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摘 要：随着科学技术的不断发展，数控机床在近几年的发展速度十分显著，其自身精度高、运行速度快的特点在当今社会很受欢迎，在工业领域的应用不仅提高了工作的效率，而且产品的质量也有了更高一层的保证。笔者通过对数控高精度高速专用磨床进行介绍，提出加强设计的几点措施，仅供参考。
关键词：数控；磨床头架；驱动系统
数控机床的发展，使得我国的工业领域发生了很大的变化，由原来大部分依靠人工生产到现在的高精度专用磨床头架的应用，无论是在技术上还是在效率上都有了很大的进步，很多产品已经领先于世界的先进水平，因此，必须要逐渐加强对专用磨床头架驱动系统的设计分析，使其更好地促进社会的发展。
1、数控高精度高速专用磨床的特点
社会的不断发展对一些生产技术上的要求越来越高，特别是一些工业生产的环节，由于其生产量比较大，而且施工的难度大，因此提高其生产环节的技术含量就显得尤为重要，数控专用磨床的出现很好地适应这一社会需求，其在磨削工作中对精度和粗糙度的要求更加精确，而且在曲轴和凸轮轴等零件上的应用上也存在显著的优势。
头架是磨床的关键部位，它与尾架相组合在使用的过程中，主要起到支撑、定心、夹持的作用，高精度的磨床头架在回转精度上准确性极高，在工业生产的过程中对于零件的加工处理时，对尺寸精度和几何精度的要求极高，而且磨削的效率也提高了很多，所以在设计的过程中，加强对专用磨床头架的分析有着重要的影响。
在磨床头架系统中，机械传动的位置在原动机和工作机之间，其在传递运动和改变运动方向上有着显著的功能，而且要想保证磨床头架的设计合理，就要保证头架系统的稳定、尺寸和质量上都要符合施工的标准，所以对磨床头架的设计是机械设计的重要部分，要保证传统系统的精度、刚度、耐磨等性能以外，还要尽可能地降低施工的成本，提高施工的工艺，保证后期维护工作的方便等，因为磨床头的精度很高，所以在驱动系统的设计上也有着很高的要求。
2、数控高精度高速专用磨床的头架驱动系统设计
传统的头架驱动系统采用的都是伺服电动机的形式，在工作的过程是通过皮带来传递动力，近而使得工件和主轴系统形成回转，这样的驱动系统在动力源和工件之间要经过一系列的传动工序，及时忽略各个传动环节上的问题，经过皮带、齿轮、螺母等传动工序后，极大地延误了其他生产工序的进行，因为在传动的过程中是依靠摩擦力来实现的，所以工作的效率十分低下，在对配件进行调试时也很容易出现误差，使得整个系统的定位也存在误差，综合协调生产非常困难，而且摩擦过程中会出现一定的磨损现象，这就使得一些工件运动出现滞后的现象，与正常的工作指令反应产生很大的差距。
而且多级传动链在高速工作的状态下会产生巨大的噪音，对于其他工序的正常进行和工件的加工精度都有着严重的影响，噪音过大对周围的环境也造成了一定的破坏，因为其是依靠摩擦力进行传动的，所以在传动过程中会发生一定的磨损，影响机床正常工作的精度，在长期磨损的情况下还会降低正常的使用寿命，增加维修的成本和时间，近而降低生产的效率。
上述问题的症结主要产生于传动链。机床数控化使机床的传动链大为缩短，使问题得到一定程度的缓解，如要从根本上解决问题，则最好取消从电动机到工作部件之间的一切中间传动环节。H405一AJ的头架驱动系统的解决方法是采用了先进的内置式力矩电动机，即可使电动机和头架的工作部件合二为一，从而使传动链的长度等于零，即实现所谓头架的“零传动”。这种设计的头架有如下优点：
（1）回转精度高，可以直接驱动主轴和工件，省去了机械传动部件，从根本上消除了机械传动副本身的传动误差及传动副本身产生的振動。（2）结构紧凑，总体尺寸减小，便于安装，相同扭矩下体积可以做得更小，具有高刚性、无摩擦，将受磨损影响的传动部分分摊到力矩电动机中，提高了机器的可靠性，减少了维护时间，降低了成本。（3）具有响应快、扭矩大、过载能力强、特性线度好、力矩波动小和运行时噪音低等特点。
3、数控高精度高速专用磨床的头架机械结构设计
头架底部用两个弓形压板固定在上工作台的左边，和工作台一起作纵向往复运动。头架采用了西门子力矩电动机驱动，电动机内置于头架体壳后部，力矩电动机内转子通过法兰与头架主轴一端相连接，头架主轴通过前后两对精密的角接触球轴承与体壳内侧相连，主轴另一端装有莫式5号顶尖，体壳顶部开有冷却液导入孔，用于力矩电动机的冷却降温。在电动机工作时，由连接法兰带动主轴旋转，由拨杆带动装夹在头尾架顶尖间的工件旋转，使工件获得6—430r/min的无级变速。在装上连接件1并卸下顶尖时，可用卡盘夹紧带动工件旋转，进行磨削加工。由于省去以往电动机驱动皮带副系统，减少因环节过多造成的系统误差，达到在电动机的恒力矩作用下的高精度回转运动：具有结构简单、制造成本低、提高精度和操作方便，有利于维修和维护。
