导轨磨床立磨头数控自动旋转机构的设计与开发

随着现代工业的发展，对机械零件加工的精度、粗糙度要求日益提高，且加工效率及生产成本愈来愈重要。在数控龙门导轨磨床中，立磨头的旋转精度、效率及性能，对整机的精度、效率及性能尤显重要。YM-K2212W万能龙门导轨磨床是某公司开发的新产品，为了提高整机性能，该公司进行了认真的分析和研究，并对立磨头的结构进行创新设计。在采用了新技术的同时，对整机进行了优化匹配，使整机精度和性能都有较大提升，满足了市场需求。

1  现有结构的类型及结构特点分析

（1）普通手动旋转机构的特点如图1。用手动方式松开夹紧螺钉旋转定位后，用夹紧螺钉夹紧固定立磨旋转机构，进行角度磨削加工。其特点是结构简单，造价低廉。缺点是定位精度差，效率低下，适用普通的燕尾导轨磨床。如某公司生产的Y2-1003A等燕尾导轨磨床。

（2）蜗轮，蜗杆手动旋转机构的特点如图2。用手动方式松开夹紧螺钉后，再用扳手扳动蜗杆轴，从而带动蜗轮旋转，旋转定位后，用夹紧螺钉夹紧固定立磨旋转机构，进行角度磨削加工。其特点是结构简单，造价低廉，由于蜗轮蜗杆有自锁性，定位精度，效率较第一种结构好，定位精度也与蜗轮蜗杆加工精度，装配精度有关，适用于小型导轨磨床，如某公司生产的YM-KD3008,YM-KD2010龙门导轨磨床。

（3）交流伺服开环数控旋转机构的特点如图3。该机构为开环控制，工作时由数控系统发出指令，液压夹紧装置松开，伺服电机带动蜗轮旋转，旋转到位后，液压夹紧装置夹紧立磨旋转机构，进行角度磨削加工。其特点是开环控制定位精度与蜗轮蜗杆加工精度、装配精度及电器控制精度有关，适用于大，中型导轨磨床，如威海华东数控出产的SGN30130A 定梁式数控龙门导轨。缺点是夹紧轴体积相对较大，且开环控制无法检测角度是否旋转到位。

（4）某公司自主创新开发的闭环数控旋转机构如图4。总结上述三种结构的优缺点，某公司在大，中型导轨磨床开发中，创新设计了立磨闭环数控旋转机构。该结构由置于滑枕顶部的伺服电机及减速机驱动置于滑枕内部的垂直长传动轴，再经蜗杆-蜗轮副驱动立磨头绕水平轴实现旋转进给运动，该结构紧凑、使用性能好。

立磨闭环数控旋转机构的研发成功，实现了成型磨削所需的全闭环高精度角度控制。为实现该立式磨头绕水平轴旋转的高精度角度伺服控制，采用了伺服电机直接驱动蜗杆-蜗轮带动立式磨头绕水平轴旋转所需角度，并经同轴的圆光栅实现转角的全闭环控制，以提高角度伺服控制的精度。同时，为实现与之匹配的磨头松开，定位旋转及锁紧功能，采用了均布三油缸+蝶形弹簧+刹盘的紧凑结构（如图5），在数控平面（导轨）磨床上配上该磨头，可实现成型磨削，延展了机床的类型。

实现立磨闭环数控旋转机构磨头松开、定位旋转及锁紧功能的液压控制原理见图6。当磨头处于夹紧状态时，油泵打出的油经电磁换向阀4回油箱，系统处于卸荷状态，此时磨头由碟型弹簧夹紧。磨头旋转时，电磁换向阀电磁鉄得电，压力油进入磨头夹紧油缸，当磨头夹紧油缸里的压力达到松开碟型弹簧的压力时，压力继电器发出信号，磨头由伺服电机直接驱动蜗杆-蜗轮带动立式磨头绕水平轴旋转到所需角度后，电磁换向阀电磁鉄失电,系统卸荷，磨头被碟型弹簧夹紧。

某公司开发的单磨头万能龙门导轨磨床YM-K2212W,就采用了闭环数控旋转机构，整机性能可靠，定位精度高，磨削精度为0.02mm/1000mm,粗糙度为0.063，整机实物见图7。该结构属国内先进技术，高精度、高效率地实现成型磨削，降低了产品成本，提升了产品性价比，拓宽了市场空间。

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