鄒雪巍 劉傳金

(威海華東數(shù)控股份有限公司，山東威海 264200)

近年來(lái)，我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)品向大型及超大型方向發(fā)展，零件的精度向高精度方向發(fā)展，由此引發(fā)各類(lèi)數(shù)控機(jī)床向大型、重型、超重型及超大型方向迅猛發(fā)展，特別是航空、航天、風(fēng)電、核電等行業(yè)對(duì)大型、特大型精密數(shù)控機(jī)床的需求越來(lái)越多。機(jī)床床身、橫梁、立柱、滑枕等大尺寸零部件導(dǎo)軌精度是大型數(shù)控機(jī)床精度的基礎(chǔ)，而大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床又是實(shí)現(xiàn)該類(lèi)零部件高精度磨削加工的關(guān)鍵工作母機(jī)，其技術(shù)水平的高低直接影響到機(jī)床行業(yè)乃至裝備制造業(yè)的水平與發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外龍門(mén)導(dǎo)軌磨床現(xiàn)狀

上世紀(jì)50年代德國(guó)瓦德里?！た票どa(chǎn)了第一臺(tái)龍門(mén)導(dǎo)軌磨床，之后，意大利法力圖，德國(guó)赫克特，西班牙達(dá)諾巴特，日本岡本、住重、長(zhǎng)懶等公司相繼開(kāi)發(fā)出了自己的龍門(mén)導(dǎo)軌磨床。國(guó)外龍門(mén)導(dǎo)軌磨床已有約60年的發(fā)展歷史，不論在產(chǎn)品規(guī)格、性能、還是機(jī)床精度方面已發(fā)展到較高水平，如科堡龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的最大磨削寬度3 500 mm;最大磨削長(zhǎng)度15 000 mm;磨削長(zhǎng)度小于10 m工作臺(tái)縱向移動(dòng)在水平面內(nèi)的直線度不超過(guò)0.02 mm、長(zhǎng)度大于10 m時(shí)不超過(guò)0.03 mm;磨頭橫向移動(dòng)時(shí)相對(duì)于工作臺(tái)面的平行度不超過(guò)0.02 mm。又如法力圖龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的最大磨削寬度3 000 mm;最大磨削長(zhǎng)度達(dá)16 000 mm;加工直線度0.002 mm/1 000 mm;1 000 mm×1 000 mm范圍內(nèi)平面度小于0.004 mm。

與國(guó)外相比，我國(guó)的龍門(mén)導(dǎo)軌磨床起步較晚，早期只有險(xiǎn)峰機(jī)床廠和上海重型機(jī)床廠專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)龍門(mén)導(dǎo)軌磨床。上海重型機(jī)床廠于1989年與德國(guó)瓦德里?！た票ず献?，引進(jìn)其先進(jìn)技術(shù)，使我國(guó)龍門(mén)導(dǎo)軌磨床技術(shù)水平有了較大幅度提高。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)大型龍門(mén)導(dǎo)軌磨床發(fā)展較快，以華東數(shù)控為代表的一批生產(chǎn)廠家快速崛起，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)依靠自主創(chuàng)新，不斷縮小與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平的差距。目前，國(guó)內(nèi)大型龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的磨削寬度可達(dá)3 500 mm，磨削長(zhǎng)度可達(dá)16 000 mm，加工直線度0.003 mm/1 000 mm。雖然如此，我國(guó)龍門(mén)導(dǎo)軌磨床特別是工作臺(tái)超過(guò)10 m以上的大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的技術(shù)水平與國(guó)外相比還有一定的差距，如加工平面度，我們還基本停留在1 000 mm×1 000 mm范圍內(nèi)平面度0.01 mm的水平，而日本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的超精密磨削加工。除了磨削精度，在磨削效率、自動(dòng)化程度、機(jī)床精度保持性以及可靠性等方面我們同樣也存在不小的差距，國(guó)內(nèi)許多高端用戶(hù)不得不從國(guó)外進(jìn)口大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床。之所以造成這種局面，主要原因在于我們還沒(méi)有對(duì)影響龍門(mén)導(dǎo)軌磨床技術(shù)水平的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入細(xì)致研究并加以掌握。

