試析數控高精度高速專用磨床的頭架設計

韓玲玲

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，數控機床在近幾年的發展速度十分顯著，其自身精度高、運行速度快的特點在當今社會很受歡迎，在工業領域的應用不僅提高了工作的效率，而且產品的質量也有了更高一層的保證。筆者通過對數控高精度高速專用磨床進行介紹，提出加強設計的幾點措施，僅供參考。

關鍵詞：數控；磨床頭架；驅動系統

數控機床的發展，使得我國的工業領域發生了很大的變化，由原來大部分依靠人工生產到現在的高精度專用磨床頭架的應用，無論是在技術上還是在效率上都有了很大的進步，很多產品已經領先于世界的先進水平，因此，必須要逐漸加強對專用磨床頭架驅動系統的設計分析，使其更好地促進社會的發展。

1、數控高精度高速專用磨床的特點

社會的不斷發展對一些生產技術上的要求越來越高，特別是一些工業生產的環節，由于其生產量比較大，而且施工的難度大，因此提高其生產環節的技術含量就顯得尤為重要，數控專用磨床的出現很好地適應這一社會需求，其在磨削工作中對精度和粗糙度的要求更加精確，而且在曲軸和凸輪軸等零件上的應用上也存在顯著的優勢。

頭架是磨床的關鍵部位，它與尾架相組合在使用的過程中，主要起到支撐、定心、夾持的作用，高精度的磨床頭架在回轉精度上準確性極高，在工業生產的過程中對于零件的加工處理時，對尺寸精度和幾何精度的要求極高，而且磨削的效率也提高了很多，所以在設計的過程中，加強對專用磨床頭架的分析有著重要的影響。

在磨床頭架系統中，機械傳動的位置在原動機和工作機之間，其在傳遞運動和改變運動方向上有著顯著的功能，而且要想保證磨床頭架的設計合理，就要保證頭架系統的穩定、尺寸和質量上都要符合施工的標準，所以對磨床頭架的設計是機械設計的重要部分，要保證傳統系統的精度、剛度、耐磨等性能以外，還要盡可能地降低施工的成本，提高施工的工藝，保證后期維護工作的方便等，因為磨床頭的精度很高，所以在驅動系統的設計上也有著很高的要求。

2、數控高精度高速專用磨床的頭架驅動系統設計

傳統的頭架驅動系統采用的都是伺服電動機的形式，在工作的過程是通過皮帶來傳遞動力，近而使得工件和主軸系統形成回轉，這樣的驅動系統在動力源和工件之間要經過一系列的傳動工序，及時忽略各個傳動環節上的問題，經過皮帶、齒輪、螺母等傳動工序后，極大地延誤了其他生產工序的進行，因為在傳動的過程中是依靠摩擦力來實現的，所以工作的效率十分低下，在對配件進行調試時也很容易出現誤差，使得整個系統的定位也存在誤差，綜合協調生產非常困難，而且摩擦過程中會出現一定的磨損現象，這就使得一些工件運動出現滯后的現象，與正常的工作指令反應產生很大的差距。

而且多級傳動鏈在高速工作的狀態下會產生巨大的噪音，對于其他工序的正常進行和工件的加工精度都有著嚴重的影響，噪音過大對周圍的環境也造成了一定的破壞，因為其是依靠摩擦力進行傳動的，所以在傳動過程中會發生一定的磨損，影響機床正常工作的精度，在長期磨損的情況下還會降低正常的使用壽命，增加維修的成本和時間，近而降低生產的效率。

上述問題的癥結主要產生于傳動鏈。機床數控化使機床的傳動鏈大為縮短，使問題得到一定程度的緩解，如要從根本上解決問題，則最好取消從電動機到工作部件之間的一切中間傳動環節。H405一AJ的頭架驅動系統的解決方法是采用了先進的內置式力矩電動機，即可使電動機和頭架的工作部件合二為一，從而使傳動鏈的長度等于零，即實現所謂頭架的“零傳動”。這種設計的頭架有如下優點：

