裝備制造業(yè)是一個國家工業(yè)的基石，其能夠為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)及現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。數(shù)控工具磨床，尤其是多軸數(shù)控、多軸聯(lián)動的數(shù)控工具磨床，是實現(xiàn)高效、高質(zhì)量磨削，制造精密、復(fù)雜形狀刀具的高、精、尖的關(guān)鍵設(shè)備，也是各類數(shù)控機床中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、自動化程度較高、精度與可靠性要求較高的機電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，其研究開發(fā)具有相當大的技術(shù)難度，較大的市場需求量。采用數(shù)控工具磨床對刀具進行磨削加工，必須依靠刀具磨削加工技術(shù)及編程技術(shù)，而目前各種復(fù)雜形狀刀具的磨削加工技術(shù)與編程軟件，在國外也屬于專利技術(shù)或者保密技術(shù)，價格非常昂貴。鑒于此，現(xiàn)今世界上也只有極少數(shù)的廠商可以生產(chǎn)高性能的數(shù)控工具磨床。

1　五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床工作臺設(shè)計的基本要求

　　五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床作為一種高精密的數(shù)控裝備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度可靠性要求高，通常是由機床的主運動部件、進給運動部件、輔助部件與機座等組成。機床應(yīng)選用多少個坐標軸，采用哪幾個軸進行聯(lián)動，這位機床運動學(xué)所考慮的主要問題。通過加工對象及加工方法分析，五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的運動原理可滿足任意刀具的磨削運動要求。其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，有轉(zhuǎn)臺式、立式、臥式、帶刀庫等布局形式，機座形式也分為有底座式、龍門式、立柱式等。為了實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，工具磨床可有多種結(jié)構(gòu)的布局形式，對應(yīng)的工作臺形式也是各不相同。

　　一般情況下，工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足以下要求：（1）刀具磨削通常要求一次裝夾來完成對工件所有切削面的粗精加工，此時，工作臺應(yīng)能夠滿足進行多片砂輪加工的操作要求，以及自動換刀機構(gòu)的工作要求；（2）刀具主要是由各種復(fù)雜的曲面構(gòu)成，所以對于多軸聯(lián)動加工的要求工作臺的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足，從而保證在工作的范圍內(nèi)各個運動軸不會出現(xiàn)運動干涉的現(xiàn)象；（3）工作臺既要能承受在粗磨時所產(chǎn)生的大磨削力，又要能保證在精加工時的高精度，所以要求其剛度大、運動精度高、穩(wěn)定性好，此外，要具有較小的熱變形。

2　五軸聯(lián)動數(shù)控磨床工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　2.1　工作臺進給系統(tǒng)

　　在刀具磨削加工的過程中，工作臺進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性都會對工件的尺寸精度及輪廓的精度產(chǎn)生影響。因此，對于摩擦阻力小、系統(tǒng)穩(wěn)定、動精度高、運動部件慣量小等要求，機床的進給系統(tǒng)應(yīng)需滿足，從而要求其傳動元件必須具備摩擦阻力小、剛度大、傳動間隙小、靈敏度高等特點。

　　軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床工作臺的進給、旋轉(zhuǎn)運動都可以采用單獨的伺服電機來直接驅(qū)動絲杠螺母的傳動，把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成為為直線運動。然后，通過數(shù)控系統(tǒng)來協(xié)調(diào)控制各軸之間的聯(lián)動，省去皮帶或者齒輪傳動副的使用，來最大限度的減少傳動誤差，提高傳動的精度。此外，機床導(dǎo)軌必須具有小摩擦力，高耐磨性的要求。綜上分析，其可采用如圖1所示的滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。

　　圖2為磨床工作臺的傳動系統(tǒng)，滾珠絲杠螺母被固定在進給工作臺拖板的上面，X、Y、Z伺服驅(qū)動電機通過波紋管式聯(lián)軸器直接與滾珠絲杠進行連接。滾珠絲杠在伺服電機的驅(qū)動下進行轉(zhuǎn)動，從而對各個方向的拖板沿導(dǎo)軌的運動進行驅(qū)動。數(shù)控工具磨床集粗、精加工于一體，位于三坐標的工作臺既要能承受在粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力，又要能保證在精加工時的高精度。所以，對于零件要求具有剛度大、強度高、抗振性強、熱變形小、內(nèi)應(yīng)力低等特點。工作臺機體零件材料可以選用高強度的優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，采用半封閉截面的鑄件，對內(nèi)部隔板和肋條進行合理布置，并加寬其導(dǎo)軌面，從而提高整體的剛度。

3　典型數(shù)控工具磨床分析

　　澳大利亞ANCA公司開發(fā)的生產(chǎn)型產(chǎn)品ANCA　TX7+CNC型五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床，采用了可變的用戶程序，可實現(xiàn)對復(fù)雜工件進行磨削，由于采用人機對話方式，能夠?qū)Ξ愋蔚毒哌M行直接編程。該產(chǎn)品的五根數(shù)控軸分別為工件回轉(zhuǎn)A軸、工作臺移動X、Y、Z三軸及主軸體的回轉(zhuǎn)C軸。根據(jù)三維CAD來設(shè)計的機床具有寬大的空間，主軸前端接近旋轉(zhuǎn)C軸的機械中心位置。由于機床立柱采用整體澆注的封閉龍門框架結(jié)構(gòu)，具有剛度大、強度高等特點，從而保證了機床在高速強力切削時的穩(wěn)定性。自動砂輪轉(zhuǎn)換器能夠在4S內(nèi)同時轉(zhuǎn)換冷卻管與砂輪，一次最多可以完成對8個砂輪的裝夾設(shè)置，從而實現(xiàn)對復(fù)雜刀具一次裝夾完成的全部加工。此外，由于砂輪夾緊系統(tǒng)采用錐面和端面面接觸，從而保證了高精度、高剛度的要求。

　　該機床電主軸的冷卻采用通用的外殼循環(huán)油冷卻，此外，其帶有在線動平衡測試軟件模塊，在安裝好砂輪桿后運行該模塊，屏幕上會提示砂輪桿的動不平衡量及其相位角，通過人工添加配重螺釘就能完成對動平衡的修正。ANCA　TX7+CNC型五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的各數(shù)控軸具有微米級的分辨率，兩個旋轉(zhuǎn)軸分辨率高達0.00010°，三個直線軸分辨率達到0.0001mm。這樣，可以有效的完成對各種類型的立銑刀、扁鉆、鉆頭，階梯和成形的刀具，帶有子刃的階梯鉆，標準的和切鋁的旋轉(zhuǎn)挫，鎖眼孔沖頭，整形移植件，杉樹形銑刀及其他特殊的刀具的設(shè)置、磨削。

4　結(jié)語

　　本文根據(jù)五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的加工特點，對磨床工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了一定的研究，總結(jié)出了五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床工作臺設(shè)計時所遵循的要求，提出了數(shù)控工具磨床合理的工作臺結(jié)構(gòu)、進給系統(tǒng)設(shè)計方案，最后對大利亞ANCA公司的TX7+CNC型工具磨床進行了分析，對數(shù)控工具磨床及其他數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的參考價值。