2 大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床主要問(wèn)題及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 機(jī)床精度穩(wěn)定性問(wèn)題

影響機(jī)床精度穩(wěn)定性的主要原因:機(jī)床基礎(chǔ)件材質(zhì)自身的應(yīng)力變形、載荷變化引起的受力變形和溫度場(chǎng)變化引起的熱變形。因此提高數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床精度的穩(wěn)定性，應(yīng)從以下3個(gè)方面進(jìn)行深入地分析及研究。

2.1.1 機(jī)床基礎(chǔ)件材質(zhì)的應(yīng)力變形

大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床基礎(chǔ)零件的材料選擇基本上是鑄鐵，部分廠家也有選擇焊接鋼構(gòu)件，材料內(nèi)部組織的優(yōu)劣直接影響零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛性，同時(shí)在制造過(guò)程中又不同程度的存在鑄造應(yīng)力、焊接應(yīng)力及加工應(yīng)力。由于各種應(yīng)力的隨機(jī)變化，直接影響機(jī)床的幾何精度發(fā)生改變。因此對(duì)于大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床設(shè)計(jì)與制造，應(yīng)開(kāi)展機(jī)床基礎(chǔ)零件材料性能的研究，從材料的組織結(jié)構(gòu)及性能上有所突破，滿(mǎn)足大型數(shù)控機(jī)床對(duì)基礎(chǔ)零件高強(qiáng)度、高剛度、高精度及高穩(wěn)定性的要求。同時(shí)，應(yīng)深入開(kāi)展對(duì)各種因素產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行有效處理的工藝技術(shù)研究，例如通過(guò)各種有效的人工時(shí)效處理去除零件應(yīng)力變形。

2.1.2 載荷變化引起的受力變形

機(jī)床的幾何精度受載荷力影響較大，而解決該問(wèn)題需從機(jī)床整機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性分析上著手研究。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程是“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)—樣機(jī)試制—樣機(jī)測(cè)試—改進(jìn)設(shè)計(jì)”，這種“感性設(shè)計(jì)”不僅設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、研制費(fèi)用高，同時(shí)并未從理性上對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性進(jìn)行系統(tǒng)分析，造成大部分機(jī)床出現(xiàn)問(wèn)題后只能修修補(bǔ)補(bǔ)進(jìn)行事后改進(jìn)設(shè)計(jì)，并未從根本上解決問(wèn)題。目前隨著現(xiàn)代化數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)床設(shè)計(jì)上開(kāi)展數(shù)字化設(shè)計(jì)的技術(shù)研究是勢(shì)在必行的。對(duì)于大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床，應(yīng)開(kāi)展如下數(shù)字化設(shè)計(jì)研究工作:

(1)整機(jī)靜力學(xué)設(shè)計(jì)

對(duì)機(jī)床整機(jī)進(jìn)行幾何建模并進(jìn)行靜力學(xué)分析及模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，尋找機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)。

(2)基礎(chǔ)件設(shè)計(jì)

