（机械电子工程专业论文）基于复合磨削技术的转塔式多主轴砂轮架的开发.pdf

己tt s 一- 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：逝生吼牡 摘要 摘要 数控高精度复合磨削中心是将外圆、端面外圆、内孔、锥面、曲面、槽、 螺纹等磨削功能通过数控技术高度复合，实现工件一次装卡多工序磨削的功能， 在基准统一的条件下保证工序间的高精度，大大缩减工序问的辅助时间和换型 的调整时间，减少机床和夹具数量，缩短加工周期，节约作业面积，显著提高 经济效益。同时，磨削中心还可以结合高精度磨削技术、高效磨削技术、非圆 磨削技术等概念进一步复合，成为高精度、高效率、多功能的复合精加工中心。 本课题主要是针对数控高精度复合磨削中心所具有的良好柔性特点和高 精、复合的加工特征，研究机床整体布局和高精度、高效磨削主轴结构原理， 开发核心功能部件一转塔式多主轴砂轮架，构建基本研发实验平台，对所研 究的关键功能部件进行实验测试。 首先，提出并详细介绍了复合磨削技术的概念，对数控高精度复合磨削中 心进行了总体设计和布局设计，分析和总结了多种砂轮架布局形式及功能。 其次，重点围绕复合磨削技术开展了转塔式砂轮架设计。本课题对于直驱 转塔式砂轮架多主轴匹配技术进行了深入研究，创造性的解决了高精度与高速 主轴复合结构的关键问题。 最后，研究和设计高精度静压主轴系的结构和参数，分别分析和校核了主 轴和轴承的刚度、强度，优化了设计结果，并通过试验验证。 机床整体布局和转塔式多主轴砂轮架的研究开发是设计数控高精度复合磨 削中心的关键技术，也是本课题的主要研究内容。通过本课题的研究，实现高 精度机床主轴、高速刀柄、精密模具零件外圆、内孔、外曲面、端面、卡槽、 锥面、非圆等部位的高精度复合磨削，整体技术水平达到国外同类产品水平。 数控高精度复合磨削中心是现代制造系统的重要和急需的精加工设备，是 国外制造业制造精度的重要保证手段，被称为“加工母机中的母机”，特别是在 军工、航空、刀具、量具、夹具、机床制造等领域能够突破性的解决大量加工 难题，具有重要研究价值。目前此类设备还只能依靠进口，技术附加值非常高， 价格昂贵，每年造成大量外汇支出。 关键词高精度；复合；复合磨削技术；磨削中心；多砂轮架体 北京工业大学工学硕卜学位论文 a b s t r a c t c n c c o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o ng r i n d i n g c e n t e ro w n st h ef o l l o w i n gg r i n d i n g f u n c t i o n ss u c ha se x c i r c l e ，i n n e rh o l e ，c o n i c a ls u r f a c e ，c u r v e ds u r f a c e ，g r o o v e ，a n d t h r e a d ，b yw h i c ht h ew o r k p i e c ec a nb eg r o u n di nm u l t i - p r o c e s s e sa t o n es e t u pb y m e a n so fc n ct e c h n o l o g yc o m b i n a t i o n ，w h i c hc a ne n s u r eah i g ha c c u r a c yb e t w e e n p r o c e s s e so nb a s i so ft h es a m er e f e r e n c e s ot h a tt h ea u x i l i a r yt i m eb e t w e e n p r o c e s s e sa n dt h ea d j u s t m e n tt i m ef o rc h a n g i n gm o d e lc a n b er e d u c e dg r e a t l y , b o t h n u m b e r so fm a c h i n ea n df i x t u r ea sw e l la sp r o c e s s i n gc y c l ec a na l s ob er e d u c e d ， o p e r a t i n ga r e ac a nb es a v e d ，a n de c o n o m i ce f f i c i e n c yi si m p r o v e dc o n s i