·数控机床世界·
收稿日期：2009－05－04
作者简介：谭隽宁（1964-），男，大学本科，高级工程师。
数控内孔磨床的结构设计
谭隽宁1，谭德宁2，李欣1
（1.水电十三局设备处，山东德州253009；2.德隆集团机床有限责任公司技术开发中心，山东德州253000）
0引言
上世纪70~80年代，机械制造尤其是机床制造行业都离不开内孔磨削加工，由于受到当时科学技术水平的制约，传统的内孔磨床一般采用Z 轴液压缸传动或齿轮齿条传动（工件往复），X 轴为T 型丝杠传动（磨头横向）。90年代后，在我国开始普及数控机床，进行机床的数控化改造形成趋势，加入WTO 之后又开始了全功能数控机床的主导设计，为了适应新技术，设计了一台
SB6030型数控主轴内孔磨床。
数控主轴内孔磨床为机床行业主轴部件加工设计的专用机床。本机床采用机电一体化典型结构，数控系统为二轴联动数控方式，X 轴和Z 轴均采用滚珠丝杠传动。通过操纵台集中控制，任意调用切削程序，可以实现直孔、锥孔和任意曲线回转孔等不同零件的磨削加工，操纵台配有手持脉冲发生器，便于操作和对刀。
1传动形式的选取
传统的内孔磨床为典型的液压机械，通过液压阀控
制液压缸实现机床的往复内孔磨削，图1是其中一种结构形式。图1（a ）上面的结构，Z 向传动为齿轮齿条传动，齿轮齿条啮合有间隙，加工时机床的振动（磨头高速旋转和工件旋转）必然影响内孔的加工精度，且在正反换向时存在反向间隙；X 轴为T 型丝杠传动，同样丝杠和螺母也有间隙，且在正反换向时存在反向间隙。
为什么睡觉会打呼噜图1（b ）是根据机电一体化中的传动结构进行设计的，为典型的同步齿型带和滚珠丝杠传动形式，它的优点是无间隙、低惯量、高刚度，减小了传动误差和消除了反向间隙，伺服系统的稳定性提高，动静摩擦系数小，且使工作台与床身连接的刚度提高，动态特性好，数控插补精度高，提高了零件加工精度。
2加工零件夹持方法的选取
数控机床设计的好坏首先要求机械结构正确且为精密结构，否则软件再先进，加工精度也不高，对于内孔磨削来说，零件的夹持方法直接影响内孔与外圆的同轴度，是一项关键因素。设计时提出了两种设计方法。如图2（a ）所示，加工零件与床头箱主轴采用拨盘、拉簧连接（柔性连接）是错误的，因为两个中心架无法保证加工零件的中心与床头箱主轴的中心在一条直线上，这样就无法保证加工零件的中心和磨头的中心是平行的，那么磨削出来的孔不是与外圆不同轴就是椭圆孔。所以，这样的结构是不能采用的。
为了解决上述问题，必需将加工
中国文化
机电产品开发与创新
Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roducts
Vol．22,No．4
July ．,2009
第22卷第4期2009年7月摘要：介绍了内孔磨床结构设计的发展变化，简单阐述了如何设计内孔磨床的结构；通过实例分析说明
了两种类型机床存在的差异，提出了数控内孔磨床的加工方法，适宜各种复杂内孔的加工。
关键词：内孔磨床结构；数控内孔磨床的特点；数控中图分类号：TG58
文献标识码：A
doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2009.04.073
文章编号：1002－6673（2009）04－174－03
图1内孔磨床的传动结构
Fig.1Transmission structure of hole grinder
1.齿轮齿条传动
2.T 型丝杠传动
3.手动把手
4.Z 向伺服电机
5、7.滚珠丝杠副6.X 向伺服电机8.数控系统
图2夹持方法结构图
Fig.2Structure chart of impaction
method
（a ）传统内孔磨床
（b ）数控内孔磨床
1
23
4
5
6
百香果的营养价值
7
8
（a ）错误结构
（b ）正确结构
零件与床头箱主轴采用卡罐或四爪卡盘连接（刚性连接），依靠打表找正，通过4个调整螺钉保证两者中心线同轴，也就保证了零件的中心和磨头的中心是平行的。只有选择正确的夹持方法才能保证加工零件的正确。
3精密主轴内孔的加工法
数控机床的加工精度高于传统的普通机床，这一点在北京机床展销会上为大家所共识，数控主轴内孔磨床亦是如此。它可以实现普通磨床无法实现的零件加工结构要求和零件加工精度要求。
对于右侧视图，它能实现锥孔的加工要求，满足数控车、加工中心主轴的结构要求，是一项新技术。加工方法如图3所示。
对于锥孔磨削，第一步：砂轮修整器是固定在工作台的前后部，断面图如上图所示，依靠工作台的Z 向伺服和砂轮拖板的X 向伺服两轴联动，实现插补运动，通过数控系统实现任意角度（如9°）的锥度
砂轮修整。第二步：用修整好的锥度砂轮对主轴零件进行两轴联动插补，实现主轴锥孔、直孔的一次磨削、一次装夹，消除工作台回转间隙；普通磨床工作台回转时回转角度是受空间结构限制的，一般只能磨削-2°-9°的小锥孔，而数控磨床锥孔磨削角度较大，可以到20°。可以分为粗磨和精磨2道工序，中间可进行砂轮修整，修整后再进行内孔磨削，自动找正上一次的加工位置，自动补偿砂轮去除量，这一系列动作依靠数控编程来实现，全部过程是自动化加工完成。
