導(dǎo)軌磨床立磨頭數(shù)控自動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

張強(qiáng)

【摘 要】立磨頭是軌導(dǎo)磨床的關(guān)鍵功能部件，其旋轉(zhuǎn)精度和效率直接影響整機(jī)的精度、性能及效率。文章以某公司自主研發(fā)的立磨閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)為例，針對(duì)如何提高立磨頭的旋轉(zhuǎn)精度和效率進(jìn)行了研究和探討。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);設(shè)計(jì);開發(fā)

【中圖分類號(hào)】TG659 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）12-0046-02

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)機(jī)械零件加工的精度、粗糙度要求日益提高，這對(duì)提高加工效率及降低生產(chǎn)成本愈來愈重要。在數(shù)控龍門導(dǎo)軌磨床中，立磨頭的旋轉(zhuǎn)精度、效率及性能，對(duì)整機(jī)精度、效率及性能尤為重要。YM-K2212W萬能龍門導(dǎo)軌磨床是某公司開發(fā)的新產(chǎn)品，為了提高整機(jī)性能，該公司對(duì)導(dǎo)軌磨床進(jìn)行了認(rèn)真地分析和研究，并對(duì)立磨頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在采用新技術(shù)的同時(shí)，公司研發(fā)人員對(duì)整機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化匹配，使整機(jī)精度和性能得到較大提升，滿足了市場(chǎng)需求。

1 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的類型及特點(diǎn)分析

（1）普通手動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖1所示。用手動(dòng)方式松開夾緊螺釘旋轉(zhuǎn)定位后，用夾緊螺釘夾緊固定立磨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行角度磨削加工。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。缺點(diǎn)是定位精度差、效率低下。適用于普通的燕尾導(dǎo)軌磨床，如某公司生產(chǎn)的Y2-1003A燕尾導(dǎo)軌磨床。

（2）蝸輪、蝸桿手動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖2所示。用手動(dòng)方式松開夾緊螺釘后，再用扳手扳動(dòng)蝸桿軸，從而帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)定位后，用夾緊螺釘夾緊固定立磨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行角度磨削加工。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，由于蝸輪、蝸桿有自鎖性，定位精度、效率較第一種結(jié)構(gòu)好。定位精度與蝸輪、蝸桿加工精度、裝配精度有關(guān)。適用于小型導(dǎo)軌磨床，如某公司生產(chǎn)的YM-KD3008、YM-KD2010龍門導(dǎo)軌磨床。

（3）交流伺服開環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖3所示。該機(jī)構(gòu)為開環(huán)控制，工作時(shí)由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，液壓夾緊裝置松開，伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后，液壓夾緊裝置夾緊立磨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行角度磨削加工。其特點(diǎn)是開環(huán)控制定位精度與蝸輪蝸桿加工精度、裝配精度及電器控制精度有關(guān)，適用于大、中型導(dǎo)軌磨床，如威海華東數(shù)控出產(chǎn)的SGN30130A定梁式數(shù)控龍門導(dǎo)軌。缺點(diǎn)是夾緊軸體積相對(duì)較大，且開環(huán)控制無法檢測(cè)角度是否旋轉(zhuǎn)到位。

（4）某公司自主創(chuàng)新開發(fā)的閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示?？偨Y(jié)上述3種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，某公司在大、中型導(dǎo)軌磨床開發(fā)中，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了立磨閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由置于滑枕頂部的伺服電機(jī)及減速機(jī)驅(qū)動(dòng)置于滑枕內(nèi)部的垂直長(zhǎng)傳動(dòng)軸，再經(jīng)蝸桿-蝸輪副驅(qū)動(dòng)立磨頭繞水平軸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)緊湊、使用性能好。

2 立磨閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

立磨閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的研發(fā)成功，實(shí)現(xiàn)了成型磨削所需的全閉環(huán)高精度角度控制。為實(shí)現(xiàn)該立式磨頭繞水平軸旋轉(zhuǎn)的高精度角度伺服控制，采用了伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蝸桿-蝸輪帶動(dòng)立式磨頭繞水平軸旋轉(zhuǎn)所需角度，并經(jīng)同軸的圓光柵實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的全閉環(huán)控制，以提高角度伺服控制的精度。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)與之匹配的磨頭松開，定位旋轉(zhuǎn)及鎖緊功能，采用了“均布三油缸+蝶形彈簧+剎盤”的緊湊結(jié)構(gòu)（如圖5所示），在數(shù)控平面（導(dǎo)軌）磨床上配上該磨頭，可實(shí)現(xiàn)成型磨削，延展了機(jī)床類型。

實(shí)現(xiàn)立磨閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)磨頭松開、定位旋轉(zhuǎn)及鎖緊功能的液壓控制原理如圖6所示。當(dāng)磨頭處于夾緊狀態(tài)時(shí)，油泵打出的油經(jīng)電磁換向閥4回油箱，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，此時(shí)磨頭由碟形彈簧夾緊。磨頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁換向閥電磁鐵得電，壓力油進(jìn)入磨頭夾緊油缸，當(dāng)磨頭夾緊油缸里的壓力達(dá)到松開碟形彈簧的壓力時(shí)，壓力繼電器發(fā)出信號(hào)，磨頭由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)蝸桿-蝸輪帶動(dòng)立式磨頭繞水平軸旋轉(zhuǎn)到所需角度后，電磁換向閥電磁鐵失電，系統(tǒng)卸荷，磨頭被碟形彈簧夾緊。

某公司開發(fā)的單磨頭萬能龍門導(dǎo)軌磨床YM-K2212W，就采用了閉環(huán)數(shù)控旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，整機(jī)性能可靠，定位精度高，磨削精度為0.02 mm/1 000 mm，粗糙度為0.063，整機(jī)實(shí)物如圖7所示。該結(jié)構(gòu)屬國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，高精度、高效率地實(shí)現(xiàn)成型磨削，降低了產(chǎn)品成本，提升了產(chǎn)品性價(jià)比，拓寬了市場(chǎng)空間。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]崔麗琴.立式磨床砂輪修整器及控制裝置的研究與開發(fā)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2007.

[2]陳寶華.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（24）：57-58.

[3]陳浩冉，胡澤啟，秦訓(xùn)鵬，等.五軸聯(lián)動(dòng)立式磨床幾何誤差靈敏度研究[J].機(jī)床與液壓，2017，45（13）：10-14.