摘要：本文针对刀具加工领域现有工具磨床稳定性及刚性不足、加工干涉及操作不便等问题设计一种新型五轴联动数控工具磨床。
 
 
      关键词：刀具加工   五轴联动数控工具磨床
 
 
      1、引言

      在金属加工领域，整体硬质合金刀具与各种数控可转位刀具逐渐取代普通高速钢刀具和焊接硬质合金刀具。相比普通高速钢刀具，整体硬质合金刀具的特点是：硬度高、脆性大、工作曲面形状复杂，采用传统加工方法难以满足要求，一般采用数控工具磨床加工。

      五轴联动数控工具磨床主要针对球头立铣刀、圆弧刃立铣刀、直角头立铣刀、锥形立铣刀、铰刀、端铣刀等各类切削刀具进行复杂工作曲面的研磨加工。由于研磨的刀具本身刚性较高，因而，在研磨过程中，如何保持设备的稳定性，尤其是在设备使用较长时间后，从而保证加工的刀具产品的精度和稳定性是设计制造此类设备需要考虑的关键要素之一。另外，目前现有工具磨床大多只有一个加工轴头，在研磨一些形状复杂的刀具产品时，需要在加工轴头上安装7~8个砂轮，或者更多。这样，在研磨过程中，容易产生干涉，无法加工出需要的刀具产品，或者在加工过程中需要停止磨床，在加工轴头上更换砂轮，重新设定相应参数，再加工出需要的形状，操作较麻烦。

      本文针对以上问题，设计一种新型五轴联动数控工具磨床。

      2、新型五轴联动数控工具磨床结构设计

      图1 五轴联动数控工具磨床内部结构示意图
 
 
      其中：1—基座；2—加工座；3—加工轴头；4—工件移载机构；41—X轴移动架；42—Y轴移动架；43—Z轴移动架；5—工件装载部；6—喷琳机构。

      如图1所示，加工座2沿着铅锤轴转动连接在基座1上，加工轴头3转动连接在加工座2上且轴心线水平，加工轴头3至少有两个，分别用于安装加工工具从而对安装在加工件装载部5上的加工件进行研磨，两加工轴头的轴心线相重合或平行，其动力机构与程序控制机构相连。工件移载机构4设置在基座1上，是一种三坐标工作台，包括沿X轴滑动设置在基座1上的X轴移动架41、沿Y轴滑动设置在X轴移动架41上的Y轴移动架42、沿Z轴滑动设置在Y轴移动架42上的Z轴移动架43以及相应的移载动力机构。工件装载部5固定在Z轴移动架43上，在Z轴移动架43上设置有研磨工件时对工件进行喷淋的喷淋机构6。

   
      3、新型五轴联动数控工具磨床特点

   
      （1）大理石基座。大理石经长期天然时效，组织结构均匀，线胀系数极小，内应力完全消失，不变形，刚性好，硬度高，耐磨性强，温度变形小。用大理石做磨床基座，相对目前大多数铸铁基座，提高了磨床的加工精度及稳定性。

  
      （2）三坐标工作台结构。实践表明，工作台的结构布局对机床的稳定性有重要影响。目前，工具磨床的工作台结构主要有如下四种：一、传统的万能工具磨床工作台，工作台做直线运动，圆周方向可做进给运动和分度运动，磨头可做水平摆动和垂直摆动；二、磨头平动工件摆动方案，磨头沿两方向（纵向、垂向）直线移动，工作台做横向移动，分度运动及工件转动；三、立式工作台方案，回转工作台外置，工件回转，磨头做横向、纵向及垂向移动；四、三坐标工作台方案，工件在三坐标工作台上做横向、纵向及垂向移动，同时由独立动力机构带动工件回转，磨头回转。其中，三坐标工作台方案由于其更好的稳定性和刚性被本设计采纳。数控工具磨床集粗、精加工于一体，三坐标工作台能够承受粗加工时大吃刀量、大走刀量的最大切削力，同时又保证精加工时的高精度。当加工轴头3上的加工工具砂轮对工件装载部5上的工件进行研磨时，加工座2相对基座1绕铅垂轴转动，同时，加工件在工件移载机构4的作用下实现X、Y、Z轴三维方向的移动。
 
 
      （3）两个加工轴头。两个加工轴头相对设置于转动座的两侧部，轴心线重合，单独控制加工轴头转动的动力机构与程序控制机构相连接，通过电机的正反转来驱动控制。两个加工轴头分别用来安装加工工具（砂轮），从而对安装在工件装载部上的工件进行研磨，避免较多加工工具过于集中。加工时，程序控制机构控制转动加工座，驱动合适的加工轴头上的砂轮对加工件进行研磨。由于具有两个加工轴头，从而使得每个加工轴头上砂轮与砂轮之间的距离增大，避免干涉，加工方便。

    
      另外，在加工过程中，喷淋机构6对工件进行喷淋，起到清洁、润滑、降温的效果。图2所示为本设计工具磨床作业图。
 
 

       图2 新型五轴联动数控工具磨床作业图

     
      4、结束语

      冠亿精密工业（昆山）有限公司作为一家座落于江苏省昆山市的高新技术企业，长期致力于精密工具、非标机及相关专用设备的研发和生产，本新型五轴联动数控工具磨床已投入生产使用，生产出来的产品精度高，倍受客户的青睐。

   
      参考文献：

      【1】乔顺成，窦晓牧. 5轴数控刀具磨床的结构分析. 数控机床与自动化技术专家论坛. 2015.
      【2】李凌祥. 五轴联动数控工具磨床的研发. 金属加工，冷加工. 2014（20）：46-48.
      【3】崔建昆，范灏，奚伟辰，卢强，张立阳. 五轴联动数控工具磨床工作台运动方案与结构设计. 机械工程与自动化. 2011（4）：209-211.

      作者简介：
   
      李朝钦：男，中国台湾籍，1971年2月生，现任冠亿精密工业（昆山）有限公司总经理。
      康进昌：男，中国台湾籍，1969年10月生，现任冠亿精密工业（昆山）有限公司副总经理。