合理解決機(jī)床大件質(zhì)量分布參數(shù)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)特性、合理選擇匹配各個(gè)部件的連接方式和參數(shù)，獲得更好的加工性能。特別是對(duì)機(jī)床床身、工作臺(tái)、立柱及活動(dòng)橫梁等大件，因重力及切削力等因素使其產(chǎn)生變形對(duì)加工精度的影響進(jìn)行分析，通過(guò)有限元分析手段，研究機(jī)床結(jié)構(gòu)件的合理斷面形狀和尺寸，筋板的布置形式和筋板尺寸，結(jié)構(gòu)零件之間的聯(lián)結(jié)剛性等。例如，活動(dòng)橫梁是龍門(mén)導(dǎo)軌磨床最重要也是最薄弱環(huán)節(jié)，其幾何精度的穩(wěn)定性，直接影響機(jī)床橫向加工的工作精度?；顒?dòng)橫梁上分別安裝臥式周邊磨頭及立式萬(wàn)能磨頭運(yùn)動(dòng)組件，其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共用活動(dòng)橫梁導(dǎo)軌，由于兩套運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)載荷的不同，造成其運(yùn)動(dòng)負(fù)載對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)剛性提出不同的要求。通過(guò)有限元分析手段獲得相關(guān)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)剛性參數(shù)，優(yōu)化活動(dòng)橫梁結(jié)構(gòu)件的合理斷面形狀和尺寸，筋板的布置形式和筋板尺寸。同時(shí)分析兩套運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)負(fù)載對(duì)活動(dòng)橫梁剛性影響參數(shù)的不同，利用誤差曲線復(fù)映理論，對(duì)活動(dòng)橫梁基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)施反誤差變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決因載荷變化影響導(dǎo)軌磨床橫向幾何精度的問(wèn)題。

(3)整機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模態(tài)分析，得到機(jī)床系統(tǒng)的固有頻率和主振型，進(jìn)而對(duì)機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

(4)結(jié)合面設(shè)計(jì)

由于機(jī)床結(jié)合面破壞了機(jī)床結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，造成機(jī)床模態(tài)的復(fù)雜化，而機(jī)床剛度50%、阻尼的80%來(lái)源于結(jié)合面，機(jī)床結(jié)合面的設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)床整體動(dòng)力學(xué)特征有著至關(guān)重要的作用，因此無(wú)論是機(jī)床整機(jī)建模還是動(dòng)力學(xué)分析，必須進(jìn)行機(jī)床的結(jié)合面的分析及優(yōu)化，通過(guò)修改機(jī)床結(jié)合面的設(shè)計(jì)及改變結(jié)合面的參數(shù)，提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性。

2.1.3 溫度場(chǎng)變化引起的熱變形

有研究表明，溫度場(chǎng)變化引起的機(jī)床熱變形誤差占機(jī)床獨(dú)立誤差的40%～70%。溫度場(chǎng)變化包括機(jī)床環(huán)境溫度變化和機(jī)床內(nèi)部熱源溫度變化(如液壓系統(tǒng)溫升、導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱等)，鑄鐵的熱膨脹系數(shù)約為10 μm/(m·℃)，以磨削長(zhǎng)度為16 m的龍門(mén)導(dǎo)軌磨床為例，床身上下溫差變化0.1℃，其導(dǎo)軌凹凸變化量約為160 μm，反映到16 m長(zhǎng)度工件上的直線度變化量可以達(dá)到40～80 μm，由此可見(jiàn)，熱變形對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌直線度的影響相當(dāng)大。要減小熱變形對(duì)機(jī)床精度的影響，在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行熱態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用熱膨脹系數(shù)小的新型材料、采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)、避開(kāi)熱變形敏感方向、考慮隔熱和散熱措施等，同時(shí)采用冷卻、輔助熱源等方式對(duì)機(jī)床熱源進(jìn)行溫度控制。熱誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用也有助于減小熱變形，其關(guān)鍵在于熱誤差模型的建立和誤差補(bǔ)償策略的選擇。熱誤差補(bǔ)償一般采用事后補(bǔ)償，首先通過(guò)各種檢測(cè)手段對(duì)機(jī)床加工時(shí)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)已建立的誤差補(bǔ)償模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果反饋給數(shù)控系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償熱誤差。對(duì)大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床，應(yīng)開(kāi)展以下幾方面的熱誤差分析及補(bǔ)償技術(shù)的研究:

(1)熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證加工精度，機(jī)床關(guān)鍵的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布置在熱對(duì)稱(chēng)面附近，使機(jī)床結(jié)構(gòu)件的熱位移方向與加工方向平行，從而改善熱變形對(duì)加工精度的不良影響。