4数控系统硬件设计和软件程序的设计
（1）数控内孔磨床驱动元件可采用步进电机或交流伺服电机驱动。对于步进电机来说，利用微机开环控制
Z 、X 向进给系统，两个方向的脉冲当量均为0.005mm/
脉冲。
光电隔离可以吸收滤波，抑制干扰信号的产生，使微机与强点部件不共地，阻断干扰信号的传导。也可采用半闭环或闭环控制，进一步提高加工精度。
（2）磨削加工需要现场适时调整，磨头与工件的接触依靠手脉微调，最后尺寸依靠检具测量。采用
FAGOR 8030T CNC 控制系统，分辨率0.001mm ，两轴
联动，RS232通讯接口。T 型图的设计（略）。磨头旋转和工件旋转采用的是变频电机，便于数控控制。各继电
器和电机等电器元件，在启动和停止的瞬间产生的电磁噪声，将会对电气系统造成一定的干扰，故应采用抗干扰电路。
粗磨工序典型零件的数控编程（略）。
5结束语
通过上面事例分析，使我们了解到数控内孔磨床的一些特点，它的功能远远不止这些，还可以进行更复杂的内孔加工，达到精密主轴内孔的加工要求；特别适宜加工内孔形状复杂、加工表面较多、相对位置精度要求较高的零件。参考文献：
[1]赵松年，机电一体化技术手册[M].机械工业出版社,1999.[2]林其骏.机床数控系统[M].中国科学技术出版社,1990.
图3数控插补示意图
Fig.3Hint Diagram of CNC Interpolation 图4数控控制框图
曲江南湖Fig.4Scheme of CNC control
图5磨削零件图
Fig.5Part chart of grinder machining
9°±5'
准0．01A
A
Z
X
第一步：高精度修整
依靠砂轮修整器进行X 、Z 轴插补，实现任意所需角度的锥度砂轮。
砂轮修整器
150
308
第二步：高精度磨削
Z
X 9°±5'
准90
60
准65H 6（
+0019
写人作文450字）
0.8
0.8依靠锥度砂轮进行X 、Z 轴插补，实现主轴锥孔、直孔的一次磨削一次装夹，消除工作合回转间隙。
微处理器
光
电偶合
功率放大
光电偶合
功率放大
步进电机
步进电机
椰子英语滚珠丝杠
滚珠丝杠
Z
向工作台
X
向工作台
位置PID
速度PID 电流PID 速度反馈
位置反馈
伺服电动机
0.0050.006A-B
C
X
0.4
0.4
55
80
1200
9°±10'
C A
B
（下转第183页）
Structure Design of CNC Hole Grinder
TAN Jun-Ning 1，TAN De-Ning 2，LI Xin 1
(1.Water and Electricity Ministries Thirteen Department Equipment Part ，Dezhou Shandong 253009，China ；
2.Delong Group Machine Tool Co.,Ltd.，Center Department of Technology Development ，Dezhou Shandong 253000，China)Abstract:Introduce developing and change of structure design of hole grinder in article,it expounds uncomplicated method of structure de -sign of hole grinder ；it explaints machine of two type to exist difference by analyzing the exploitation example,it points out machining
method of CNC hole grinder,and it adapts machining of complicated hole 。Key words:Structure of hole grinder ；characteristics of CNC hole grinder ；CNC
（上接第175页）
的铣削，采用顺铣不仅可以减少切削变形，降低切削力和功率的消耗。
伞像什么
4结束语
刀具半径补偿的功能主要在于简化编程，即利用刀补可直接按零件的轮廓尺寸编程。由上述分析可知，在数控铣床上进行铣削加工，选择刀具半径补偿指令
G41、G42就能决定顺铣还是逆铣。特别是当加工精度
要求比较高时，对两种加工方法所引起的差异，会对机床、刀具及零件的加工质量质量造成严重影响，应特别注意。参考文献：
[1]严建红.数控机床及其应用[M].北京：机械工业出版社，2007.[2]黄鹤汀，吴善元.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
