【正文】 量大面廣態(tài)勢(shì)，這類工作母機(jī)在各類制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時(shí)代特征與發(fā)展潮流。機(jī)床運(yùn)動(dòng)無(wú)論是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，還是運(yùn)動(dòng)疊加串聯(lián)機(jī)床，對(duì)大多數(shù)金屬加工機(jī)床來(lái)說(shuō)，數(shù)控進(jìn)給復(fù)合運(yùn)動(dòng)的加工，是以直線軸加上回轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)日益增多的復(fù)雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機(jī)床和復(fù)合機(jī)床將會(huì)進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。因此在現(xiàn)代加工中心的開發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)與制造，成為研制機(jī)床的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)也起著承載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由圖11所示，2010年中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)無(wú)論是在人數(shù)上，還是在交易額上，都是逐年上升。圖11 中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 本課題研究的主要內(nèi)容通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)，希望學(xué)生熟悉機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，以及掌握用PROE來(lái)創(chuàng)建三維實(shí)體的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思想、工作作風(fēng)及實(shí)際能力、提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。同時(shí)，對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好的開端。對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。而工科類學(xué)生更應(yīng)側(cè)重于從生產(chǎn)的第一線獲得生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)和技能，獲得工程技術(shù)經(jīng)用性崗位的基本訓(xùn)練，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過(guò)渡。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)原理及優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭的使用，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，通過(guò)第四軸、第五軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)或分度頭完成等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完成復(fù)雜曲面加工，使機(jī)床原有的加工范圍得以擴(kuò)大。數(shù)控分度頭未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小規(guī)格和大規(guī)格的分度頭及相關(guān)制造技術(shù)；在性能方面將向進(jìn)一步提高剎緊力矩、提高主軸轉(zhuǎn)速及可靠性方面發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以與X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，從而加工出各種球、圓弧曲線等。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。為自動(dòng)換刀數(shù)控鏜床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。 機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，由于我國(guó)機(jī)床附件廠資金緊張，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為制約民族機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國(guó)產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比都存在一定的差距，但在產(chǎn)品的價(jià)格、交貨期和售后服務(wù)上占有較大的優(yōu)勢(shì)。另外，近幾年臺(tái)灣地區(qū)的數(shù)控附件產(chǎn)品明顯加大了對(duì)大陸市場(chǎng)的開發(fā)力度，使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)更加激烈。在今后幾年中，我國(guó)機(jī)床附件廠要發(fā)展中檔次品種，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能水平和可靠性的同時(shí)，跟蹤學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新，提高工藝水平上多下功夫；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場(chǎng)，參與競(jìng)爭(zhēng)，滿足主機(jī)發(fā)展的需要。 概述 在金屬切削加工中，普通高速鋼刀具和焊接硬質(zhì)合金刀具逐漸被精密硬質(zhì)合金整體刀具和各種觸控可轉(zhuǎn)為刀具所代替。與傳統(tǒng)高速鋼刀具相比，整體硬質(zhì)合金刀具的特點(diǎn)是曲面的磨削，硬度高，脆性大，工作曲面形狀復(fù)雜，利用傳統(tǒng)加工方法難以滿足要求，一般采用數(shù)控工具磨床加工。近年來(lái)，高精度多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床的推出和性能的不斷完善，滿足了硬質(zhì)合金刀具高精度磨削加工工藝的需求，促進(jìn)了硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用。 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床主要是對(duì)球頭立銑刀，圓弧刃立銑刀，直角頭立銑刀，錐型立銑刀，鉸刀，端銑刀等各類切削刀具進(jìn)行磨削加工。為了實(shí)現(xiàn)刀具復(fù)雜曲面的磨削，加工時(shí)工件需要在空間完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這就要求刀具磨床的工作臺(tái)具有多個(gè)自由度并能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的多軸聯(lián)動(dòng)，因此磨床工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于保證刀具加工質(zhì)量具有十分重要的意義。 