(2)熱容量平衡設(shè)計(jì)

對(duì)機(jī)床內(nèi)部熱容量較大的部位進(jìn)行控制，以減少其溫升，使之和熱容量較小的部位不至于產(chǎn)生溫差，盡量達(dá)到它們之間的平衡，從而降低機(jī)床內(nèi)熱源這一熱變形的主要因素的影響。

(3)隔離熱源

為減少內(nèi)部熱源的影響，應(yīng)盡可能將發(fā)熱部件從機(jī)床主體中分離出去。對(duì)于不能分離的熱源，如軸承、導(dǎo)軌面、絲杠等，則可以從結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑兩方面著手，改善其摩擦特性，減少發(fā)熱量。對(duì)于冷卻液、潤(rùn)滑油等“二次性熱源”也應(yīng)盡快分離出去，合理布置其走向，使之對(duì)機(jī)床的影響減小。

(4)形狀和參數(shù)優(yōu)化

對(duì)機(jī)床建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行熱特性分析計(jì)算，通過(guò)優(yōu)化方法確定其構(gòu)件形狀和參數(shù)。

(5)機(jī)床溫度控制與溫度補(bǔ)償

①砂輪主軸熱誤差控制。砂輪主軸采用動(dòng)靜壓軸瓦支撐結(jié)構(gòu)形式，其動(dòng)靜壓潤(rùn)滑油是產(chǎn)生熱源的主要因素之一，因此其潤(rùn)滑需采用獨(dú)立的潤(rùn)滑控制站，需配置恒溫控制的油冷機(jī)對(duì)其循環(huán)潤(rùn)滑油進(jìn)行溫度控制。

砂輪主軸采用內(nèi)置的電主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱是產(chǎn)生熱源的另一個(gè)主要因素，因此需設(shè)置電機(jī)冷卻水套，采用恒溫水冷機(jī)對(duì)其溫度控制。

②工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(X軸)熱誤差控制。X軸運(yùn)動(dòng)速度快、載重大，其摩擦產(chǎn)生的熱量較大，其潤(rùn)滑采用卸荷式靜壓導(dǎo)軌，靜壓油不僅可以減小摩擦阻力、降低功率消耗、提高導(dǎo)軌耐磨性，同時(shí)也可以將摩擦產(chǎn)生的熱量帶走，因此需配置恒溫控制的油冷機(jī)，對(duì)其循環(huán)潤(rùn)滑油進(jìn)行溫度控制。工作臺(tái)在導(dǎo)軌部位設(shè)置循環(huán)水槽，利用切削液對(duì)其導(dǎo)軌部位冷卻。床身導(dǎo)軌部位設(shè)置循環(huán)水槽，使用恒溫冷卻水對(duì)其導(dǎo)軌部位冷卻。

③磨削產(chǎn)生的熱誤差控制。磨削產(chǎn)生的熱量對(duì)工件磨削表面產(chǎn)生熱變形，因此需對(duì)磨削液進(jìn)行溫度控制，采用恒溫水冷機(jī)對(duì)切削液進(jìn)行循環(huán)冷卻。

④環(huán)境溫度對(duì)機(jī)床精度產(chǎn)生熱誤差的補(bǔ)償。環(huán)境溫度的變化對(duì)機(jī)床幾何精度影響較大，對(duì)于龍門(mén)導(dǎo)軌磨床來(lái)講，影響最為突出的是床身導(dǎo)軌(X軸)的直線度，其次是對(duì)橫梁導(dǎo)軌(Y、V軸)的直線度，從而影響龍門(mén)導(dǎo)軌磨床主要的工作精度中工件的直線度及平面度。因此研究運(yùn)用熱誤差分析技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度變化對(duì)直線度影響值，建立誤差補(bǔ)償模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果反饋給數(shù)控系統(tǒng)，使控制器發(fā)出相應(yīng)的控制誤差補(bǔ)償指令以補(bǔ)償相應(yīng)的熱誤差。此誤差補(bǔ)償采用在機(jī)床關(guān)鍵部位布置熱傳感器，通過(guò)事后補(bǔ)償方式進(jìn)行。

