導軌磨床立磨頭數控自動旋轉機構的設計與開發

張強

【摘 要】立磨頭是軌導磨床的關鍵功能部件，其旋轉精度和效率直接影響整機的精度、性能及效率。文章以某公司自主研發的立磨閉環數控旋轉機為例，針對如何提高立磨頭的旋轉精度和效率進行了研究和探討。

【關鍵詞】數控旋轉機構;設計;開發

【中圖分類號】TG659 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0046-02

0 引言

隨著現代工業的發展，企業對機械零件加工的精度、粗糙度要求日益提高，這對提高加工效率及降低生產成本愈來愈重要。在數控龍門導軌磨床中，立磨頭的旋轉精度、效率及性能，對整機精度、效率及性能尤為重要。YM-K2212W萬能龍門導軌磨床是某公司開發的新產品，為了提高整機性能，該公司對導軌磨床進行了認真地分析和研究，并對立磨頭結構進行創新設計。在采用新技術的同時，公司研發人員對整機進行了優化匹配，使整機精度和性能得到較大提升，滿足了市場需求。

1 現有結構的類型及特點分析

（1）普通手動旋轉機構如圖1所示。用手動方式松開夾緊螺釘旋轉定位后，用夾緊螺釘夾緊固定立磨旋轉機構，進行角度磨削加工。其特點是結構簡單、造價低廉。缺點是定位精度差、效率低下。適用于普通的燕尾導軌磨床，如某公司生產的Y2-1003A燕尾導軌磨床。

（2）蝸輪、蝸桿手動旋轉機構如圖2所示。用手動方式松開夾緊螺釘后，再用扳手扳動蝸桿軸，從而帶動蝸輪旋轉，旋轉定位后，用夾緊螺釘夾緊固定立磨旋轉機構，進行角度磨削加工。其特點是結構簡單、造價低廉，由于蝸輪、蝸桿有自鎖性，定位精度、效率較第一種結構好。定位精度與蝸輪、蝸桿加工精度、裝配精度有關。適用于小型導軌磨床，如某公司生產的YM-KD3008、YM-KD2010龍門導軌磨床。

（3）交流伺服開環數控旋轉機構如圖3所示。該機構為開環控制，工作時由數控系統發出指令，液壓夾緊裝置松開，伺服電機帶動蝸輪旋轉，旋轉到位后，液壓夾緊裝置夾緊立磨旋轉機構，進行角度磨削加工。其特點是開環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，適用于大、中型導軌磨床，如威海華東數控出產的SGN30130A定梁式數控龍門導軌。缺點是夾緊軸體積相對較大，且開環控制無法檢測角度是否旋轉到位。

（4）某公司自主創新開發的閉環數控旋轉機構如圖4所示。總結上述3種結構的優缺點，某公司在大、中型導軌磨床開發中，創新設計了立磨閉環數控旋轉機構。該結構由置于滑枕頂部的伺服電機及減速機驅動置于滑枕內部的垂直長傳動軸，再經蝸桿-蝸輪副驅動立磨頭繞水平軸實現旋轉進給運動，該結構緊湊、使用性能好。

2 立磨閉環數控旋轉機構的設計與開發

立磨閉環數控旋轉機構的研發成功，實現了成型磨削所需的全閉環高精度角度控制。為實現該立式磨頭繞水平軸旋轉的高精度角度伺服控制，采用了伺服電機直接驅動蝸桿-蝸輪帶動立式磨頭繞水平軸旋轉所需角度，并經同軸的圓光柵實現轉角的全閉環控制，以提高角度伺服控制的精度。同時，為實現與之匹配的磨頭松開，定位旋轉及鎖緊功能，采用了“均布三油缸+蝶形彈簧+剎盤”的緊湊結構（如圖5所示），在數控平面（導軌）磨床上配上該磨頭，可實現成型磨削，延展了機床類型。

實現立磨閉環數控旋轉機構磨頭松開、定位旋轉及鎖緊功能的液壓控制原理如圖6所示。當磨頭處于夾緊狀態時，油泵打出的油經電磁換向閥4回油箱，系統處于卸荷狀態，此時磨頭由碟形彈簧夾緊。磨頭旋轉時，電磁換向閥電磁鐵得電，壓力油進入磨頭夾緊油缸，當磨頭夾緊油缸里的壓力達到松開碟形彈簧的壓力時，壓力繼電器發出信號，磨頭由伺服電機直接驅動蝸桿-蝸輪帶動立式磨頭繞水平軸旋轉到所需角度后，電磁換向閥電磁鐵失電，系統卸荷，磨頭被碟形彈簧夾緊。

某公司開發的單磨頭萬能龍門導軌磨床YM-K2212W，就采用了閉環數控旋轉機構，整機性能可靠，定位精度高，磨削精度為0.02 mm/1 000 mm，粗糙度為0.063，整機實物如圖7所示。該結構屬國內先進技術，高精度、高效率地實現成型磨削，降低了產品成本，提升了產品性價比，拓寬了市場空間。

參 考 文 獻

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