工具磨床创新结构-龙门式数控工具磨床

精密制造与自动化 2014年第2期

工具磨床创新结构—龙门式数控工具磨床

蔡美富 王晓雄

(陕西工业职业技术学院 陕西咸阳 712000)

摘 要 通过对当前国内、外数控工具磨床的调研，介绍了国外先进的数控工具磨床的特点，分析了当前主流工具磨床结构的特点和关键技术，采取扬长避短并结合未来工具磨床的发展趋势，设计出一种创新型工具磨床结构—龙门式数控工具磨床，满足了刀具行业对工具磨床的需要。 关键词 工具磨床 单立柱结构 双立柱结构 旋转磨头 主轴电动机

1 国内外研究现状和发展趋势

当前，我国一些老牌专业工具磨床厂家在原有的手动工具磨床上进行了数控化的改造，这些产品属于中低档产品，机床的整体刚性不高，多用于磨削量不大的修磨或生产场合。数控工具磨床产品具备以下特点：

1)单立柱、磨头摆动类磨床

(1)在澳大利亚昂科(ANCA)GX7 型工具磨床中采用了固定式单立柱，磨头在立柱上只做水平回转运动，夹持工件的头架作上下运动。

(2)在德国萨克公司(SAACKE)生产的 UW Ⅱ CNC 5 A 型数控工具磨床、 UW ⅡA CNC 6A型数控工具磨床及舒特公司(Alfred H.Schutte)产 的WU405 型五轴数控工具磨床中，立柱采用圆形导轨作上下运动，可在滑台上作前后运动，磨头在立柱顶端上可作水平摆动运动。

(3)在德国舒特公司(Alfred H.Schutte)生产的 WU305 型五轴数控工具磨床中，磨头在矩型立柱上通过直线导轨作上下运动及在滑台上作前后运动，磨头在立柱前方上可作水平摆动运动。

2)单立柱、头架摆动类磨床

单立柱、头架摆动类的机床如日本生产的 CNJ2-30、TG-50型五轴数控工具磨床，意大利戈骑(CUOGHI)生产的 OCTOPUS100 型七轴数控工具磨床，都是以立柱带动磨头作上下运动，立柱可在滑板上作前后运动，头架可作自身转动及水平摆动并在工作台上左右运动。

3)立柱及磨头摆动类机床

立柱及磨头摆动类的机床如AWEMAT2001CNC 5-Axis和HAWEMAT3000CNC 5-Axis 系德国制造的五轴数控工具磨床，其中磨头跟随立柱一起摆动，并可

作上下运动，头架除了可以自身转动外，还能在十字工作台上作前后及左右运动。

4)龙门式立柱工具磨床

在2010年北京国际机床展览会上展出的澳大利亚昂科(ANCA)MX7型工具磨床，是立柱为一个不规则龙门式结构的磨床，磨头可在立柱中间下方水平摆动，头架可在十字滑台上作上下运动。值得一提是由德国生产的 WALTER 磨床又称为龙门式立柱机，其立柱呈半圆形，磨头可在立柱上上下及左右运动，头架可在工作台上摆动并作前后运动。

从国内外数控工具磨床的现状来看，国内数控工具磨床还处在初级模仿阶段，属于中高档的数控工具磨床不多，高档成熟的产品几乎没有。国外的数控工具磨床相对成熟，其精度、速度和刚性都比较高，功能比较齐全，代表了当今数控工具磨床的发展趋势。

2 龙门式数控工具磨床关键技术和创新之处

针对市场用户的需求，研制开发一种磨床整体刚性好、磨头功率大、磨削精度高、有效操作空间大、通用性强和操作方便，能磨削金属切削刀具、木工刀具、非标金属切削刀具及非标零件的龙门式 4 轴联动的数控工具磨床。基于对以上磨床特性的要求，研制出了一种创新型磨床结构—龙门式数控工具磨床，该磨床满足了刀具生产的需要。

