·数控机床世界·

砂轮进给

砂轮运动

磨

削加工

工件运动

直线进给

工件进给

旋转进给

砂轮驱动

直线进给旋转进给

位精度高、使用寿命长、可双向传动等特点。直线电机是一种能将电能直接转化成为直线运动机械能的电力传动装置，它具有结构简单、适合高速直线运动、易调节、适应性强等优点。这两种方案也是当前数控设备直线进给运动的常用实现方式。传统的直线运动机构、液压缸和气压缸，尽管在功能上能够实现直线进给，但由于在传动效率、运动精度、操作性能、控制性能等方面不能很好地满足数控设备的技术要求。因此，本文所提出的运动功能方案中的直线运动方式，主要从电机+滚珠丝杠副和直线电机这两个方案中进行选择。

砂轮驱动，一般可选择传统的电机与传动机构（链、带或齿轮等）的结构方案，或是电主轴直接驱动的方案。电主轴是将机床主轴与电机主轴融为一体的新技术，实现电机与机床主轴间的“零传动”，能够满足数控机床高速、高精度要求。

砂轮更换工件装夹

图2磨床的功能分解结构图

通过对磨床功能的分析，提出如图3所示的运动功能图，该运动功能方案分别从砂轮和工件的运动实现两方面进行考虑的：

（1）砂轮部分。数个砂轮安装于砂轮架上，形成砂轮库。通过设置砂轮架在X轴方向的直线运动实现砂轮

的直线进给运动；通过砂

Y

A

SUX

CZ

轮架以规定的角度绕U轴的旋转实现加工砂轮的更换；砂轮的驱动（S）通过动力源驱动。

（2）工件部分。工件的装夹部分安装于头架上。为实现空间位置的运

C轴的工件回转运动，主要是实现工件自身位置的

调整，由于设备所针对的工件，体积和质量偏小，采用电机驱动装夹工件的夹具的回转，从而实现工件的回转的方式，即可满足要求。

实现A轴与U轴的回转运动，同时需要提供足够的定位精度，以满足加工精度要求。回转工作台是一种能够提供回转或分度定位的工作台，应用到数控设备中，能够有效保证工件圆周进给运动或加工砂轮的准确定位。

因此，本文主要针对直线运动方式与砂轮驱动方式所提供的两种方案进行选择，工件A、C轴进给，砂轮架U轴回转三个运动，经分析，确定的结构方案能够较好的满足技术要求。

图3运动功能图

动，给连接件设置Y轴、Z轴两个方向的直线进给运动，同时给头架添加一个A轴的摆动，以实现对工件与砂轮的空间位置关系的有效调节。另外，为工件设置C轴回转运动，从而实现工件具体加工位置的调整，实现旋转进给。

从总体而言，这样的运动设计可以实现砂轮和工件间的五轴联动，并可满足不同工件不同型面的加工要求。添加砂轮架U轴回转，实现加工砂轮的快速更换。图4是结合磨床的功能分解结构图与所提出的运动功能

磨削加工

2运动方案选择

2.1建立数控磨床的形态学矩阵

形态学矩阵法是一种系统搜索和程式化求解的分功能组合求解法，它是建立在功能分解和功能求解的基础上。根据数控磨床运动功能分析，针对所提出的七个运动，提出不同的结构方案，建立数控磨床运动功能的形态学矩阵，见表1。

根据表1所示的数控磨床运动功能的形态学矩阵，

表1数控磨床运动功能的形态学矩阵

功能解

分功能

X轴直线进给Y轴直线进给Z轴直线进给砂轮驱动（S）C轴旋转运动A轴摆动U轴旋转运动

图绘制的此运动功能方案的运动功能分解图。

砂轮运动

工件运动

1.2功能求解

砂轮架X轴直线进给

砂轮架U轴转动

砂轮驱动（S）

工件Y轴直线进给

工件Z轴直线进给

工件A轴摆动

工件C轴回转运动

功能求解是根据功能分解，提出各分功能或功能元的具体结构方案。

图4磨床的运动功能分解

根据前文所提出的数控磨床的运动功能方案及相关功能分解，可以提出多种不同的运动结构方案。

1

电机+滚珠丝杠副电机+滚珠丝杠副电机+滚珠丝杠副

电主轴电机+夹具回转工作台回转工作台

2

直线电机直线电机直线电机电机+传动机构

X、Y、Z轴的直线运动，需要执行机构实现相应部

件的直线进给，可选择曲柄滑块机构、齿轮齿条机构、液压缸、气压缸、电机和滚珠丝杠副的组合、直线电机等诸多结构方案。其中，电机与滚珠丝杠副组合的结构方案，能够实现将回转运动转化为直线运动，满足直线运动的功能要求，同时，这种方案具有传动效率高、定

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