2.2 磨削表面波紋度、粗糙度問(wèn)題

磨削表面有波紋是具有平面磨削功能磨床一個(gè)普遍難解決的問(wèn)題，其影響因素是多方面的。

(1)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的影響

由于在砂輪磨削過(guò)程中，砂輪和工件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變了它們之間正確的位置關(guān)系，在加工表面留下波紋，其根源在于振動(dòng);而磨削表面粗糙度值大的主要原因是由于主軸振動(dòng)和磨粒切削刃的高度不一致，其根源也在于振動(dòng)。通過(guò)機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性分析，得出磨削顫振信號(hào)的頻率大都處于機(jī)床的固有頻率附近，磨削中的顫振現(xiàn)象與磨床動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。運(yùn)用有限元模態(tài)分析技術(shù)，建立機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，確定機(jī)床結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，分析機(jī)床的固有特性、響應(yīng)特性、薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而改進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將機(jī)床固有頻率與磨削顫振信號(hào)的頻率避開(kāi)，在設(shè)計(jì)上減少引起磨削振紋的結(jié)構(gòu)因素，以達(dá)到防止顫振、消除振紋、提高磨削表面質(zhì)量的目的。

(2)主軸系統(tǒng)的影響

磨削過(guò)程砂輪主軸的剛性及振動(dòng)是影響平面磨削表面質(zhì)量的主要因素之一，優(yōu)良的主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是磨床關(guān)鍵的技術(shù)。動(dòng)靜壓主軸支撐技術(shù)在磨床砂輪主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，其結(jié)構(gòu)性能優(yōu)于其他形式。動(dòng)靜壓主軸支撐技術(shù)是依靠動(dòng)靜壓效應(yīng)形成的高剛性油膜，相對(duì)其他主軸支撐形式，具有高剛性、高精度回轉(zhuǎn)精度、優(yōu)良的吸振性能及磨損小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)砂輪主軸傳動(dòng)動(dòng)力源的振動(dòng)對(duì)磨削表面質(zhì)量影響也較大。傳統(tǒng)導(dǎo)軌磨床設(shè)計(jì)上，臥式周邊磨頭電動(dòng)機(jī)一般采用交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)到主軸上，立式萬(wàn)能磨頭一般采用交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器傳動(dòng)到主軸上。交流電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)鏈的振動(dòng)對(duì)磨削表面質(zhì)量影響較大，為減少外部機(jī)械傳動(dòng)鏈，砂輪主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用電主軸結(jié)構(gòu)形式是目前砂輪傳動(dòng)主軸設(shè)計(jì)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。

(3)砂輪及主軸動(dòng)平衡的影響

砂輪是導(dǎo)軌磨床加工工件平面的刀具，若使砂輪磨削出準(zhǔn)確的尺寸和高精度的表面質(zhì)量，必須防止磨削過(guò)程的振動(dòng)。砂輪的結(jié)構(gòu)是由分布不均的大量顆粒組成，先天的不平衡無(wú)法避免，這必然引起一定的偏心振動(dòng)。而砂輪安裝產(chǎn)生的偏心度、砂輪的厚度不均、砂輪主軸的不平衡及砂輪對(duì)冷卻液的吸附的不均衡等，會(huì)使砂輪振動(dòng)更加增大。這些振動(dòng)不僅僅影響到磨床的加工質(zhì)量，還會(huì)降低磨床主軸及砂輪壽命，增加砂輪修整次數(shù)及修整金剛石的消耗等。因此砂輪主軸系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置砂輪在線自動(dòng)平衡系統(tǒng)，可以有效解決上述問(wèn)題。