d e r a b l y i n a d d i t i o n ，t h eg r i n d i n gc e n t e rc a na l s ob e c o m eac o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o n ，e f f i c i e n t a n dm u l t i f u n c t i o n a lf i n i s hm a c h i n i n gc e n t e ri nc o m b i n a t i o nw i t ht h ef o l l o w i n g c o n c e p t ss u c ha ss u p e r - p r e c i s i o n ，e f f i c i e n ta n d n o n - c i r c u l a rg r i n d i n gt e c h n o l o g y t h es u b j e c ts t u d i e sg e n e r a ll a y o u to ft h em a c h i n e a n ds p i n d l e s t r u c t u r e p r i n c i p l ew i t hs u p e r - p r e c i s i o na n de f f i c i e n c yt od e v e l o pc o r ef u n c t i o n a lp a r t sa n d c o m p o n e n t s - - t u r r e t t y p em u l t i - s p i n d l eg r i n d i n gc a r r i a g e a n db u i l d sa b a s i cr & d e x p e r i m e n t a lp l a t f o r m a n dt e s tt h ek e yf u n c t i o n a lp a r t sa n dc o m p o n e n t si n a c c o r d a n c ew i t he x c e l l e n tf l e x i b i l i t y , s u p e r - p r e c i s i o n a n dc o m p o u n dm a c h i n i n g f e a t u r eo fc n cc o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o ng r i n d i n gc e n t e r f i r s t ，c o m p o u n dg r i n d i n gt e c h n o l o g yi s r a i s e da n di n 拓o d u c e di nd e t a i l t h e w o r ko fg e n e r a ld e s i g na n dl a y o u tp l a nh a sb e e nc o m p l i s h e d i n t h es u b j e c tw h i c h a n a l y s i s e da n ds u m m a r i z e dt h ef o r m sa n dt h ef u n c t i o n so fm a n yk i n d so fg r i n d i n g c a r r i a g e s s e c o n d ，d e s i g n i n gt h et u r r e t t y p em u l t i - s p i n d l eg r i n d i n gc a r r i a g ei sa ne m p h a s i s o nc o m p o u n dg r i n d i n gt e c h n o l o g y t h i ss u b j e c te x t e n s i v e l ys t u d i e s d i r e c t - d r i v e t u r r e t t y p eg r i n d i n gc a r r i a g em u l t i s p i n d l e m a t c h i n gt e c h n i q u e ，a n d t h e k e y t e c h n o l o g yo fc