裝備制造業是一個國家工業的基石，其能夠為新技術、新產品的開發及現代工業的生產提供重要的手段，是不可或缺的戰略性產業。數控工具磨床，尤其是多軸數控、多軸聯動的數控工具磨床，是實現高效、高質量磨削，制造精密、復雜形狀刀具的高、精、尖的關鍵設備，也是各類數控機床中結構較為復雜、自動化程度較高、精度與可靠性要求較高的機電一體化高技術產品，其研究開發具有相當大的技術難度，較大的市場需求量。采用數控工具磨床對刀具進行磨削加工，必須依靠刀具磨削加工技術及編程技術，而目前各種復雜形狀刀具的磨削加工技術與編程軟件，在國外也屬于專利技術或者保密技術，價格非常昂貴。鑒于此，現今世界上也只有極少數的廠商可以生產高性能的數控工具磨床。

1　五軸聯動數控工具磨床工作臺設計的基本要求

　　五軸聯動數控工具磨床作為一種高精密的數控裝備，結構復雜，精度可靠性要求高，通常是由機床的主運動部件、進給運動部件、輔助部件與機座等組成。機床應選用多少個坐標軸，采用哪幾個軸進行聯動，這位機床運動學所考慮的主要問題。通過加工對象及加工方法分析，五軸聯動數控工具磨床的運動原理可滿足任意刀具的磨削運動要求。其結構形式多種多樣，有轉臺式、立式、臥式、帶刀庫等布局形式，機座形式也分為有底座式、龍門式、立柱式等。為了實現刀具與工件的相對運動，工具磨床可有多種結構的布局形式，對應的工作臺形式也是各不相同。

　　一般情況下，工作臺的結構設計需滿足以下要求：（1）刀具磨削通常要求一次裝夾來完成對工件所有切削面的粗精加工，此時，工作臺應能夠滿足進行多片砂輪加工的操作要求，以及自動換刀機構的工作要求；（2）刀具主要是由各種復雜的曲面構成，所以對于多軸聯動加工的要求工作臺的結構應能滿足，從而保證在工作的范圍內各個運動軸不會出現運動干涉的現象；（3）工作臺既要能承受在粗磨時所產生的大磨削力，又要能保證在精加工時的高精度，所以要求其剛度大、運動精度高、穩定性好，此外，要具有較小的熱變形。

2　五軸聯動數控磨床工作臺結構設計

　　2.1　工作臺進給系統

　　在刀具磨削加工的過程中，工作臺進給運動的傳動精度、靈敏度和穩定性都會對工件的尺寸精度及輪廓的精度產生影響。因此，對于摩擦阻力小、系統穩定、動精度高、運動部件慣量小等要求，機床的進給系統應需滿足，從而要求其傳動元件必須具備摩擦阻力小、剛度大、傳動間隙小、靈敏度高等特點。

　　軸聯動數控工具磨床工作臺的進給、旋轉運動都可以采用單獨的伺服電機來直接驅動絲杠螺母的傳動，把旋轉運動轉變成為為直線運動。然后，通過數控系統來協調控制各軸之間的聯動，省去皮帶或者齒輪傳動副的使用，來最大限度的減少傳動誤差，提高傳動的精度。此外，機床導軌必須具有小摩擦力，高耐磨性的要求。綜上分析，其可采用如圖1所示的滾動導軌結構。

　　圖2為磨床工作臺的傳動系統，滾珠絲杠螺母被固定在進給工作臺拖板的上面，X、Y、Z伺服驅動電機通過波紋管式聯軸器直接與滾珠絲杠進行連接。滾珠絲杠在伺服電機的驅動下進行轉動，從而對各個方向的拖板沿導軌的運動進行驅動。數控工具磨床集粗、精加工于一體，位于三坐標的工作臺既要能承受在粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力，又要能保證在精加工時的高精度。所以，對于零件要求具有剛度大、強度高、抗振性強、熱變形小、內應力低等特點。工作臺機體零件材料可以選用高強度的優質灰鑄鐵，采用半封閉截面的鑄件，對內部隔板和肋條進行合理布置，并加寬其導軌面，從而提高整體的剛度。

3　典型數控工具磨床分析

　　澳大利亞ANCA公司開發的生產型產品ANCA　TX7+CNC型五軸聯動數控工具磨床，采用了可變的用戶程序，可實現對復雜工件進行磨削，由于采用人機對話方式，能夠對異形刀具進行直接編程。該產品的五根數控軸分別為工件回轉A軸、工作臺移動X、Y、Z三軸及主軸體的回轉C軸。根據三維CAD來設計的機床具有寬大的空間，主軸前端接近旋轉C軸的機械中心位置。由于機床立柱采用整體澆注的封閉龍門框架結構，具有剛度大、強度高等特點，從而保證了機床在高速強力切削時的穩定性。自動砂輪轉換器能夠在4S內同時轉換冷卻管與砂輪，一次最多可以完成對8個砂輪的裝夾設置，從而實現對復雜刀具一次裝夾完成的全部加工。此外，由于砂輪夾緊系統采用錐面和端面面接觸，從而保證了高精度、高剛度的要求。

　　該機床電主軸的冷卻采用通用的外殼循環油冷卻，此外，其帶有在線動平衡測試軟件模塊，在安裝好砂輪桿后運行該模塊，屏幕上會提示砂輪桿的動不平衡量及其相位角，通過人工添加配重螺釘就能完成對動平衡的修正。ANCA　TX7+CNC型五軸聯動數控工具磨床的各數控軸具有微米級的分辨率，兩個旋轉軸分辨率高達0.00010°，三個直線軸分辨率達到0.0001mm。這樣，可以有效的完成對各種類型的立銑刀、扁鉆、鉆頭，階梯和成形的刀具，帶有子刃的階梯鉆，標準的和切鋁的旋轉挫，鎖眼孔沖頭，整形移植件，杉樹形銑刀及其他特殊的刀具的設置、磨削。

4　結語

　　本文根據五軸聯動數控工具磨床的加工特點，對磨床工作臺結構設計進行了一定的研究，總結出了五軸聯動數控工具磨床工作臺設計時所遵循的要求，提出了數控工具磨床合理的工作臺結構、進給系統設計方案，最后對大利亞ANCA公司的TX7+CNC型工具磨床進行了分析，對數控工具磨床及其他數控機床的結構設計具有一定的參考價值。