(4)工藝參數(shù)的影響

由于磨削過(guò)程是磨粒在工件表面上進(jìn)行滑擦、耕犁和切屑形成的過(guò)程，其消耗的能量大部分轉(zhuǎn)化為熱能傳入工件，高溫導(dǎo)致工件尺寸精度和表面質(zhì)量的下降;磨削過(guò)程中產(chǎn)生的磨削力造成的彈性變形及振動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致工件尺寸精度和表面質(zhì)量的下降;砂輪修整工藝參數(shù)對(duì)砂輪修整質(zhì)量及砂輪壽命也有重要影響。因此，通過(guò)磨削工藝參數(shù)及砂輪修整工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究，建立大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床專(zhuān)用磨削工藝參數(shù)庫(kù)，為操作者提供智能化磨削參數(shù)選擇決策管理系統(tǒng)。操作者可以將加工工件相關(guān)數(shù)據(jù)信息在加工前輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)相關(guān)磨削軟件自動(dòng)調(diào)用專(zhuān)用磨削數(shù)據(jù)庫(kù)的工藝參數(shù)，為操作者自動(dòng)選擇合理的磨削用量，同時(shí)，選擇合適的修整工藝參數(shù)，對(duì)砂輪進(jìn)行修整，從而降低磨削熱的產(chǎn)生，減小磨削力，降低磨削功率消耗，進(jìn)而提高機(jī)床的磨削精度和質(zhì)量。

(5)砂輪修整器的影響

砂輪磨損后將引起振動(dòng)、噪聲、表面粗糙度值增大、產(chǎn)生裂紋、燒傷等問(wèn)題，雖然砂輪具有自礪性，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足磨削要求，需要對(duì)砂輪進(jìn)行修整，保證其磨削性能。對(duì)砂輪的精細(xì)修整可以使砂輪表面磨粒獲得好的微刃性和等高性，對(duì)提高磨削表面質(zhì)量有很大的幫助，砂輪修整器的作用極其重要。傳統(tǒng)的修整器橫向運(yùn)動(dòng)大多采用液壓驅(qū)動(dòng)，低速性能及運(yùn)動(dòng)均勻性較差，難以保證砂輪修整質(zhì)量，且受結(jié)構(gòu)限制無(wú)法修整曲面。二軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控插補(bǔ)修整器可以有效克服上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪的精細(xì)修整，進(jìn)而獲得高精度的表面磨削質(zhì)量。

2.3 凹凸磨削導(dǎo)軌表面的光順度問(wèn)題

凹凸磨削功能是數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的一項(xiàng)重要功能，不同的機(jī)床導(dǎo)軌根據(jù)設(shè)計(jì)要求通常都有一定的凹凸度形狀要求，一般凹凸磨削工藝分為導(dǎo)軌的垂直截面方向上的凹凸曲線磨削加工，及水平截面方向上的凹凸曲線磨削加工。作為磨削這些導(dǎo)軌工作母機(jī)的數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床，除要求數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具有極高的插補(bǔ)精度外，其相關(guān)進(jìn)給軸的微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要有足夠的精度和靈敏度，兩者的有機(jī)結(jié)合才能保證凹凸磨削導(dǎo)軌表面的高光順度要求。因滑動(dòng)導(dǎo)軌動(dòng)靜摩擦系數(shù)的不同，運(yùn)動(dòng)部件的微進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般很難實(shí)現(xiàn)，解決運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能是解決凹凸磨削導(dǎo)軌表面的光順度的關(guān)鍵技術(shù)之一。

解決凹凸磨削導(dǎo)軌表面的光順度問(wèn)題，應(yīng)從以下兩個(gè)方面重點(diǎn)研究:

(1)工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)(X軸)

導(dǎo)軌采用卸荷式靜壓導(dǎo)軌技術(shù)，不僅滿(mǎn)足大型精密數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床重載低速性能要求，同時(shí)可以減小工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)靜摩擦阻力的變化，確保低速無(wú)爬行。由于靜壓油膜具有誤差均化作用，提高了導(dǎo)軌精度及其穩(wěn)定性。