o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o na n dh i g h - s p e e ds p i n d l es t r u c t u r e t h i r d ，t h es u b j e c ts t u d i e sa n dd e s i g n st h es t r u c t u r ea n dt h ep a r a m e t e ro ft h e s u p e r - p r e c i s i o nh y d r o l i cs p i n d l e ，a n da n a l y s i s e sa n dc h e c k st h er i g i d i t ya n ds t r e n g t h t oo p t i m i z et h ed e s i g nr e s u l t r & df o rg e n e r a ll a y o u to ft h em a c h i n ea n dt u r r e t t y p em u l t i s p i n d l eg r i n d i n g c a r r i a g ei s t h ek e yt e c h n o l o g yf o rd e s i g n i n gc n cc o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o n g r i n d i n gc e n t e ra n da l s om a i nc o n t e n t so ft h es u b j e c t c o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o n g r i n d i n gf o re x c i r c l e ，i n n e rh o l e s ，o u t e rc u r v e ds u r f a c e ，e n df a c e ，g r o o v e ，c o n i c a l s u r f a c ea n dn o n c i r c l eo ns u p e r - p r e c i s i o nm a c h i n es p i n d l e ，h i g h - s p e e dt o o lh o l d e r a n dp r e c i s et o o lp a r t sc a nb em a d e t h eo v e r a l lt e c h n i c a ll e v e lc a nr e a c ht h e i i - a b s t r a c t i n t e r n a t i o n a ll e v e lo ft h es a m e p r o d u c t c n c c o m p o u n ds u p e r - p r e c i s i o ng r i n d i n gc e n t e ri sa ni m p o r t a n ta n di m p e r a t i v e f i n i s hm a c h i n i n ge q u i p m e n tr e q u i r e db yam o d e mm a n u f a c t u r i n gs y s t e mw h i c hi s c a l l e d “am a c h i n e t o o la m o n gm a c h i n i n gm a c h i n e - t o o l s ”i sa ni m p o r t a n tg u a r a n t e e m e a n st b rm a n u f a c t u r i n ga c c u r a c yi nm a n u t h c t u r i n gi n d u s t r ya b r o a d ，e s p e c i a l l y , w h i c hc a ns o l v el o t so fm a c h i n i n gd i f f i c u l tp r o b l e m si nw a ri n d u s t r y , a v i g a t i o n ，t o o l ， m e a s u r i n gi n s t r u m e n t s ，f i x t u r e ，a n dm a c h i n e t o o