1 引言

　　數(shù)控機(jī)床是高精高效的機(jī)床制造枢菇、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)三者結(jié)合的產(chǎn)物驮肄。隨著國外高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的進(jìn)口和國外數(shù)控技術(shù)的引進(jìn)，我國的數(shù)控機(jī)床制造得到快速發(fā)展壕哩。隨著機(jī)床結(jié)構(gòu)研究的突破钧宠、大量成熟功能部件的出現(xiàn)、生產(chǎn)效率及功能的不斷提高扎运，數(shù)控磨床在市場需求引導(dǎo)下瑟曲，以專用磨床為先導(dǎo)，逐步完成了從可編程控制器(PLC)為主的機(jī)電一體化產(chǎn)品向數(shù)控產(chǎn)品的方向發(fā)展绪囱。開展數(shù)控專用磨床設(shè)計(jì)测蹲、制造莹捡、應(yīng)用已成為新的潮流鬼吵。

　　2 新設(shè)計(jì)思路

　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是按單一機(jī)床應(yīng)具備的功能進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、總體布局設(shè)計(jì)：對(duì)各部件進(jìn)行原理設(shè)計(jì)篮赢、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)齿椅、零件設(shè)計(jì)：制定工藝方案：設(shè)計(jì)、制造工裝夾具：進(jìn)行機(jī)床的試制启泣。一種新產(chǎn)品或?qū)C(jī)產(chǎn)品開發(fā)周期都在一年以上涣脚。

　　隨著功能模塊化設(shè)計(jì)思想的出現(xiàn)，典型的平臺(tái)(床身)部件寥茫、主軸部件遣蚀、進(jìn)給部件、控制部件纱耻、(液壓善答、氣動(dòng)、機(jī)械)驅(qū)動(dòng)部件刺盏、支承定位部件缤币、檢測部件的獨(dú)立化，機(jī)床設(shè)計(jì)從單一機(jī)床設(shè)計(jì)變?yōu)闄C(jī)床系列化設(shè)計(jì)锡迅。開發(fā)一種系列產(chǎn)品旬敞，只進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、總體布局設(shè)計(jì)单葡，選用典型部件深境，加上少量的零件設(shè)計(jì)，不用試制，即可成為新產(chǎn)品或商品旅雇。在保證制造周期的前提下至沸，可大大壓縮設(shè)計(jì)周期。

　　模塊化進(jìn)一步發(fā)展振害，大量典型部件的社會(huì)化盖扔、標(biāo)準(zhǔn)化，各種各樣的功能部件出現(xiàn)缘缚，使我們的機(jī)床設(shè)計(jì)只在選用功能部件的狀況下開展總體設(shè)計(jì)勾笆。作為機(jī)床制造廠，關(guān)鍵要設(shè)計(jì)出適應(yīng)性好的機(jī)床平臺(tái)桥滨，即：能安裝各種可采購的功能部件窝爪，適應(yīng)各種加工功能，有很好的防護(hù)功能齐媒，能成為一件藝術(shù)品蒲每。
　　這就是簡化、標(biāo)準(zhǔn)化喻括、要素化邀杏、模塊化匯合的設(shè)計(jì)思想。按這個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路唬血，能提供市場的產(chǎn)品要多樣化望蜡，以滿足各種不同用戶的需要。不久的將來拷恨，產(chǎn)品將按每個(gè)用戶的要求專門設(shè)計(jì)脖律，完全相同的產(chǎn)品不復(fù)存在。按用戶要求生產(chǎn)專用性較強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床已成為主流漩叶，專用化意味著減少多余的功能苹衰、降低產(chǎn)品成本。數(shù)控專用磨床正是依據(jù)這種新的思路開展設(shè)計(jì)的狞朦。

　　3 用戶的成熟工藝是設(shè)計(jì)成功的保證

　　作為機(jī)床設(shè)計(jì)者棘爱，往往是站在制造者的立場，注重機(jī)床功能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)拉盘，而對(duì)機(jī)床如何使用或使用中會(huì)出現(xiàn)哪些問題序敷，在設(shè)計(jì)時(shí)不能充分給予考慮。這種設(shè)計(jì)方法往往不能一次取得成功当糯，甚至可能是失敗的結(jié)局赋昔。因此，現(xiàn)代設(shè)計(jì)者捧练，更要注重機(jī)床的應(yīng)用及應(yīng)用過程的一些經(jīng)驗(yàn)亮绢。