工具磨床工作臺(tái)設(shè)計(jì)的基本要求：工具磨床作為一種高精度的數(shù)控裝備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。一般由機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件（砂輪），進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件，輔助部件和機(jī)座等組成。結(jié)構(gòu)形式各不相同，布局形式有轉(zhuǎn)臺(tái)式，立式，臥式，帶刀庫(kù)等，機(jī)座形式也分為有底座式，立柱式，龍門式等。為了實(shí)現(xiàn)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工具磨床可以有多種結(jié)構(gòu)布局形式，對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)形式也是多種多樣。工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常要滿足以下幾點(diǎn)要求：（1）刀具磨削往往要求一次裝夾完成工件所有切削面的粗精加工，工作臺(tái)應(yīng)能滿足進(jìn)行多片砂輪加工以及自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的工作要求；（2）刀具主要由各種復(fù)雜曲面構(gòu)成，因此工作臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足多軸聯(lián)動(dòng)加工的要求，保證各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸在工作的范圍內(nèi)部產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉；（3）工作臺(tái)既要能夠承受粗磨是產(chǎn)生的大磨削力，又要能夠保證精加工時(shí)的高精度，因此要求剛度大，穩(wěn)定性好，運(yùn)動(dòng)精度高，同時(shí)熱變形小。 工作臺(tái)布局方案及分析 考慮砂輪與工件之間的相對(duì)位置變化，數(shù)控工具磨床的布局一般可以分為兩種型式：一種是砂輪平動(dòng)，工件轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種為砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)，工件平動(dòng)。根據(jù)工具磨床的加工特點(diǎn)和常規(guī)結(jié)構(gòu)，可以提出多種工作臺(tái)結(jié)構(gòu)方案，圖1為傳統(tǒng)的萬(wàn)能工具磨床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)屬于搖臂式其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，磨頭可以水平擺動(dòng)和垂直擺動(dòng)，磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)采用兩個(gè)齒輪傳動(dòng)鏈，為了能夠完成較多的加工要求，工作臺(tái)除了有直線傳動(dòng)之外，還要求工作臺(tái)在圓周方向上有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和分度運(yùn)動(dòng)。因此工件安裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，并可以進(jìn)行大角度擺動(dòng)，以滿足刀具多工藝加工要求。但由于采用兩個(gè)軸傳動(dòng)鏈，多級(jí)齒輪傳動(dòng)的方式，且傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，精度很難保證。另外，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造裝配工藝要求高，不易于維護(hù)。 圖2為砂輪平動(dòng)，工件擺動(dòng)的方案，這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)工具磨床的結(jié)構(gòu)相似，采用工作臺(tái)回轉(zhuǎn)形式，共有3個(gè)直線移動(dòng)軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。與砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸平面垂直的水平軸，實(shí)現(xiàn)工件的縱向直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；與砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行的水平軸，實(shí)現(xiàn)磨頭的橫向移動(dòng)；Z軸實(shí)現(xiàn)磨頭在垂直方向的移動(dòng)，同時(shí)工件軸還可以繞自身軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該方案的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，不足之處在于剛度較低。工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)一般要靠齒輪齒條副實(shí)現(xiàn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，精度差。圖3為立式工作臺(tái)方案，同樣采用工作臺(tái)回轉(zhuǎn)式，但工件回轉(zhuǎn)支撐臺(tái)式外置的，安裝維修方便。磨頭一般只用來(lái)執(zhí)行砂輪的定位，工件軸既可以繞自己的軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又可以做直線運(yùn)動(dòng)，增加了主軸的剛性。該工作臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)比簡(jiǎn)單，但大進(jìn)給深磨削時(shí)，磨削力非常大，容易影響磨削精度。 通過(guò)對(duì)機(jī)床工作臺(tái)的典型結(jié)構(gòu)分析后發(fā)現(xiàn)，一般層疊式工作臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，而立柱式工作臺(tái)可以使剛度得到較好的保證。圖4為三坐標(biāo)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)方案，它綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。X工作臺(tái)固定在床身之上，工件軸A軸固定在Z軸工作臺(tái)（拖板）內(nèi)，并嵌入到立柱內(nèi)側(cè)，該方案布局合理，占用空間小，是比較合理的工具磨床工作臺(tái)。 圖5為采用三坐標(biāo)工作臺(tái)方案設(shè)計(jì)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床總體結(jié)構(gòu)。采用鑄鋼結(jié)構(gòu)床身和類似龍門框架結(jié)構(gòu)的雙立柱結(jié)構(gòu)，三坐標(biāo)工作臺(tái)固定在床身之上，磨頭體及砂輪軸固定在雙立柱上，整體布局緊湊。 磨床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng) 刀具磨削加工過(guò)程中，工件的尺寸精度和砂輪精度都會(huì)受工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度，靈敏度和穩(wěn)定性的影響。機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)滿足摩擦阻力小，系統(tǒng)穩(wěn)定，