1)关键技术

在龙门式数控工具磨床中有4项关键技术： (1)立柱采用整体式的龙门结构。

(2)横梁在立柱上采用直线导轨块,由双伺服电动机驱动滚珠丝杠并带动横梁上下作同步运动。

(3)在横梁上采用了滚动导轨，由伺服电动机

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精密制造与自动化 2014年第2期 带动滚珠丝杠使磨头座在横梁上作左右运动，在水3)结构示意图 平面和垂直面上进行移动调整距离的。 经过长达两年的设计与试制，陕西工业职业技

(4)磨头选用了高速和大功率的电主轴。 术院成功地生产出了3台龙门式数控工具磨床2)创新之处 (MKA6032×4 型数控万能工具磨床)并交付用户(1)立柱采用了整体式的龙门结构。 使用，其结构如图1所示。 (2)横梁通过双伺服电动机带动双滚珠丝杠作 同步上下运动。 X

Z  (3)把磨头座的左右、上下的进给运动布置在

磨床的横梁上。

(4)工作台台面的长向与磨头左右运动的导轨 Y 平行。

将以上4个创新点组合在一起之后，可明显地 显示出该磨床的优势。磨床底座与龙门式立柱固

定连接在一起，横梁与立柱、立柱与磨头座的滑

图1 MKA6032×4型数控万能工具磨床结构示意图 板、工作台与床座之间通过高强度的直线导轨块

和滚珠丝杠连接，磨床的整体刚性强；由高精度的

3 结语 直线导轨块、滚珠丝杠和双伺服电动机带动双滚珠

龙门式工具磨床主要优势在于：磨床的整体刚丝杠作同步运动，保证了磨床精度的稳定性；龙门式

性强，磨头可在水平面、垂直面内旋转，工件活动的立柱及磨头座的左右运动和上下的进给运动，均布

空间大。但也存在一些短处：装配工艺复杂，立柱置在磨床的横梁上，工作台上的工件进给到磨头的

龙门精度相对于磨床来说有一定的差距，横梁承受 下方时，不受结构(立柱)的干涉；工作台仅作前后

的重量有点偏大。以上方面将在今后的工作中进行运动，工作台面简洁，操作空间大；由于是将工作

改进和创新，并希望同行们提出宝贵的意见，共同台台面的长向与磨头左右运动的导轨进行平行布

促进工具磨床的新发展。 置，使磨床的结构和加工空间更加紧凑、合理。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  (上接第29页)

SKIP: 5 结语 R997=0 经过现场多次缜密的测试，此项功能运行正常M5 且程序可靠，对西门子BISHOP断电保护改造后，消MSG(\"EMERGENCY RET AND STOP\") 除了故障的隐患，保障了机床的运行安全。执行程序G4 F100000 经过处理后，提高了零件的加工效率，效果明显。运M02 用这个方法，可以使设备在断电情况下进行安全工 作，解决了设备在失电后的联动和同步关系，为设完成之后下载(LOAD)到NC内，并给予备正常运行及满足生产要求提供了可靠支持。 ENABLE程序使能。

参考文献 完成上述所有操作之后，重新启动设备(NCK

[1] 西门子公司.SIEMENS 840D系统高级编程手册RESET)。设备在上电之后，将控制电源的按钮按

[Z].2006. 下，说明了异步子程序的关系。当设备处在NC程

[2] 西门子公司.541_SINUMERIK_810D/840D简明调试序运行状态且主轴在运动时，将外部的断电信号接

指南技术手册2006[Z].2006. 通后，程序会从当前运行的程序段跳转至RET.SPF

[3] 西门子公司.STEP7编程手册[Z].2006. 子程序，执行相关的退刀动作。

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作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

蔡美富， 王晓雄

陕西工业职业技术学院 陕西咸阳 712000精密制造与自动化

Precise Manufacturing & Automation2014(2)

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