The Climb Milling and Conventional Milling Bad on Cutter Radius Offt of Numerical Control Milling
WU Ya-Ping ，MENG Jin
(Luoyang Institute of Science and Technology ，Luoyang Henan 471023，China)
Abstract:This text expounds the cutter radius offt orders and application in NC milling.The influence of accuracy in processing that ap -plying climb milling or conventional milling is reaearched.The methods of how to choo in engineering application are also discusd.Key words:computer numerical controlled milling machine ；cutter offt ；climb milling ；conventional milling
（上接第180页）
Small Hole Machining Technologies Application and Development Bad on High Speed Machining Theory
LIU Feng-Bo
（Agilent Technologies Co.，Ltd.,Shanghai 200131，China ）
Abstract:This paper analyzes two main conditions of high speed machining on precision small hole machining basically ba on field applica -tion perspective,from CNC machine tool lf and tools to extend discussion and offering uful approach for guidance in real application.At same time,through real data sharing,providing very important advice and experience in actual manufacturing process.Key words ：small hole machining ；high speed and high precision machine tool ；coating tool
械，生化分析行业的发展，这种增长刺激了微细形状及高精度加工技术的迅速应用和发展。通常，微孔钻削常要求具备高达（1～10）×104r/min 的转速，为了提高钻头刚性，这种小钻头多采用韧性高、抗弯强度高的细颗粒的硬质合金材料制成。在结构上小于准1mm 的钻头常制成短锥型整体硬质合金钻头。整体硬质合金小钻头使用时应注意消振、对中、排屑及冷却问题，一般应采用传感器进行监控。
另外，随着印刷电路板向小型、轻型、高密度和高可靠性的要求发展和其用量的日趋扩大，孔的精度也越来越高，孔径越来越小，孔的分布密度越来越大，这样就给这些印刷电路板的微孔加工带来各种困难。作为印刷电路板专用钻头，钻头的材料和形状也要随印刷电路板的种类和孔的深度而改变，一般说来，纸、酚醛树脂印刷电路板或玻璃纤维、环氧树脂印刷电路板切削性能较好，而表面附有铜层的材料对切削性能影响较大。在多层板的情况下，印刷电路板内部有铜层，一般说来，
表面铜层的厚度为18～35μm ，内部铜层的厚度为35～香菜炒蛋
70μm 。这种铜层对钻头的磨损和折损有很大的影响，
铜层越厚，钻头折损率就越高。因而加工多层板要比加工两面附铜板的切削用量小，特别是钻头的直径越小时，为减少钻头的折损，常用改变钻芯厚度和钻槽的比值来增加钻头的横截面积，以提高钻头的刚性。另外，最近开发了新型的MD 类硬质合金可以减小钻孔时的摩擦，即减少污斑现象，并具有良好的耐磨性和较长的寿命，因此能适应印刷电路板的高速、高效生产的需要。
目前，小孔加工中，国际上利用钻头切削的直径最小可至φ50μm 左右。小于φ50μm 的孔则多采用电加工来完成。为了抑制毛刺的产生，许多研究者提出可采用超声波振动切削的方式。目前，正在探索一种应用范围广而且工艺合理的超声波振动切削模式，其中包括研究机床的自适应特性等内容。随着这些问题的顺利解决，今后可望更好地实现直径更小、L/D 值更大的微小深孔加工，钻削的速度会更
快，加工精度会更高。