　　數(shù)控專用磨床在設(shè)計(jì)時(shí)有明顯的針對(duì)性箭谴。針對(duì)性的基礎(chǔ)就是用戶對(duì)工件加工工藝積累的一些經(jīng)驗(yàn)或國外專用機(jī)床新工藝的經(jīng)驗(yàn)啟示。在開發(fā)時(shí)俘戈，我們到用戶廠進(jìn)行調(diào)研溉潭、實(shí)踐。了解工件的上少欺、下料喳瓣，支承(長軸或異形軸零件的中心架支承)、裝夾赞别、定位畏陕，磨削參數(shù)(包括：粗磨、精磨的余量仿滔、速度惠毁、光磨時(shí)間)、磨削順序崎页，精度鞠绰、粗糙度、效率飒焦，自動(dòng)測量功能的選用蜈膨，砂輪材質(zhì)及參數(shù)，砂輪修整參數(shù)荒给、頻率掐抢，冷卻液供給壓力及品種候榨，工作溫度的適宜性哗缀，根據(jù)操作者的使用習(xí)慣，調(diào)整夾具的定位方式琅芍、機(jī)床的適宜性板蜻、加工精度及可制造性。

　　使用現(xiàn)有通用磨床加工的用戶甸垄，提出用數(shù)控機(jī)床替代時(shí)捺盖，在加工效率、加工精度疤嘴、可靠性融唬、安全性方面會(huì)有更高的要求。這時(shí)必須在現(xiàn)行成熟工藝基礎(chǔ)上住卿，進(jìn)行新的配置芋困，分析其可行性。使之一次設(shè)計(jì)制造就可商品化矫迹，真正用在生產(chǎn)線上利术。

　　4 通用磨床模塊化

　　數(shù)控專用磨床和通用型磨床都要完成相同的磨削功能呈野。

　　在外圓磨削中，應(yīng)具有支承并帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)及往復(fù)運(yùn)動(dòng)的功能：應(yīng)具有砂輪高速回轉(zhuǎn)并能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給位移的功能印叁。這就是完成外圓磨削的基本功能被冒，是產(chǎn)品存在的必要條件。將這些功能設(shè)計(jì)成工件頭架模塊(包括傳動(dòng)轮蜕、主軸系昨悼、定位、驅(qū)動(dòng)等)跃洛、尾架模塊幔戏、工作臺(tái)模塊(包括驅(qū)動(dòng)、定位等)税课、砂輪架模塊(包括傳動(dòng)闲延、主軸系、定位韩玩、防護(hù)垒玲、驅(qū)動(dòng)、進(jìn)給等)找颓、磨削中心(可實(shí)現(xiàn)外圓参七、內(nèi)圓、端面狱诊、端面外圓的磨床)轉(zhuǎn)臺(tái)模塊以及砂輪修整模塊村次。這些模塊設(shè)置在一個(gè)床身平臺(tái)上，加上一些控制系統(tǒng)及輔助功能模塊件策，即可開發(fā)出一臺(tái)通用磨床痒弃。這些模塊的特點(diǎn)是：

　　功能獨(dú)立化 模塊獨(dú)立，易于在統(tǒng)一平臺(tái)上拼組和搭配獨(dú)立性強(qiáng)的電氣巩樟、數(shù)顯仆扰、檢測、液壓和冷卻系統(tǒng)等模塊艰捶，構(gòu)成多種變型品種祟放，實(shí)現(xiàn)不同加工精度、不同工作性能伤主、不同自動(dòng)化程度及不同加工效率的機(jī)床衡喧。