lm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , t h e r e f o r e ， r e s u l t i n gi ni m p o r t a n tr e s e a r c hv a l u e a tp r e s e n t ，t h i sk i n do fe q u i p m e n ti so n l y i m p o r t e d ，b u tt e c h n i c a la d d e dv a l u ea n dt h ep r i c ea r eb o t hv e r yh i g h ，a tt h es a m e t i m e ，l o t so ff o r e i g ne x c h a n g ei se x p e n d e de v e r yy e a r k e yw o r d ss u p e r - p r e c i s i o n ；c o m p o u n d ；c o m p o u n dg r i n d i n gt e c h n o l o g y ； g r i n d i n gc e n t e r ；m u l t i p l eg r i n d i n gw h e e lc a r r i a g e i i i 北京t 业人学工程硕卜学位论文 目录 摘要1 a b s t r a c t i i 目录i v 第1 章绪论1 1 1 课题的研究背景1 1 2课题的国内外研究进展与趋势2 1 2 1 数控复合磨削中心解决的典型问题分析2 1 2 2 数控高精度复合磨削中心在国内外的研究进展与发展趋势4 i 3 课题的来源及研究内容和组织结构一9 1 3 1 课题的来源9 1 3 2 课题的研究内容和组织结构9 第2 章数控高精度复合磨削中心的总体设计1 l 2 1数控高精度复合磨削中心的主要功能规划1 l 2 1 1 主要参数确定1 l 2 1 2 主要功能规划1 2 2 2数控高精度复合磨削中心布局设计16 2 2 1 传统外圆磨床布局1 6 2 2 2 数控高精度复合磨削中心的运动分析及分配1 9 2 2 3总体布局2l 2 3数控高精度复合磨削中心的模块化规划2 8 2 3 1 床身2 8 2 3 2 头架2 9 2 3 3尾架3 0 2 3 4x 、z 轴进给系统3 0 2 4 本章小结3 0 第3 章基于复合磨削技术的转塔式砂轮架的开发3 2 3 1 转塔式砂轮架总成3 2 3 2 基于复合磨削技术的转塔式砂轮架开发的总体问题3 3 3 2 1主要问题汇总3 3 3 2 2 研究策略3 3 3 3 转塔式砂轮架箱体的设计3 3 3 3 1砂轮架箱体的功能分析3 3 3 3 2 转塔式砂轮架箱体没计的主要问题3 4 3 3 3砂轮架箱体设计3 4 3 4 动力传动设计4 2 3 4 1主运动的动力传动方式选择4 2 3 4 2 主轴系动力传动的没计4 3 3 4 3转台的动力传动4 4 3 5 液压配给结构设计4 4 3 5 1液压配给的主要问题4 4 3 5 2 强制润滑设计4 5 目录 3 5 3 冷却结构设计4 6 3 6 高精度自动回转台的设计选型4 6 3 7 本章小结4 7 第4 章高精度复合磨削主轴系的开发4 9 4 1 主轴系选用4 9 4 1 1 砂轮主轴简述4 9 4 1 2 外圆砂轮主轴系4 9 4 1 3 端面外圆砂轮主轴系5 0 4 1 4内孔砂轮主轴系5 0 4 2 静压主轴系设计5 0 4 2 1静压轴承工作原理5 0 4 2 2 静压轴承的供油系统5 4 4 2 3静压轴承设计和计算5 4 4 3 主轴刚性校核6 5 4 3 1 主轴受力分析6 5 4 3 2 主轴受力计算6 6 4 3 3计算轴的弯矩6 7 4 3 4 计算当量弯矩6 8 4 3 5校核轴的强度。6 8 4 3 6 校核轴的刚度6 9 4 4 对主轴的有限元分析优化6 9 4 4 1 有限元模型的建立7 0 4 4 2 模态分析7 0 4 4 3 静力分析7 1 4 5本章小结7 2 第5 章基于数控高精度复合磨削中心的实验研究7 5 5 1精密砂轮主轴动态回转精度的测试7 5 5 1 1 试验内容和目的7 5 5 1 2 试验地点7 5 5 1 3试验的目标7 5 5 1 4 试验的基本原理7 5 5 1 5 试验操作方法7 6 5 1 6 测试结果7 6 5 2 转塔结构回转定位精度测试7 7 5 2 1试验内容和目的7 7 5 2 2 试验地点7 7 5 2 3 试验原理及操作方法7 8 5 2 4 测试结果7 8 5 3 本章小结8 0 结论8l 参考文献8 3 致谢8 7 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景 当时间进入2 1 世纪，整个世界机床的发展趋势已经明显呈现出高精度、高 速、复合化的特点。