4、头架力矩电动机的特性和选型
大多采用永磁励磁，为了满足大的负载转矩及动态性能要求，一般做成扁平式结构，这样便于将电动机直接套在负载轴上，提高系统的耦合刚度，使系统反应迅速、频带展宽、工作稳定。电动机定子（由软磁材料制成的带槽的圆环）在槽中嵌入永磁材料作为主磁场源，在气隙中形成近似正弦分布的磁场。定子采用多对磁极，电枢选用较多的槽数、换向片数和串联导体数，以减小转矩和转速的脉动。转子用冷轧钢片叠成，压入非导磁材料的金属支架。为了使电动机的工作稳定，电动机的输出转矩不能超过最大的堵转转矩。
5、磨床的关键技术
磨床的关键技术主要体现在以下几个方面：
（1）磨床采用全新的L型布局，符合人机工程学。操作人员在加工零件的时候，不用直接面对砂轮，在上、下零件的操作过程中，体现了安全f口可靠性。
（2）砂轮架的主轴轴承采用了德国技术中的整体式动静压轴承，具备高的回转精度和刚度；采用独立的静压油箱，使用2号主轴油配有压力表开关显示；配备日本三菱公司的变频器，实现45rn/s恒线速磨削。
（3）采用进口滚动轴承设计的定心轴系，提高回转精度和稳定性能。头架采用了交流伺服电动机，具有无级变速及快速准停功能。
（4）对磨床使用的直线导轨的灵敏度进行了研究，采用了德国施耐博格公司的V型直线导轨和THK公司的滚珠丝杠，分别实现了头架和砂轮架的两个方向的移动和对工件的磨削进给动作。
（5）对高精度曲轴偏心外圆磨削的机制及加工工艺参数进行了研究。
（6）对采用专用曲轴偏心液压夹紧工件与气动定位夹具进行了设计与开发。
（7）在磨床中采用了三轴数控系统。
6结语
随着社会的不断发展，对专用磨床头的应用越来越多，我们日常生活使用的冰箱、空调都离不开专用磨床头的使用，其不仅在技术上满足了人们的要求，而且在价格上更易于接受，相比于一些进口的产品来说，更受人们的欢迎，所以必须要加强对专用磨床头驱动系统的设计分析，使其更好地应用于社会的各个领域。
参考文献：
[1]. 贺卫珍.机床头架零件的返修[J].工具技术.2011（09）
[2]. 李印斋.直动共轭凸轮及多功能数控磨床头架的设计研究[D].燕山大学.2008
关键词：数控；磨床头架；驱动系统
数控机床的发展，使得我国的工业领域发生了很大的变化，由原来大部分依靠人工生产到现在的高精度专用磨床头架的应用，无论是在技术上还是在效率上都有了很大的进步，很多产品已经领先于世界的先进水平，因此，必须要逐渐加强对专用磨床头架驱动系统的设计分析，使其更好地促进社会的发展。
1、数控高精度高速专用磨床的特点
社会的不断发展对一些生产技术上的要求越来越高，特别是一些工业生产的环节，由于其生产量比较大，而且施工的难度大，因此提高其生产环节的技术含量就显得尤为重要，数控专用磨床的出现很好地适应这一社会需求，其在磨削工作中对精度和粗糙度的要求更加精确，而且在曲轴和凸轮轴等零件上的应用上也存在显著的优势。
头架是磨床的关键部位，它与尾架相组合在使用的过程中，主要起到支撑、定心、夹持的作用，高精度的磨床头架在回转精度上准确性极高，在工业生产的过程中对于零件的加工处理时，对尺寸精度和几何精度的要求极高，而且磨削的效率也提高了很多，所以在设计的过程中，加强对专用磨床头架的分析有着重要的影响。
在磨床头架系统中，机械传动的位置在原动机和工作机之间，其在传递运动和改变运动方向上有着显著的功能，而且要想保证磨床头架的设计合理，就要保证头架系统的稳定、尺寸和质量上都要符合施工的标准，所以对磨床头架的设计是机械设计的重要部分，要保证传统系统的精度、刚度、耐磨等性能以外，还要尽可能地降低施工的成本，提高施工的工艺，保证后期维护工作的方便等，因为磨床头的精度很高，所以在驱动系统的设计上也有着很高的要求。
2、数控高精度高速专用磨床的头架驱动系统设计
传统的头架驱动系统采用的都是伺服电动机的形式，在工作的过程是通过皮带来传递动力，近而使得工件和主轴系统形成回转，这样的驱动系统在动力源和工件之间要经过一系列的传动工序，及时忽略各个传动环节上的问题，经过皮带、齿轮、螺母等传动工序后，极大地延误了其他生产工序的进行，因为在传动的过程中是依靠摩擦力来实现的，所以工作的效率十分低下，在对配件进行调试时也很容易出现误差，使得整个系统的定位也存在误差，综合协调生产非常困难，而且摩擦过程中会出现一定的磨损现象，这就使得一些工件运动出现滞后的现象，与正常的工作指令反应产生很大的差距。
