何炳奇
（佛山市三水区理工学校，广东佛山，528137）

　　摘　要：随着社会生产和科学技术的迅速发展，经济型的数控车床被生产企业广泛应用，但由于受到机床自身精度、使用刀具和其他因素的影响，经济型的数控车床只能加工精度不太高的零件。为了能在经济型数控车床上也能快捷稳定的加工精密零件，本人对经济型数控车床（使用GSK980TD数控系统）进行了技术改进。通过在经济型数控车床上加装电磨头，能同时完成车、磨一体的精密加工。改进后的经济型数控车床，也能快捷稳定的加工精密零件。

　　关键词：经济型数控车床；电磨头；车磨一体；精密加工
　　当今数控机床技术的发展越来越快，为了适应市场的竞争，提高生产效率。许多中、小企业的生产都广泛应用了数控技术来提高生产效率及缩短新产品开发周期。但由于高科技、高精密的数控机床在价格、日常管理、维护和保养方面成本都比较高。为了降低投资资金风险，特别是小企业难以承受高成本的设备投入。所以小企业使用经济型的数控机床较多，但只能满足加工精度要求不太高的零件。
　　由于产品的技术要求越来越高，一些高精密的零件、超硬的材料等对经济型数控机床来讲是难以进行加工的。以经济型数控车床为例，虽然经济型数控车床加工效率高、加工质量稳定、用途广泛，能车削各种零件的内外圆柱表面、锥面、球面、曲面、切槽、公英制螺纹、圆锥螺纹等等。但由于机床自身精度和其他因素的影响，经济型数控车床一般只能满足加工公差在0.04左右范围的零件。零件的加工精度再有所提高，加工的效率和产品的合格率就会急剧下降。主要存在的原因有以下几点。
　　（1）车床机械结构方面
　　以半闭环伺服系统为例，数控车床在机械传动机构存在的误差主要有：同步带（联轴器）的间隙、滚珠丝杆间隙、刀架（四工位刀架）重复定位误差。这些误差使传动终端的X、Z轴重复定位精度在0.01～0.02mm范围内，但反映在零件加工尺寸上的误差就可能更大了。
　　（2）刀具方面（主要因素）
　　对于零件批量生产加工，现在大多数工厂都采用加工性能更稳定的机夹刀和机夹刀粒。但从实际加工效果来看，由于机夹刀的刀尖圆角较大，加工时会产生较大的径向力。此类刀具除了在刀具耐用度上优点突出外，其他方面的性能与手工刃磨的刀具差异不大。特别是在加工细长轴等方面更没有优势，不能实现高精密零件的加工，而且刀具成本较高。
　　（3）其他方面
　　在数控装置的插补精度、车床本身的刚性、夹具的刚性、切屑、切削液室温等等都直接影响到零件加工的精度。
　　经过以上的分析，考虑到刀具和机床刚性等因素。为了能在经济型数控车床上也能加工精密零件，但又要减少资金的投入。该文以经济型数控车床（使用GSK980TD数控系统）为例子，通过在车床上加装电磨头，实现车、磨一体的精密通用加工，解决了实际加工中经济型数控车床也能快捷稳定的加工精密零件的需要。
　　1　电磨头的加装与控制
　　磨削加工是一种比较精密的金属切削方法，经过磨削的零件有很高的精度（圆度可达0.0001mm）和很细表面粗糙度（Ra0.05μm）。因此在大多数的情况下，它是机床加工的Z后一道工序，另外对于一些硬度较高的零件（如零件镀铬、淬火后）都是通过磨削来达到零件的技术要求。所以在数控车床上加装了电磨头后，不仅能加工高硬度材料的零件，而且加工的稳定性更高，也能加工出技术要求更高的精密零件。
　　1.1电磨头加装的方案
　　如图1所示。