如果说从生产效率、成本、加工能力、性能、寿命等使用 条件考虑，高速是机床发展的必然选择，高精度是机床精益求精、追求完美的 方向性选择，而机床发展的复合化方向则是柔性化与专用化多年来辩证发展的 最新成果。自从1 9 1 3 年以福特制为标志的专用化成为机床等很多机械产品发展 的潮流。机床功能的专用化不仅提高了机床自身的生产效率，而且极大的提高 了应用这种专用工具的各行业的生产效率，特别是在汽车工业上表现得尤为突 出，专用化的影响力一直到今天都存在【l 】。但随着产品更新换代速度的加快和 社会分工的迅速多样化，专用化生产设备的瓶颈已经突显。特别是随着数字控 制技术的日益发展与性能的提高，大大增强了数控机床的柔性自动化能力。同 时，在各个领域里对产品的个性化需求也空前的高涨，越来越多的机床设计朝 着柔性化方向深入发展。随着高速、高精度技术的不断发展，机床的加工效率 已经在很大程度上超越了专用化，柔性与高速度、高精度在概念层面的融合成 为现代复合化概念的重要基础，使复合化成为机床具有现实意义的发展方向。 现代的复合加工技术一般是指通过将工件的相似、相近或相关工序集中在 同一设备进行加工，实现一次装夹下不同工序或工艺的复合，进而实现加工的 高精度和高效率的目的。现代的复合加工机床是以现代柔性自动化的数控机床 为基础，以组合机床和多刀半自动转塔机床的“集中工序、一次装央实现多工序 复合加工”的理念为指导发展起来的新一类数控机床。工件只需要一次装夹，通 过自动更换加工所需的工具( 刀具、夹具、辅具) ，便能自动地按数控程序依 次进行同一工艺方法中的多个工序或不同工艺方法中的多种工序的加工，从而 减少非加工时间，缩短加工周期，达到提高生产效率的目的。因此，数控复合 加工机床从加工的复合性方面，可划分为工序复合型和工艺复合型两大类。考 虑到夹具在不同工艺方式下对装夹的原理的区别，以及设计者对不同工艺手段 在原理上理解的差异，在替代多台设备实现加工目的的同时，精加工设备的工 序复合往往可以实现更高的精度指标【2 】，因此具有更高的实用价值和更多的应 用需求。 数控高精度复合磨削中心是典型的工序复合机床，通过高效的运用现代数 控技术将回转体零件的多种磨削方式集成在一起，并实现刀具的精确换位加工。 数控高精度复合磨削中心将外圆、端面外圆、内孔、锥面、曲面、槽、螺纹等 磨削功能通过数控技术高度复合，实现工件一次装卡多工序磨削的功能，在基 准统一的条件下保证工序间的高精度，大大缩减工序间的辅助时间和换型的调 北京工业大学t 程坝t 学位论文 整时间，减少机床和夹具数量，缩短加工周期，节约作业面积，显著提高经济 效益。同时，磨削中心还可以结合高精度磨削技术、高效磨削技术、非圆磨削 技术等概念进一步复合，成为高精度、高效率、多功能的复合精加工中心【j j 。 数控高精度复合磨削中心实现的高精度、柔性磨削技术，称为复合磨削技术。 数控高精度复合磨削中心是现代制造系统的重要和急需的精加工设备，是 国外制造业加工精度的重要保证手段，被称为“加工母机中的母机”，特别是在 军工、航空、刀具、量具、夹具、机床制造等领域能够突破性的解决大量加工 难题，具有重要研究和实用价值。目前此类设备还只能依靠进口，技术附加值 非常高，价格昂贵，每年造成大量外汇支出。 1 2 课题的国内外研究进展与趋势 1 2 1数控复合磨削中心解决的典型问题分析 数控高精度复合磨削中心在各行业中解决了大量的加工难题，特别是随着 国内制造业向高精度、高品质、节能、环保等方向的跨越，对精密、复合、数 控磨床需求更加突出。主要集中在以下几个领域： ( 1 ) 高速切削用刀柄的精密制造 高速加工的发展和应用量的扩大，使得高速切削用刀柄开始采用双面定位 形式( 端面和锥面，产生出h s k 、k m 和采用b i g p l u s 两面定位标准的7 ：2 4 刀柄) 解决高速加工中刀具夹持刚性和精度问题。由于h s k 和k m 刀柄锥面、 端面、卡槽和内锥面的尺寸和形位精度很高，国外普遍采用数控高精度复合磨 削中心实现一次装卡后，通过自动更换砂轮精密、复合磨削以上各表面，达到 很高的加工精度和效率。这也是加工此类刀柄上最先进的加工手段。 图1 - 1h s k 刀柄零件 f i g 1 - lp a r t so f r i s kt o o ls h a n k 高速切削机床用刀柄由于采用双面定位原理，本身就是过定位吲，因此此 类刀柄的制造精度是一个瓶颈问题。