(2)磨頭橫向運(yùn)動(dòng)(Y、V軸)

導(dǎo)軌采用滾動(dòng)+滑動(dòng)+卸荷導(dǎo)軌，其運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)軌采用滾動(dòng)導(dǎo)軌形式，副導(dǎo)軌采用卸荷結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌形式，其卸荷機(jī)構(gòu)將磨頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)向上及向后卸荷，將其70%的負(fù)荷卸載到副導(dǎo)軌上，減少運(yùn)動(dòng)負(fù)載對(duì)主導(dǎo)軌精度的影響，同時(shí)使運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大加強(qiáng)。

通過(guò)對(duì)機(jī)床縱向及橫向?qū)к壍慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保機(jī)床加工工件導(dǎo)軌垂直截面及水平截面的凹凸磨削的精度。

2.4 機(jī)床可靠性問(wèn)題

大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床屬高檔數(shù)控機(jī)床范疇，國(guó)內(nèi)龍門(mén)導(dǎo)軌磨床在可靠性方面與國(guó)外同類(lèi)機(jī)床相比還有較大差距，應(yīng)積極開(kāi)展大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床可靠性的研究及應(yīng)用。

開(kāi)展數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床可靠性研究應(yīng)從以下各個(gè)環(huán)節(jié)入手:可靠性試驗(yàn)、故障分析、可靠性設(shè)計(jì)、工藝和裝配過(guò)程的可靠性技術(shù)、配套件和外協(xié)件的可靠性保證技術(shù)、早期故障試驗(yàn)技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)和可靠性評(píng)估等。將可靠性研究的各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，具體實(shí)施和應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)的各個(gè)階段:即產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試直到現(xiàn)場(chǎng)使用的全過(guò)程。可靠性的原始數(shù)據(jù)應(yīng)取自產(chǎn)品運(yùn)行的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及各種試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的故障模式、影響及危害性分析，查清機(jī)床各故障部位、故障模式的危害度及其排序，進(jìn)而采取可靠性設(shè)計(jì)、故障糾正和可靠性提升的一系列技術(shù)措施，促使大型數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床可靠性水平的提高。

3 數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床發(fā)展趨勢(shì)

制造行業(yè)的需求決定了國(guó)內(nèi)數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床未來(lái)大型、精密及智能化的方向發(fā)展。定梁龍門(mén)導(dǎo)軌磨床技術(shù)難度相對(duì)較低，價(jià)格又比較便宜，目前國(guó)內(nèi)大部分龍門(mén)導(dǎo)軌磨床產(chǎn)品都為定梁式結(jié)構(gòu)。定梁式龍門(mén)導(dǎo)軌磨床受結(jié)構(gòu)限制，其缺點(diǎn)是加工高度范圍小，且磨削精度隨磨頭滑板伸出長(zhǎng)度的增加而降低。隨著制造業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)換代，市場(chǎng)對(duì)加工范圍寬、精度高的數(shù)控動(dòng)梁龍門(mén)導(dǎo)軌磨床，特別是大型精密數(shù)控動(dòng)梁龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的需求將越來(lái)越旺盛，許多高端用戶(hù)對(duì)數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高，要求具備如砂輪自動(dòng)修整、修整量自動(dòng)補(bǔ)償、工件在線測(cè)量、防碰撞砂輪快速趨近、磨削工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、典型工件磨削程序自動(dòng)生成、圖形化的專(zhuān)用人機(jī)界面、自動(dòng)更換砂輪的砂輪庫(kù)、交換工作臺(tái)等功能，最終將促使數(shù)控龍門(mén)導(dǎo)軌磨床向著智能化的磨削中心方向發(fā)展。

［1］楊慶東，范舟伯格 C，范赫里克 P，等.數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償建模方法［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2000(2):10－13.

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