　　基礎(chǔ)件功能化 基礎(chǔ)件是指機(jī)床的大件，如床身玫氢、工作臺(tái)帚屉、箱體和滑座等，它們大多使用鑄件或焊接件琐旁，毛坯準(zhǔn)備涮阔、加工周期長猜绣，影響產(chǎn)品迅速發(fā)展。因此整個(gè)系列模塊化設(shè)計(jì)一般只采用以同類大型零件為基礎(chǔ)敬特，將之功能化掰邢，使機(jī)床能擴(kuò)大工作空間，適應(yīng)不同的機(jī)床外觀布局伟阔、造型及防護(hù)：使機(jī)床的規(guī)格辣之、性能在保證剛度的前提下具有變化的可能性。一個(gè)磨床床身模塊皱炉，可適應(yīng)各種箱體怀估、滑座的固定，派生萬能型合搅、端面外圓型多搀、高效切入型或其它專用型機(jī)床。

　　適應(yīng)新技術(shù)應(yīng)用 目前新技術(shù)的應(yīng)用往往是以提高效率(高速化)画了、提高加工精度(納米級(jí))虾驰、自動(dòng)化程度(數(shù)控化)、柔性化嫌或、網(wǎng)絡(luò)化為主要目的伊了。只要在基礎(chǔ)件模塊或在箱體、滑座模塊中留有一定空間增設(shè)一些模塊就可實(shí)現(xiàn)喝灌。

　　功能部件社會(huì)化在模塊化思想的指導(dǎo)下各種功能部件栅刚，如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)嘉栽、主軸系慈哗、導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副阀温、冷卻系統(tǒng)印脓、制冷系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)等的獨(dú)立化啡笑、標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)制造，促進(jìn)了模塊化設(shè)計(jì)法的發(fā)展黄鳍。數(shù)控專用磨床的大量功能模塊來源于工廠自身的通用磨床模塊及可采購的社會(huì)配套的功能部件推姻。

　　5 主要設(shè)計(jì)點(diǎn)

　　1) 工作臺(tái)面的布置設(shè)計(jì)

　　專用磨床是根據(jù)一些典型零件(如曲軸、凸輪軸框沟、氣閥藏古、左右曲柄、偏心軸忍燥、萬向節(jié)拧晕、齒輪軸等)進(jìn)行高效率磨削隙姿。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)厂捞，要在選擇的通用磨床的平臺(tái)(工作臺(tái))上输玷，針對(duì)工件進(jìn)行磨削工藝分析，設(shè)置相應(yīng)的專用部分靡馁。這些部分包括：

　　·工件上下料 較小的工件多采用自動(dòng)上下料欲鹏。較大的工件由人工上料至輔助托架上，采用翻轉(zhuǎn)機(jī)械手將工件送出來臭墨，人工下料赔嚎。

　　·工件的支承 包括工件定位前的輔助托架及工件定位的頭、尾架頂尖支承乐肿，或頭架卡盤支承珠技。配置相應(yīng)的輔助功能，如用潤滑冷卻液注入頂尖孔软雹，防止支承定位熱變形焦赋。

　　·工件的驅(qū)動(dòng)及準(zhǔn)停 通過頭架主軸撥盤或裝在可回轉(zhuǎn)型的主軸卡盤上，驅(qū)動(dòng)工件回轉(zhuǎn)凑戏。對(duì)一些外圓異形的工件(曲軸鲁磺、凸輪軸等)，在驅(qū)動(dòng)停止時(shí)裆机，應(yīng)停在好裝卸的位置上跋园，驅(qū)動(dòng)裝置就應(yīng)有準(zhǔn)停功能。

　　·工件安裝識(shí)別 根據(jù)工件的特點(diǎn)狼憋，設(shè)計(jì)安放在輔助托架的軸向及徑向定位息栖，通過光電或無觸點(diǎn)信號(hào)控制，防止人為安裝時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤奖瞳。

　　·工件的軸向定位 以工件某一肩面作為軸向定位基準(zhǔn)鹿蜀。通過工件軸向數(shù)控軸進(jìn)給，讓定位量儀與工件定位肩面接觸發(fā)信服球，獲得數(shù)控坐標(biāo)軸編程的基點(diǎn)茴恰。對(duì)某些工件用自身肩面在安裝時(shí)就完成軸向定位，可不設(shè)置定位量儀斩熊，以簡化磨削工藝往枣。但對(duì)前工序的定位肩面加工精度要相應(yīng)提高。