刀柄的工作原理见图1 2 。 第1 章绪论 刀桶 插入时 刀辆 拉擘时 主轴 图l 一2 刀柄夹紧原理 f i g 1 - 2t h ep r i n c i p l eo ft o o ls h a n kc l a m p i n g 随着国内高速加工中心设备制造和使用量的迅速增加，高速切削用刀柄的 使用和加工需求将是非常急迫和惊人的。开发精密、复合、数控磨床可满足这 一迅猛增加的市场需求。 ( 2 ) 机床工具行业高精度主轴、卡盘、夹具的制造 随着国内机床加工速度和精度的不断提高( 最高转速可达十几万转分，回 转精度小于万分之五毫米) ，机床主轴的加工精度要求也不断提高( 表面粗糙度 小于r a 0 1 p m ，形位公差及尺寸公差均在千分之几毫米以内) 【5 j 。因此该类高 速、高精度主轴零件轴承安装面、内外锥面、内外螺纹等均需要精密磨削加工。 还可用于各种机床夹具中的定位销、定位套、偏心夹紧套等零件的高精度加工， 以及高精度卡盘中内孔和端面的高精度磨削加工等。 图1 3 夹具示例 f i g 1 - 3f i x t u r ee x a m p l e 北京工业大学t 程硕十学位论文 数控高精度复合磨削中心多种磨削工艺手段的复合加工完全满足此类零件 加工的需要，不仅实现自我装备提升的问题，还为国家和企业节省了大量外汇， 并提供了更多的选择机会。 ( 3 ) 航空、军工行业高精度轴套类零件及模夹具的制造 航空发动机、航空动力传动装置、航空燃油喷射装置中的高精度轴套类零 件的加工，需要保证零件的高精度、长寿命和能量传递的高效率；为军工行业 的各种精密模具( 如弹头模具) 的内孔、内锥、内曲面和外圆、外锥、外曲面 的磨削提供了完整的加工解决方案，完全改变了模具的加工手段，提高了模具 的制造精度和使用频率，提高了相关产品的制造质量。 ( 4 ) 其它高精度非圆零件的制造 数控高精度复合磨削中心还可以应用于油泵制造、机床制造、功能部件制 造、印刷机械及纺织机械制造行业。其典型加工零件有： 摆线油泵内外转子非圆型面的精密加工； 非圆偶合件的精密加工： 多品种小批量凸轮零件的精密加工。 图l - 4 凸轮示意图 f i g 1 - 4t h ec a m s c h e m a t i cd i a g r a m 正是由于数控高精度复合磨削中心具有如此广泛的应用需求，而且其在各 领域的高精度加工方面具有重要的地位，因此迫切需要研发国产同类型产品来 替代进口，打破国外产品的市场垄断和技术封锁。 1 2 2 数控高精度复合磨削中心在国内外的研究进展与发展趋势 从数控高精度复合磨削中心的加工方式和刀具配备两方面的特点看，与组 合机床具有非常相似的特征，都是通过一台设备实现多工序加工，具有非常高 的效率。但是，数控高精度复合磨削中心与组合机床又具有完全不同的本质特 征。数控高精度复合磨削中心加工工件的高效率不仅仅是由于工序集成取得的， 通过复合高效磨削技术也对加工效率的提高给予了很大贡献。同时，数控高精 度复合磨削中心的设计关注点主要在由于工序集中产生了更高的加工精度，而 第1 章绪论 这种加工精度往往是以往设备和加工方法所无法达到的 6 1 。除了高效率和高精 度两大因素，数控高精度复合磨削中心对不同工件所体现出的柔性更是其它磨 削设备无法比拟的。磨削中心上配置的多个砂轮可以针对不同工件的不同工序 方便的进行调整、换位，完全不同于组合机床加工零件单一、不便于调整的情 况；磨削中心还可以针对轴类、盘类零件上的外圆、内孔、端面、锥面、螺纹、 非圆、曲面等多种加工要素同时提供工序集成的解决方案，夹具和程序的调整 非常方便。因此，当数控高精度复合磨削中心集中了高精度、柔性和高效率这 三大特征时，它也成为工序集成设备的典型代表，也是现代磨床设计者追求的 最佳体现。 数控高精度复合磨削中心的发展历史： 在上世纪8 0 年代，瑞士s t u d e r 、德国s h a u l t 、英国j o h n & s h i p m a n 等公司 就已经开始在液压半自动万能外圆磨床上采用转塔砂轮架体结构，在转塔砂轮 架上安装外圆磨削主轴和内孔磨削主轴，实现外圆工件或内孑l 工件的磨削加工。 那时的转塔结构采用液压顶起、手动转位、鼠牙盘定位的结构。可能那时对于 同一工件多工序集成的加工需求并未明确，而且转塔结构的自动控制、内装电 主轴直接驱动等技术并未达到相应的水平，因此复合磨削的概念也没有明确提 出。到了上世纪9 0 年代，瑞士s t u d e r 公司率先采用数控转台结构，设计开发 了首台数控高精度磨削中心，可以在工件一次装卡过程中同时加工工件的的外 圆、内孔、端面、锥面、卡槽等多个部位，不仅实现了多工序复合，而且具有 极高的精度。