一种新型的外圆磨床头架

方俊芳

(安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 231603)

0 引 言

数控机床是主要的机械加工设备。数控外圆磨床作为一种重要的精加工设备，在机械加工中发挥着重要的作用。现根据数控磨床的发展趋势和市场的需求，开发了一种新型的外圆磨床头架，本文介绍这种新型头架。

1 传统型和新型外圆磨床头架的比较

1.1 传统型的外圆磨床头架

(1)结构复杂。传统类型的外圆磨床头架的传动是通过电动机及四个皮带轮传递动力。

(2)零件多。这种头架需要的加工零件约50个，轴承6-8个，装配工时为24h。因为零件较多，使用后期的故障率和维修成本都较高。

(3)体积大。此种头架体积较大，占用空间较多。

1.2 新型头架改进

新型磨床头架如图1所示，其特点是：

(1)结构简化。此外圆磨床头架以伺服电机作为源动力，通过一组同步带轮直接带动主轴或拨盘旋转，实现变速、传动和调节皮带松紧的功能。

图1 新型磨床头架

(2)零件少。这种头架需要的加工零件约15个左右，轴承2个，装配工时为8小时。因为零件较少，使用后期的故障率和维修成本都较低。

(3)头架体积较小。特别适合于自动上下料数控磨床，抓取零件的机械手可以直接从头架上方通过，行程短。

(4)自带修整金刚笔。在头架体壳上面直接铸造出金刚笔座，用于安装金刚笔修整砂轮。因为头架体壳的刚性较好，离加工零件砂轮的位置很近，所以修整砂轮的效率和质量都得到很大提高。

(5)准确定位，精度高。因为以伺服电机作为源动力，所以可以实现磨削零件在任意位置准确停止和启动。并且将同步带轮做成整数传动比，对磨削需要准确定位和准确传动比的异形零件，如凸轮、曲轴等，都能够方便的实现。

(6)节约工时，降成本 。随着数控技术的发展，伺服电机的成本已经大大降低，而加工和装配的人工成本却大幅提高。所以相比传统类型的外圆磨床头架，此新型的外面磨床头架的总体成本降低了20%以上。

2 关键部件受力分析

2.1 新型头架体壳结构及受力分析

(1) 结构。头架体壳采用HT250材料铸造成型后再进行加工。因为驱动用伺服电机要安装在头架内部，所以要在头架体壳里面铸造出1个140mm×125mm的矩形框，而这个对头架体壳的刚性有一定的影响。为了保证体壳的刚性，开了矩形框的两处筋板加厚到20mm，并在应力集中处做出圆角。

图2 新型磨床头架体壳

图3 新型磨床头架体壳有限元分析

(2)有限元分析结果及说明：①添加力的说明。根据此头架体壳的实际受力情况，在支撑主轴部位添加两个方向的力分别为500N和500N,为加工过程中实际受到的极限切削力的3倍左右。安装修整金刚笔部位添加的力为100N。②受力变形分析。根据分析结果，最大变形处变形量为0.000913mm.因为这是实际受到的极限切削力的3倍左右的力的情况下的变形量。所以完全能够满足使用。

2.2 主轴结构及受力分析

主轴受力面为莫氏5号锥孔，也从2个方向分别添加500N和500N的力, 为加工过程中实际受到的极限切削力的3倍左右。最大变形处变形量为0.000299mm。磨件的圆度要求是0.0025mm(国家标准GB/T4685-2007)，因此主轴的刚性完全能够达到要求。

图4 新型磨床头架主轴有限元分析

3 结束语

新型头架运用在MKQ1332自动上下料磨床上面，磨削零件的圆度在0.001mm-0.002mm，粗糙度Ra0.2-0.3。完全满足加工要求。在实际使用的6个月时间里，没有出现故障。

从实际运用及理论分析看，此新型头架具有结构简单、充分利用数控优势、经济实用、可靠性高等特点。值得广泛使用和推广。

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