而且多级传动链在高速工作的状态下会产生巨大的噪音，对于其他工序的正常进行和工件的加工精度都有着严重的影响，噪音过大对周围的环境也造成了一定的破坏，因为其是依靠摩擦力进行传动的，所以在传动过程中会发生一定的磨损，影响机床正常工作的精度，在长期磨损的情况下还会降低正常的使用寿命，增加维修的成本和时间，近而降低生产的效率。
上述问题的症结主要产生于传动链。机床数控化使机床的传动链大为缩短，使问题得到一定程度的缓解，如要从根本上解决问题，则最好取消从电动机到工作部件之间的一切中间传动环节。H405一AJ的头架驱动系统的解决方法是采用了先进的内置式力矩电动机，即可使电动机和头架的工作部件合二为一，从而使传动链的长度等于零，即实现所谓头架的“零传动”。这种设计的头架有如下优点：
（1）回转精度高，可以直接驱动主轴和工件，省去了机械传动部件，从根本上消除了机械传动副本身的传动误差及传动副本身产生的振動。（2）结构紧凑，总体尺寸减小，便于安装，相同扭矩下体积可以做得更小，具有高刚性、无摩擦，将受磨损影响的传动部分分摊到力矩电动机中，提高了机器的可靠性，减少了维护时间，降低了成本。（3）具有响应快、扭矩大、过载能力强、特性线度好、力矩波动小和运行时噪音低等特点。
3、数控高精度高速专用磨床的头架机械结构设计
头架底部用两个弓形压板固定在上工作台的左边，和工作台一起作纵向往复运动。头架采用了西门子力矩电动机驱动，电动机内置于头架体壳后部，力矩电动机内转子通过法兰与头架主轴一端相连接，头架主轴通过前后两对精密的角接触球轴承与体壳内侧相连，主轴另一端装有莫式5号顶尖，体壳顶部开有冷却液导入孔，用于力矩电动机的冷却降温。在电动机工作时，由连接法兰带动主轴旋转，由拨杆带动装夹在头尾架顶尖间的工件旋转，使工件获得6—430r/min的无级变速。在装上连接件1并卸下顶尖时，可用卡盘夹紧带动工件旋转，进行磨削加工。由于省去以往电动机驱动皮带副系统，减少因环节过多造成的系统误差，达到在电动机的恒力矩作用下的高精度回转运动：具有结构简单、制造成本低、提高精度和操作方便，有利于维修和维护。
4、头架力矩电动机的特性和选型
大多采用永磁励磁，为了满足大的负载转矩及动态性能要求，一般做成扁平式结构，这样便于将电动机直接套在负载轴上，提高系统的耦合刚度，使系统反应迅速、频带展宽、工作稳定。电动机定子（由软磁材料制成的带槽的圆环）在槽中嵌入永磁材料作为主磁场源，在气隙中形成近似正弦分布的磁场。定子采用多对磁极，电枢选用较多的槽数、换向片数和串联导体数，以减小转矩和转速的脉动。转子用冷轧钢片叠成，压入非导磁材料的金属支架。为了使电动机的工作稳定，电动机的输出转矩不能超过最大的堵转转矩。
5、磨床的关键技术
磨床的关键技术主要体现在以下几个方面：
（1）磨床采用全新的L型布局，符合人机工程学。操作人员在加工零件的时候，不用直接面对砂轮，在上、下零件的操作过程中，体现了安全f口可靠性。
（2）砂轮架的主轴轴承采用了德国技术中的整体式动静压轴承，具备高的回转精度和刚度；采用独立的静压油箱，使用2号主轴油配有压力表开关显示；配备日本三菱公司的变频器，实现45rn/s恒线速磨削。
（3）采用进口滚动轴承设计的定心轴系，提高回转精度和稳定性能。头架采用了交流伺服电动机，具有无级变速及快速准停功能。
（4）对磨床使用的直线导轨的灵敏度进行了研究，采用了德国施耐博格公司的V型直线导轨和THK公司的滚珠丝杠，分别实现了头架和砂轮架的两个方向的移动和对工件的磨削进给动作。
（5）对高精度曲轴偏心外圆磨削的机制及加工工艺参数进行了研究。
（6）对采用专用曲轴偏心液压夹紧工件与气动定位夹具进行了设计与开发。
（7）在磨床中采用了三轴数控系统。
6结语
随着社会的不断发展，对专用磨床头的应用越来越多，我们日常生活使用的冰箱、空调都离不开专用磨床头的使用，其不仅在技术上满足了人们的要求，而且在价格上更易于接受，相比于一些进口的产品来说，更受人们的欢迎，所以必须要加强对专用磨床头驱动系统的设计分析，使其更好地应用于社会的各个领域。
参考文献：
[1]. 贺卫珍.机床头架零件的返修[J].工具技术.2011（09）
[2]. 李印斋.直动共轭凸轮及多功能数控磨床头架的设计研究[D].燕山大学.2008