复合磨削的概念也就由此逐渐进入了高精度磨削领域。 数控高精度复合磨削中心的功能分析： 经过近2 0 年的发展，目前国外已经有瑞士的s t u d e r 和k l i n g e l n b e r g 、德国 的j u n k 、西班牙的达诺巴特、意大利的m o r a r a 、日本的丰田工机等公司具备数 控高精度复合磨削中心设计制造能力。其中瑞士的s t u d e r 和k l i n g e l n b e r g 公司 的产品质量性能优异，大量销售到中国，形成了高额的贸易逆差。其生产的数 控复合磨床具有柔性、高精度、复合加工特征，能够实现一次装卡多工序敏捷、 柔性、复合磨削加工。而国内机床行业在此领域尚处在研发的初级阶段，还没 有相关成熟产品。 随着非圆磨削、螺纹磨削、c b n ( 立方氮化硼) 超高速磨削等现代磨削技 术的快速发展应用，国外研制的数控高精度复合磨削中心已经具备了非常高的 多功能复合水平，可用于高精度零件外圆、内孔、端面、锥面、螺纹、非圆、 曲面等部位的复合磨削加工。在中型规格上，国外高精度复合磨削中心的主要 参数的基本情况见表1 1 。 北京t 业大学_ 亡程硕七学位论文 表1 1国外复合磨削中心主要参数对比 t a b l e1 - 1c o n t r a s to f m a i np a r a m e t e rt of o r e i g nc o m p o u n dg r i n d i n gc e n t e r s 笪 斯来福临 哈挺莫罗拉 位 s t u d e r k e l l e n b e r g e r m o r a r a 机床型号 s 4 0 c n c x16 0 0v a r i au r l 2 3m t l 2 0 0 0 中心高m m1 7 51 7 5 ( 2 2 5 ) 2 5 5 顶尖间中心距m m1 6 0 0 1 5 0 02 0 0 0 最大磨削直径 m m3 4 03 4 05 0 0 最大磨削长度 m m1 6 0 01 5 0 01 5 4 0 顶尖问最人承重 k g 1 3 0 1 5 01 5 0 2 5 02 0 0 4 5 0 主轴锥孔j l 锥 i s 0 5 0 q 0 11 0 m t 5 a 2 5m t 5 a s a 6 头主轴转速r m i nl 1 0 0 0l 8 0 0 1 7 0 0 架电机功率 k w 4 ( 交流伺服) 3 6 n m ( 伺服)3 6 n m ( 伺服) 标准c 轴标配标配标配 套简直径 m m5 06 08 0 尾 配合锥孔 m t 4m t 4m t 5 架 套筒行程 m m6 05 06 0 手动微调范围 m m + - 0 0 4+ o 1 5 “o 2 外圆砂轮数量 222 外圆砂轮轴数 l12 砂外圆砂轮规格 m m 平5 0 0 x 9 2 0 3x 6 3q 5 0 0 q 2 0 3 8 0q 5 0 0 q 2 0 3 8 0 轮m m 叩4 0 0 叩1 2 7 6 39 4 0 0 x 9 12 7 x 6 3叩4 0 0 q l2 7 6 3 架砂轮线速度m s5 04 5 4 5 外圆电机功率 k w9 1 0 1 4 内圆电机功率 k w s 1 5 3 ( 皮带) ，1 7 1 9 内圆砂轮转速 r m i n 4 5 0 0 4 2 0 0 0 3 0 0 0 0 4 2 0 0 0 最大行程 m m1 6 5 01 6 5 02 0 0 0 工 快移速度 m m i n1 01 52 0 作手动转角 d e g 6 74 台z 轴进给速度 m m m i n0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 5 0 0 0 0 0 01 2 0 0 0 0 z 轴分辨率 m m0 0 0 0 10 0 0 0 10 0 0 0 1 砂最大行程 m m2 7 53 2 03 7 0 轮 快移速度 m m i n57 52 0 进 x 轴分辨率 m m 0 0 0 0 10 0 0 0 10 。