　　·工件的自動(dòng)測量 對(duì)于微米級(jí)的磨削精度粉渠，一般都要配置工件在線自動(dòng)測量裝置分冈。絕大部分的自動(dòng)測量安裝在臺(tái)面上，通過編程控制霸株，卡入工件測量雕沉，發(fā)出粗集乔、精、到尺寸的信號(hào)并退出工件坡椒。

　　·工件的磨削冷卻 大多采用高壓扰路、大流量、具有磁肠牲、紙過濾煞精，甚至帶制冷裝置的冷卻系統(tǒng)。

　　·砂輪相對(duì)工件的原點(diǎn) 砂輪不同于車厌棵、銑因郁、鉆削的刀具，它極易損耗醇票，外形尺寸在不斷變化加鄙。隨著砂輪尺寸變小，砂輪架位置不斷向前移動(dòng)速郑。設(shè)計(jì)時(shí)溜盾，要考慮砂輪架移動(dòng)的極限位置，可能干涉的空間位置溃皮，可能進(jìn)行砂輪修整的位置盔却。對(duì)一些一次切入可實(shí)現(xiàn)端面及外圓磨削的機(jī)床，砂輪相對(duì)工件傾斜30°角熬皮，砂輪架進(jìn)給方向移動(dòng)量與垂直方向移動(dòng)量有一個(gè)函數(shù)關(guān)系奖锦。因此，要求數(shù)控系統(tǒng)具有斜軸功能幽七。

　　·設(shè)置砂輪修整 砂輪修整裝置大多設(shè)置在工作臺(tái)面上或頭架上景殷，以充分利用兩個(gè)進(jìn)給數(shù)控軸的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)砂輪外圓的成型修整。這樣澡屡，大大簡化了機(jī)床結(jié)構(gòu)猿挚。目前薄型金剛石滾輪修整裝置的出現(xiàn)，可大大提高砂輪修整精度驶鹉。

　　臺(tái)面布置設(shè)計(jì)绩蜻，就是以工件為核心，通過工藝分析將上述各種配置用現(xiàn)有的模塊、功能部件及少許的工藝件組合在一起的設(shè)計(jì)。由于臺(tái)面安放裝置較多寂屏，設(shè)計(jì)時(shí)炸裆，一定要逐一準(zhǔn)確無誤地對(duì)裝置的安放、運(yùn)動(dòng)范圍碱妆、空間肉盹、人為的干涉度及工藝件的配置作出設(shè)計(jì)昔驱，直至能以此編輯出機(jī)床的磨削程序?yàn)橹鳌?/p>

　　2) 造型設(shè)計(jì)

　　同其它數(shù)控機(jī)床一樣，數(shù)控專用磨床在造型設(shè)計(jì)(外觀設(shè)計(jì))上已成為與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法不同的關(guān)鍵部件纺榨。造型設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)就是機(jī)床外觀設(shè)計(jì)榄湿。它包括總體布局設(shè)計(jì)、防護(hù)設(shè)計(jì)彰怒、管線設(shè)計(jì)宛扒，同時(shí)三者又密切關(guān)聯(lián)。

　　總體布局設(shè)計(jì) 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床總體布局是給觀賞者的一個(gè)直觀感覺：美觀凶健、勻稱治队、線條流暢、色調(diào)明亮添祈、立體性強(qiáng)鼻肉、整體性強(qiáng)(機(jī)、電恒猴、液荡拌、氣一體化)：給使用者一個(gè)人性化適宜的感覺：機(jī)床操作簡便，上下工件诉母、調(diào)整窿猿、維護(hù)、故障排除方便常侣。

　　由于普通機(jī)床上的大量的機(jī)械操作手輪在數(shù)控機(jī)床上均不存在蜡饵，使用者只通過(手持)鍵盤上的電氣按鈕操作機(jī)床，因此可將機(jī)床與操作者隔離袭祟，全封閉起來验残。這是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)之一。