图1

　　加装部份分别由底板、磨头主轴、变速箱、电机等组成，安装在X轴拖板上。通过车床的X、Z轴控制砂轮的纵、横向进给，通过加工程序实现指定的磨削加工。安装要求如下。
　　①各零件间连接要牢固可靠，防止砂轮高速旋转时产生振动而造成危险。
　　②砂轮安装必须经过平衡校正，并要修磨好切削面。
　　③砂轮中心高与数控车床主轴中心高要求等高，保证加工零件的尺寸精度容易控制。如图2所示：h=h1=h2。

图2

　　④砂轮的左端面与四工位刀架上的刀具刀尖尽可能平齐，防止刀具在切削时，砂轮与车床主轴卡盘发生干涉而造成事故。
　　⑤砂轮Z外缘与四工位刀架上的刀具要求有一个合适的距离（根据零件的直径而定），防止其中一方在切削加工时，另一方与工件或机床发生干涉而影响加工。
　　⑥电磨头的电机利用机床输出信号接口的DOTWJ（尾座进）和M08（冷却液开）信号来控制，电磨头电机正转用（M10），停止用（M09）来控制。原理是：砂轮正转时冷却液必须在开启状态，当磨削加工结束以后用M09指令关闭冷却液及磨头电机。此外，也可以使用机床的扩展输出指令控制。用DOTWJ和M08控制原理图如图3所示。

图3

　　1.2砂轮的修整方法
　　由于砂轮的制造等原因，砂轮在安装后一般都要求进行修整，以减少磨削过程中产生的振动和保证零件在Z后一个工序加工的质量。修整砂轮的过程如图4所示。

图4

　　砂轮修整笔可通过专用夹具安装在尾座上，并按要求与砂轮的轴线保持一定的角度固定好。通过移动X轴调整砂轮笔与砂轮外缘的距离，然后控制Z轴左右移动砂轮来进行砂轮的修整。
　　1.3砂轮的对刀方法
　　由于砂轮安装在刀架的另一方向，所以对刀时要注意避免误操作造成碰撞事故。砂轮对刀的原理与四工位中的刀具一致，只是将它当作第五把刀具，并将刀补输入T00～T04以外的刀补中。对刀时可使用基准刀T0100，然后通过试切的方法，将刀补输入05号中的X、Z内。调用磨削程序前，在确保换刀点在安全位置的前提下运行T0105，再进行砂轮的定位和磨削。在编写加工程序时要注意，由于砂轮与四工位刀架位置不同（前刀架与后刀架），所以如图（5）所示，砂轮的程序应为：G0Z5；X-40；X轴上的数值应为负数与四工位刀架上的刀具相反。

图5

　　2　应用举例
　　如图6所示零件图，由于该零件加工精度要求较高，如果要小批量生产，利用经济型数控车床通过正常的加工方法很难保证其精度要求。但车床在加装电磨头后，此类精度的零件加工就比较容易控制。

图6

　　加工经过砂轮对零件进行了精加工后，零件的尺寸精度、表面粗糙度得到了有效的保证。同时利用一次装夹就完成了零件的粗加工、半精加工、精加工等所有类型的切削加工，减少了加工辅助时间提高了生产效率。
　　3　结语
　　经济型数控车床通过加装了电磨头，车床结合磨床的优越性得到了充分的体现。不仅能更好地控制零件的精度，而且通过修改刀补或程序数据，可以很容易对精密零件的尺寸进行修整达到要求，高硬度的材料也可以通过磨削来加工。通过改变砂轮的形状还可以对内孔、锥面、螺纹或成形面进行精加工，减少了零件的加工工序，在降低设备投入成本的同时提高了企业的生产效率和加工范围。
　　参考文献
　　[1]GSK980TD车床CNC使用手册.广州数控设备有限公司.2006.01.
　　[2]机床加工工艺学[M].中国劳动出版社，1999.
　　[3]金属切削机床概论[M].机械工业出版社，1996.
　　[4]数控车床编程与操作[M].中国劳动出版社，1999.