0 0 0 1 6 第1 章绪论 给x 轴进给速度 m m m i n0 0 0 1 、 5 0 0 00 0 0 1 7 5 0 00 0 0 1 2 0 0 0 0 b 轴转角 d e g 1 5 + 2 2 53 0 + 2 1 0 2 0 + 2 3 0 b 轴分辨率 d e g 0 0 0 0 10 0 0 0 l0 0 0 0 l 系统型号f a n u c16 i t bh e i d e n h a i ns i e m e n $ 8 4 0 d i t n c 5 3 0 数数控轴数 4 ( x ，z ，b ，c )4 ( x ，z ，b ，c )4 ( x ，z ，b ，c ) 控显示器1 0 4 ”平面彩显1 5 ”t f t 彩显1 2 ”平面彩显 系 硬盘内存内存3 2 k b 4 0 g 2 5 6 m b 统 编程方式r e i e a s e d 操作系 k e l l e n b e g e r 软件 u n i g r i n d 统包 m o r a l a d i x 接口 r $ 2 3 2 c u s b 2 0 、以太网 r s 2 3 2 c 最大消耗电流 a - 3 03 5 6 37 5 压缩空气要求 b a r 5 566 国外高精度复合磨削中心的结构性能的基本情况见表1 2 ： 表1 - 2 国外复合磨削中心主要结构对比 t a b l e1 - 2c o n t r a s to fm a i ns t r u c t u r et of o r e i g nc o m p o u n dg r i n d i n gc e n t e r s 斯来福临哈挺莫罗拉 s t u d e r k e l l e n b e r g e r m o r a r a 总体布局传统_ l 作台移动式 传统工作台移动式后置砂轮架全动式 床身人造花岗岩s 1 0 3高刚性铸铁高刚性铸铁 工作台导轨传统v 平动压滑动导轨，导采用p m 流量控制技术的静高刚性滚柱直线导轨 及润滑轨面注塑。 压导轨 上工作台转 气垫辅助支承气垫辅助支承气垫辅助支承 角度 伺服电机滚珠丝杠+伺服电机滚珠丝杠+直线电机+ h e i d e n h a i n 光 z 轴驱动 h e i d e n h a i n 光栅尺h e i d e n h a i n 光栅尺栅尺 滚子轴承支承，伺服电机+高精度预紧圆锥滚子轴承高精度角接触球轴承 同步齿型带闭环驱动( c 轴)支承，伺服电机+ 同步齿型( a b e c 9 ，前3 后2 ) ，伺 头架主轴 带闭环驱动( c 轴)服电机+ 同步齿型带闭环 驱动( c 轴) 传统滑动轴承支承，液压+氮化主轴+ 密珠直线轴承， 液压往复，主轴在“s p i e t h ” 尾座 手动气动+ 手动高精度衬套上滑动 尾座微调 最小刻度0 1 l u n最小刻度0 5 p m 外圆砂轮主滚子轴承主轴系，皮带传动压滑动轴承主轴系，皮带内装式滚动轴承电主轴 7 北京工业大学t 程硕士学位论文 轴动，电机内冷( 水冷)传动，电机内冷( 水冷)( 水冷) 内装式滚动轴承电主轴( 水内装式滚动轴承电主轴( 水内装式滚动轴承电主轴 内圆砂轮主 冷，油一气润滑)冷，油气润滑) ( 水冷，油气润滑) 轴 外购( 德国f o r t i n a ) 加 长型皮带主轴 砂轮架转塔 一度分度鼠牙盘+ 蜗轮蜗杆伺服电机蜗轮蜗杆驱动，力矩电机驱动，液压锁 微调角度，液压锁紧，无圆液压锁紧，有圆光栅紧，有圆光栅 ( b 轴) 光栅 砂轮架进给 传统v - 平动压滑动导轨，导采用流量控制技术的静压 高刚性滚柱直线导轨 导轨及润滑轨面注塑导轨 x 轴驱动伺服电机滚珠丝杠+伺服电机滚珠丝杠+直线电机+ h e i d e n h a i n 光 h e i d e n h a i n 光栅尺h e i d e n h a i n 光栅尺栅尺 r e l e a s e d ： k e l l e n b e r g e r 软件包： u n i g r l n dm o r a l a d i x 木设定循环，带操作提示标配各种磨削循环不同语言的对话编程 手动磨削循环宏指令编程( i s o 标准语 衅青图形界面 图标编程( 通过图标支持言)允许用户手动输入数据 编程)人机对话进行简单编程 奎磨削编程包括：端面轴肩图形辅助编程标配各种磨削循环 锥面曲线( x z )标配各种砂轮修整循环标配各种砂轮修整循环 奎示教功能示教功能螺纹磨削 操作软件 自动砂轮修整配备工业标准w i n d o w s x p 簟程序复制专业版操作系统 计时器启动运算公式编辑器 幸可编程启动掌零件图形编辑器 幸螺纹磨削循环( 切入磨往* d x f 文件格式输出 复磨，匣磨削量往复磨非圆磨削 程序检验带手轮操作螺纹磨削 * q u i c k - s e t 快速对刀 操作界面中文英文英文 砂轮自动平m p m 手动平衡装置m p m 手动平衡装置内装式砂轮动平衡 衡( 单通道，标配)( 单通道，选配)( 两套，标配) 国外高精度复合磨削中心的j j n - r _ 精度指标的基本情况见表1 3 ： 8 - 第1 章绪论 表1 3国内外复合磨削中心加