　　總體布局設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合設(shè)計(jì)巾乳，一種想象力的設(shè)計(jì)您没。它不同于一些原理性的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〉ò恚現(xiàn)在大量機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)的軟件展示在我們面前氨鹏。設(shè)計(jì)者可瀏覽大量不同類型機(jī)床的外觀圖庫，并通過各部分的著色變化压状、各外觀模塊的位置調(diào)整仆抵，找到一個(gè)適宜機(jī)床總體外觀造型的效果圖。就好像一臺(tái)已做好的機(jī)床擺在我們面前去觀賞种冬、評(píng)價(jià)镣丑，從中找出不足之處進(jìn)行改進(jìn)，使之一次研制成功。

　　對(duì)數(shù)控專用磨床而言漂岔，除滿足上述要求之外脊直，還應(yīng)針對(duì)磨削工件的特殊性，以便于操作者上下工件辰想、操作安全性為目標(biāo)考慮布局辖醒。而影響外觀布局設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分就是機(jī)床平臺(tái)(床身)的設(shè)計(jì)。

　　防護(hù)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的高速化远驹、高自動(dòng)化梧部、高壓驅(qū)動(dòng)、高壓冷卻安坏，大量油泊嗤、水、氣滲漏艰欲、飛濺庐冤，都給操作者、周圍環(huán)境帶來一些危險(xiǎn)感破罐、污染感泡徙。因此，從現(xiàn)代安全防護(hù)的觀點(diǎn)出發(fā)膜蠢，數(shù)控專用磨床與數(shù)控機(jī)床一樣堪藐，將機(jī)床加工區(qū)域、移動(dòng)部件挑围、管線屏敝與操作者隔離礁竞，并設(shè)計(jì)成封閉型。這也是對(duì)機(jī)床總體造型提出的一項(xiàng)要求杉辙。防護(hù)設(shè)計(jì)不僅僅是一個(gè)全封閉的概念模捂。為了安全操作，安全運(yùn)行蜘矢，機(jī)床還需要設(shè)計(jì)大量的運(yùn)動(dòng)聯(lián)鎖裝置狂男。如：開門斷電，工件置換時(shí)砂輪的封閉品腹，回收岖食、凈化引起污染的廢液：在操作者最直觀的地方設(shè)置大量的警示標(biāo)志。

　　管線設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床簡化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)舞吭，需要用電泡垃、液、氣進(jìn)行控制及驅(qū)動(dòng)骚钮，再加上冷卻秘鳞、制冷等垛夷，需連接大量的管線。如何處理好這些不同專業(yè)的管線是我們現(xiàn)代設(shè)計(jì)者要解決的問題躯琐。

　　管線設(shè)計(jì)影響到機(jī)床的外觀偷颜、裝配穴厅、防護(hù)囊古、維修、抗干擾盹火、可檢查性狠压。目前管線設(shè)計(jì)大多采用如下辦法：

　　- 機(jī)床全封閉設(shè)計(jì)是最好的解決辦法』┥溃可在防護(hù)罩內(nèi)高掛——屏敝相品，分管線或混管線處理，外觀整潔示婉。

　　- 機(jī)電一體設(shè)計(jì)品山。電柜與機(jī)床平臺(tái)固定在一起，操作箱與電柜為一體或通過標(biāo)準(zhǔn)走線筒將它們連在一起烤低。充分利用平臺(tái)周邊的空間或周邊設(shè)計(jì)成槽型走線肘交，既縮短了線路連接，又利于裝配檢查扑馁、維修涯呻。

　　- 液壓箱及液壓功能的集成、獨(dú)立化腻要，并與機(jī)床平臺(tái)固定在一起复罐，大大減少了管路連接。

　　- 冷卻箱及各種過濾功能雄家、冷凝功能的集成效诅、獨(dú)立，以減少管路趟济。

　　在總體布局時(shí)乱投，盡可能減少機(jī)床占地面積。如電氣柜咙好、水箱占用上下空間蔗须。

　　6 結(jié)束語

　　數(shù)控專用磨床設(shè)計(jì)思路，是通過對(duì)用戶現(xiàn)行磨削工藝經(jīng)驗(yàn)的提練命丑，制定可行的新磨削工藝玛耿，選用大量現(xiàn)行成熟的模塊部件及社會(huì)上的功能部件，重點(diǎn)是設(shè)計(jì)臺(tái)面的布局及造型君订。

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