免费在线月 机床与液压 Aug．2016 第44卷第16期 MACHINETOOL＆HYDRAULICS V01．44No．16 DoI：10．3969“．issn．100卜3881．2016．16．007 五轴联动数控工具磨床的开发 杨克，张耀娟，刘健侠 (北华大学机械工程学院，吉林吉林132021) 摘要：随着现代制造技术的发展，对特型刀具的品种和刃形的要求越来越高。而用普通工具磨床和传统生产工艺方法 很难加工这些刃形复杂的刀具。针对这一现状自主开发一种五轴联动数控工具磨床，该五轴联动数控工具磨床能实现对球 头立铣刀等多种硬度高、刃形复杂刀具的磨削加工，且一次装夹能完成所有的精加工。 关键词：五轴联动数控工具磨床；特型刀具；技术难点 中图分类号：TG596文献标志码：B 文章编号：100卜3881(2016)16—024—3 ofFive．a嫡sCNCToolGrinder DeveloDment YANG Ke，ZHANGYaoiuaIl，UUJianxia ofMechanical Jilin 132021，China) (CoUege Engineering，BeihuaUniversity，Jilin Wi山the ofthemodem demandsonthe 0f t00laJldknife— Abstract： development manufacturingtechnology，the speciesspecial are t00lsare dif6cultto nomalt001 aIldtraditional edge increasing．However，thecompIicatedvery processby grinder pmduction kind t001 was wasable hardnessand viewofthis offive—a耐sCNC situation，a developed．Thegrinder to目rindhigh pmcess．In grinder toolslikeballmillsandsoon，Inaddition，aUworkcouldbefinishedina complex precision sin91esetup． CNC dimculties Keywords：Five—a】(ist001别nder；Specialtool；Technical 工具磨床自1889年美国辛辛那提公司开始制造趋势[3]。 以来，发展一直比较缓慢。直至20世纪70—80年代，1 五轴联动数控磨床开发设计 为了适应刀具、模具及切削加工的要求，以及全球制 1．1 整体结构 造业的发展，刀具刃磨才受到极大重视。进入21世 自主研发的五轴联动数控磨床采用卧式工作台。 纪后，随着对刀具的需求量急增，以及对刃形的要求 其产品结构如图l所示。该五轴联动数控磨床主要由 越来越复杂，数控工具磨床应运而生，改变了传统的 y轴伺服电机l、y轴伺服电机座2、联轴器3、缓冲 磨削工艺过程¨]。五轴联动数控工具磨床主要对球头 块4、y轴滚珠丝杠5、转台固定座6、工件转台7、 立铣刀、圆弧刃立铣刀、直角头立铣刀、锥形立铣 磨头机械主轴单元8、主轴电机9、z轴伺服电机座 刀、铰刀等各种切削刀具进行磨削加工，能缩短零件 的生产周期、提高零件的加工精度和生产效率[2]。随 身14、滚珠丝杠轴承座15、z轴导轨座16、x轴伺 着市场对五轴联动数控磨床需求的不断增加．研发五 服电机组件17等零部件组成。 轴联动数控磨床已经成为我国数控机床行业的发展 1一y轴伺服电机 2一r轴伺服电机座 3一联轴器 4一缓冲块 5一y轴滚珠丝杠 。6一转台固定座 ”7一工件转台 8一磨头机械主轴单元 17卜主轴电机 1卜z轴伺服电机座 lI—-z轴伺服电机 12一同步带 13—x轴滑板 14一床身 15一滚珠丝杠轴承座 16__Z轴导轨座 17—x轴伺服电机组件 a)五轴联动数控工具磨床整体机构主视图 (b)五轴联动数控工具磨床整体机构俯视视图 图l 五轴联动数控工具磨床整体机构 收稿日期：2015—07—29 基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究重点资助项目(2015159) 万方数据 第16期 杨克等：五轴联动数控工具磨床的开发 ·25· 该五轴联动数控磨床可实现对球头立铣刀、圆弧 该五轴联动数控工具磨床能实现一次装夹完成所有切 刃立铣刀、直角头立铣刀、锥形立铣刀、铰刀等各种 削面的粗、精加工，工作台能满足多片砂轮同时加工 切削刀具的磨削加工。具体参数如表1所示。五轴联 以及自动换刀的要求，工作台既能承受粗磨时产生的 动数控磨床三维模型如图2所示。 大磨削力，又能保证精加工时的高精度。 表l 五轴联动数控磨床参数 1．3传动系统 X、y、Z400mx300蚴× 与普通机床相比，该五轴联动数控工具磨床在传 轴行程 200r砌 !蠢董 4片’’。 砂轮数 动方面最大的特点就是整个传动过程中不使用皮带传 动或齿轮传动，而是采用伺服电机、联轴器、滚珠丝 曰轴行程 连续360。 砂轮杆锥度譬嚣冀雾 杠来传递动力。具体的动力传动过程如下： C轴行程 ±120。 刀柄锥度 BT40 (1)伺服电机通过联轴器直接与滚珠丝杠连接， 最大刀杆直径 西20Ⅱ皿 主轴功率 6kw 将伺服电机输出的转动通过滚珠丝杠转化为直线 r／min 最小刀杆直径 西3r啪 主轴转数 5000 运动。 最大磨削长度 250mm 重复定位精度 O．005 (2)滚动丝杠的螺母固定在进给工作台拖板上， 砂轮孑L径 20mm 最大砂轮直径 150mm 带动工作台做进给运动，从而驱动五轴联动数控工具 磨床各个方向的拖板沿着既定的轨道运动。由于整个 传动过程中不使用皮带传动或齿轮传动，最大限度地 减少了传动误差，提高了传动精度。另外，为了最大 限度地减小摩擦力，该五轴联动数控工具磨床采用了 滚动轨道．在进一步减小摩擦阻力的同时，又降低了 传动间隙，提高了机床的灵敏度旧j。 2五轴联动数控磨床开发技术难点 五轴联动数控系统是发达国家一直限制对中国出 口的产品．加快研发国产数控系统也就成了我国发展 数控机床行业的亟待解决的问题。五轴联动数控磨床 的开发是一个反复设计、试验、修改的过程。在开发 过程中主要存在以下3个技术难点：

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