fā）熱導致油溫高，從而使床身受熱變形，引起平、V 導軌的幾何精度變化。
 

     
      圖 1 斜頭直進示（shì）意圖
  
     
      圖 2 斜頭斜進示意圖
  
     
      圖 3 回水槽示意圖
 
      2 、砂輪架
     
      數控端麵外（wài）圓磨床的砂（shā）輪架可借用 Φ200 係列萬能外圓（yuán）磨床，此種砂輪（lún）架結構為上下兩層，中間（jiān）有定（dìng）位柱和滑槽，如圖 4 所示。
  
     
      圖4 砂輪架分層（céng）結構
   
      通過（guò）上下兩部分相對轉動一定角度，就可以實現斜、直兩種進給方式，如圖（tú） 5、圖 6 所示。砂輪架主軸係統有“軸瓦（wǎ）式動壓（yā）”和“動-靜（jìng）壓軸承”結構。采（cǎi）用軸瓦式軸承隻要將（jiāng）原體殼加工成左右（yòu）對稱，砂（shā）輪架主（zhǔ）軸因兩端螺紋旋轉方向不同需重新設計，如圖 7、圖 8 所示。砂輪架電機隻要出（chū）線方（fāng）向相反，電機參（cān）數相同就可以了。這樣製造成（chéng）本小，試製周期短。如改為動-靜壓軸承（chéng），因產（chǎn）品庫中無結構可借用，需要重新設計，製造成本與周期也相應增加。但因為這種結構（gòu）綜合了動壓軸承（chéng）和靜壓軸承的優點，在其內部等距分布了（le）四（sì）個對稱的油腔，油腔深度為0.02~0.04 mm，四周為節（jiē）流邊，它和（hé）軸頸之間保持適當的間隙，一般為 0.02~0.04 mm，在低速（sù）時依靠壓力（lì）油（yóu）產生（shēng）承載油（yóu）膜，故靜壓力效應較大；在高（gāo）速時能（néng）產生較（jiào）大的（de）附加（jiā）承載油膜，動壓效應較（jiào）大；所以軸（zhóu）承精度比軸瓦式高[2]。
 

      圖（tú） 5 斜軸斜進（jìn）進給方式示意圖
    
     
      圖6 斜（xié）軸直進進給方（fāng）式示意圖
  
     
     圖 7 普通外圓磨床（chuáng）的砂輪架（jià）示（shì）意圖
  
    
     圖 8 端麵外圓磨（mó）床的砂輪架示意圖
   
     3 X、Z 軸進給係統
 
     X、Z 軸進（jìn）給（gěi）係（xì）統的設（shè）計（jì）主要考慮：傳動方式、支承方式、絲杠參數。X、Z 兩軸傳（chuán）動方式為滾珠絲杠副+伺服電機控製。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠組成的（de）機械元件，是傳統螺紋絲（sī）杠（gàng）的進（jìn）一步延伸（shēn）發展。
 
    滾珠絲杠的支承和支（zhī）承方式關係到絲杠副（fù）的剛度，所以一般縱向滾珠絲杠的支承方式可采用左端深溝球軸承鉸支承，右端兩對角接觸球軸承固定支承,這樣（yàng）保證絲杠發熱變形時可向左側遠離砂輪方向延伸；橫向滾珠絲杠因為在磨削時（shí）一直承受很大的橫向力，所以前後均采（cǎi）用角接觸球軸承支承以提（tí）高剛度，支承方式采用前端固定後端鉸支，保證絲
杠發熱變（biàn）形時可向後延伸，這樣可使主軸（zhóu）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（jù）同類產品進行預選後驗的（de）方式進行設計。以 X 軸選絲杠設計為例，先根據普通磨床的絲杆預（yù）估選（xuǎn）定 X 軸絲杠（gàng）型號為 FFZD3205-5；支承方式采用前（qián）端遊動，後端固定；固定（dìng）端軸承型號 7305AC，遊（yóu）動端軸承型號 6305。砂輪架預估總成重量 W 為 3 420 N，砂輪架最大（dà）行程 Lmax 為 269 mm，砂輪架滾動（dòng）導軌的
摩擦因數μ為0.1，快速（sù）進給速度vmax設為2 m/min，X軸向切削力Px約為500 N，反（fǎn）向差值設定10 μm，重複定（dìng）位精度設定 6 μm，然後（hòu）進行（háng）驗證。
 
     3.1 滾珠絲杠副的底徑 d2校核估算滾珠絲杠副的底徑：
  
    
  
     3.2 傳動（dòng）係統（tǒng）剛度驗算（suàn）
 
     滾珠絲杠副（fù）的最小拉壓剛度：
  
    

     滾珠絲杠副滾珠與滾道的（de）接（jiē）觸剛度（dù）：
  
     
  
     3.3 驗算臨界轉速 
  
    
  
      
  
 
       結語
   
      隨著製造業 新一輪的轉型升級（jí），從全球提倡綠色製造的大方向下，在滿足用戶加工要求的前提下，模塊化設計的經濟型數控機床對用戶和製造商（shāng）都是一種可持續發（fā）展的方（fāng）式。