五轴联动数控工具磨床工作台运动方案与结构设计

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1、第4期(总第167期)机械工程与自动化No．42011年8月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMATIONAug．文章编号：1672—6413(2011)04—0209—03五轴联动数控工具磨床工作台运动方案与结构设计崇崔建昆，范灏，奚伟辰。，卢强，张立阳(1．上海理工大学机械学院，上海200093；2．上海第三机床厂，上海201600；3．上海工具厂有限公司，上海200093)摘要：数控工具磨床是硬质合金刀具加工的关键设备。结合五轴联动数控工具磨床的研制，根据刀具磨削加工的特点和技术要求，系统分析了常见五轴联动数控工具磨床的系统布局，讨论比较了不同工作台结构

2、型式的特点，提出了数控工具磨床合理的工作台结构和进给系统设计方案，在此基础上完成了工作台零部件的结构设计。关键词：数控机床；五轴联动数控；工具磨床；机床工作台中图分类号：TG593文献标识码：A1概述工作台的结构设计通常要满足以下几点要求：①在金属切削加工中，普通高速钢刀具和焊接硬质刀具磨削往往要求一次装夹完成工件所有切削面的粗合金刀具逐渐被精密硬质合金整体刀具和各种数控可精加工，工作台应能满足进行多片砂轮加工以及自动转位刀具所替代。与传统高速钢刀具相比，整体硬质合换刀机构的工作要求；②刀具主要由各种复杂曲面构金刀具的特点是硬度高、脆性大、工作曲面形状复杂，成，因此工作台结构应

3、满足多轴联动加工的要求，保利用传统加工方法难以满足要求，一般采用数控工具证各个运动轴在工作的范围内不产生运动干涉；③工磨床加工。近年来，高精度多轴联动数控工具磨床的推作台既要能够承受粗磨时产生的大磨削力，又要能够出和性能的不断完善，满足了硬质合金刀具高精度磨保证精加工时的高精度，因此要求刚度大、稳定性削加工工艺的需求，促进了硬质合金刀具的应用。好、运动精度高，同时热变形小。五轴联动数控工具磨床主要是对球头立铣刀、圆3工作台布局方案及分析弧刃立铣刀、直角头立铣刀、锥形立铣刀、铰刀、端考虑砂轮与工件之间的相对位置变化，数控工铣刀等各类切削刀具进行磨削加工。为了实现刀具复具磨床的布局

4、一般可分为两种型式：一种是砂轮平杂曲面的磨削，加工时工件需要在空间完成复杂的运动、工件转动；另一种为砂轮转动、工件平动。根动，这就要求刀具磨床的工作台具有多个自由度并能据工具磨床的加工特点和常规结构，可以提出多种够实现高精度的多轴联动，因此磨床工作台的结构设工作台结构方案，图1为传统的万能工具磨床工作计对于保证刀具加工质量具有十分重要的意义。台结构形式。该结构属于摇臂式，其结构形式复杂，2工具磨床工作台设计的基本要求磨头可以水平摆动和垂直摆动，磨头的转动采用两个工具磨床作为一种高精密的数控装备，结构复齿轮传动链，为了能够完成较多的加工要求，工作台杂，精度要求高。一般由机床的主运

5、动部件(砂轮)、除了有直线传动之外，还要求工作台在圆周方向上有进给运动部件、辅助部件和机座等组成。结构形式各进给运动和分度运动。因此工件安装在回转工作台不相同，布局形式有转台式、立式、卧式、带刀库上，并可以进行大角度摆动，以满足刀具多工艺加工等，机座形式也分为有底座式、立柱式、龙门式等。要求。但由于采用两个轴传动链，多级齿轮传动的方为了实现刀具和工件的相对运动，工具磨床可以有多式，且传动链长，精度很难保证。另外，其结构复种结构布局形式，对应的工作台形式也是多种多样。杂，制造装配工艺要求高，不易于维护。亲上海市重大技术装备首台业绩突破项目(0706022)收稿日期：2011—o4

6、—06作者简介：崔建昆(1964一)，男，四川成都人，副教授，博士，主要研究方向：数控机床结构设计。·210·机械工程与自动化2011年第4期图2为砂轮平动、工件摆动的方案，这种结构与上，工件轴A轴固定在Z工作台(拖板)内，并嵌入到传统工具磨床的结构相似，采用工作台回转形式，共立柱内侧，该方案布局合理，占用空间小，是比较合有3个直线移动轴和2个旋转轴。与砂轮转动轴平面理的工具磨床工作台结构。垂直的水平轴，实现工件的纵向直线进给运动；与砂轮转动轴线平行的水平轴，实现磨头的横向移动；z轴实现磨头在垂直方向的移动，同时工件轴还可以绕自身轴线旋转运动。该方案的结构比较简单，不足之处在于

7、刚度较低。工作台的回转一般要靠齿轮齿条副工件实现，机械结构复杂，传动链长，精度差。图3立式工作台方案图1万能工具屠床工作台方粟图3为立式工作台方案，同样采用工作台回转式，但工件回转支承台是外置的，安装维修方便。磨头安装在Z轴导轨上(图中未画出)加工时，轴、l，轴一般只用来执行砂轮的定位，工件轴既可以绕自己的轴线作回转运动，又可以做直线运动，还可以随着支撑台作回转运动，这样避免了磨头的摆动，增加了主轴的刚性。该工作台的整体机构比较简单，但大进图4三坐标工作台方案图5为采用三坐标工作台方案设计的