（1）回轉精度高，可以直接驅動主軸和工件，省去了機械傳動部件，從根本上消除了機械傳動副本身的傳動誤差及傳動副本身產生的振動。（2）結構緊湊，總體尺寸減小，便于安裝，相同扭矩下體積可以做得更小，具有高剛性、無摩擦，將受磨損影響的傳動部分分攤到力矩電動機中，提高了機器的可靠性，減少了維護時間，降低了成本。（3）具有響應快、扭矩大、過載能力強、特性線度好、力矩波動小和運行時噪音低等特點。

3、數控高精度高速專用磨床的頭架機械結構設計

頭架底部用兩個弓形壓板固定在上工作臺的左邊，和工作臺一起作縱向往復運動。頭架采用了西門子力矩電動機驅動，電動機內置于頭架體殼后部，力矩電動機內轉子通過法蘭與頭架主軸一端相連接，頭架主軸通過前后兩對精密的角接觸球軸承與體殼內側相連，主軸另一端裝有莫式5號頂尖，體殼頂部開有冷卻液導入孔，用于力矩電動機的冷卻降溫。在電動機工作時，由連接法蘭帶動主軸旋轉，由撥桿帶動裝夾在頭尾架頂尖間的工件旋轉，使工件獲得6—430r/min的無級變速。在裝上連接件1并卸下頂尖時，可用卡盤夾緊帶動工件旋轉，進行磨削加工。由于省去以往電動機驅動皮帶副系統，減少因環節過多造成的系統誤差，達到在電動機的恒力矩作用下的高精度回轉運動：具有結構簡單、制造成本低、提高精度和操作方便，有利于維修和維護。

4、頭架力矩電動機的特性和選型

大多采用永磁勵磁，為了滿足大的負載轉矩及動態性能要求，一般做成扁平式結構，這樣便于將電動機直接套在負載軸上，提高系統的耦合剛度，使系統反應迅速、頻帶展寬、工作穩定。電動機定子（由軟磁材料制成的帶槽的圓環）在槽中嵌入永磁材料作為主磁場源，在氣隙中形成近似正弦分布的磁場。定子采用多對磁極，電樞選用較多的槽數、換向片數和串聯導體數，以減小轉矩和轉速的脈動。轉子用冷軋鋼片疊成，壓入非導磁材料的金屬支架。為了使電動機的工作穩定，電動機的輸出轉矩不能超過最大的堵轉轉矩。

5、磨床的關鍵技術

磨床的關鍵技術主要體現在以下幾個方面：

（1）磨床采用全新的L型布局，符合人機工程學。操作人員在加工零件的時候，不用直接面對砂輪，在上、下零件的操作過程中，體現了安全f口可靠性。

（2）砂輪架的主軸軸承采用了德國技術中的整體式動靜壓軸承，具備高的回轉精度和剛度；采用獨立的靜壓油箱，使用2號主軸油配有壓力表開關顯示；配備日本三菱公司的變頻器，實現45rn/s恒線速磨削。

（3）采用進口滾動軸承設計的定心軸系，提高回轉精度和穩定性能。頭架采用了交流伺服電動機，具有無級變速及快速準停功能。

（4）對磨床使用的直線導軌的靈敏度進行了研究，采用了德國施耐博格公司的V型直線導軌和THK公司的滾珠絲杠，分別實現了頭架和砂輪架的兩個方向的移動和對工件的磨削進給動作。

（5）對高精度曲軸偏心外圓磨削的機制及加工工藝參數進行了研究。

（6）對采用專用曲軸偏心液壓夾緊工件與氣動定位夾具進行了設計與開發。

（7）在磨床中采用了三軸數控系統。

6結語

隨著社會的不斷發展，對專用磨床頭的應用越來越多，我們日常生活使用的冰箱、空調都離不開專用磨床頭的使用，其不僅在技術上滿足了人們的要求，而且在價格上更易于接受，相比于一些進口的產品來說，更受人們的歡迎，所以必須要加強對專用磨床頭驅動系統的設計分析，使其更好地應用于社會的各個領域。

參考文獻：

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