统选型及其软件设计方案。在机床运动结构设计中，针对径向和轴向的不同功能要求，提出机床采用相同的支撑方式，不同的驱动方式结构，并根据机床设计参数，提出了机床运动部件精度控制指标。在机床控制软件设计中，针对机床的不同工作方式，设计出界面友好、操作方便的控制软件。

　　中小孔高精度数控内圆磨床是用于我国汽车零配件行业液压挺杆类零件内孔精密磨削的关键设备。液压挺杆是汽车发动机配气机构上的关键部件，其挺柱内孔精度要求极高，一般内孔圆度及圆柱度要求在1. 2Um之内，表面粗糙度要求在0. 2Um之内，尺寸精度要求在10Wm左右。对此类零件内孔的加工，磨削加工是*终加工手段。在磨削加工中，如何保证零件内孔的加工要求，机床及磨削工艺将是两个重要的因素。本文通过对我单位新研制的中小孔高精度数控内圆磨床进给系统结构和控制软件分析，提出高精度数控内圆磨床设计方案。

　　1机床描述中小孔高精度数控内圆磨床为单轴数控内圆磨床。总体布局采用工件径向进给、砂轮轴向往复运动的形式。其主要部件结构特点为：床头主轴模块由主轴箱体、套筒式主轴、夹具油缸、主轴电动机及夹具组成。主轴箱是通过紧固压板固定在径向进给滑板上，松开紧固压板可微量调整主轴箱相对径向滑板的回转角度，以达到调整工件磨削锥度的目的。主轴支承采用了动静压滑动轴承支承结构，这和传统的滚动轴承支撑主轴结构相比，主轴具有了更大的刚性和更高的回转精度，这就保证了磨削精度和磨削状态的稳定。主轴前端工件夹具采用硬质合金卡爪膜片卡盘结构，主轴后端配备夹紧回转油缸，保证了工件夹紧的可靠和磨削余量的均匀。

　　轴向进给模块由双重工作台、磨杆座、电主轴（砂轮轴）、往复液压缸、往复电动机及曲柄滑块机构组成。大工作台（下层工作台）在预负荷十字交叉滚柱导轨支撑下，由往复液压缸驱动，快速前移实现砂轮快速进给；上层小工作台安装有磨杆座及电主轴。当大工作台快移到前位后（位置由定位挡铁调整），其上层小工作台在预负荷十字交叉滚柱导轨支撑下，由电动机驱动偏心轮曲柄滑块机构，完成工作台快速往复运动，从而实现砂轮轴往复磨削运动。砂轮轴采用高速轴承支撑电主轴结构，由变频器供给高频电源。应用时，可根据磨削工件孔径的不同，调整砂轮轴的转挠性联轴器、组合轴承、滚珠丝杠、螺母座、金刚石滚轮修整器组成。滑板在预负荷十字交叉滚柱导轨支撑下，在桥板上快速移动或微量进给。滑板驱动由伺服电动机通过挠性联轴器直联滚珠丝杠机构实现。具体结构见。

　　2机床进给系统设计中小孔高精度数控内圆磨床设计参数工件孔磨削直径10~20mm，工件孔磨削长度0~40mm，加工孔圆度1Um，加工孔圆柱度1.5Um，加工孔尺寸精度10Wm，加工孔表面粗糙度0.16Wm.磨削工艺根据液压挺杆类零件材料硬度高、生产批量大及磨削质量要求高这一状况，机床砂轮选用CBN砂轮，并根据磨削工件的长短，选用短砂轮或同轴砂轮进行磨削。磨削过程分粗精磨工序。粗磨余量（单边）0.08~010爪叫精磨余量（单边）0.04mm；精磨时，为消除进给间隙、磨削力及磨削热的影响，可采取磨削进给0.02mm，退刀0.02mm，再进给0.04mm，退刀0.02mm，再进给0.02mm精光磨方法。为保证磨削过程稳定及磨削质量，粗磨和精磨的进给可采取变速径向进给的方。

　　对于轴向进给，对于不同的工件加工，要保证轴向往复行程0.2~20mn往复进给速率60~120次/mn无级调整。

　　CBN砂轮的修整质量对工件磨削效率和质量的影响十分巨大，为此，对CBN砂轮修整提出采用金刚石滚轮修整器结构，并针对砂轮使用的不同情况，采用单次修整、多次修整、新砂轮修整等不同修整方案。金刚石滚轮修整器为一独立部件，金刚石滚轮采用电主轴驱动方式，可根据修整砂轮的大小，调整滚轮转速。

　　进给系统设计针对机床设计参数和零件磨削工艺的要求，机床进给系统设计分径向进给系统设计和轴向进给系统设计两部分。

　　①径向进给系统：要求具有较高的定位精度，较好的微进给性能，还应具有良好的动态响应特性。为了确保径向进给系统的传动精度和工作稳定性，要求进给系统要达到无间隙、低摩擦、小惯量、高刚度、高谐振频率以及有适宜的阻尼比等性能。为此，径向进给系统中的滑板在桥板上的支撑设计采用预负荷十字交叉滚柱导轨支撑方式，此时，滑板的运动精度取决于导轨的设计制造要求。根据机床的设计规格，确定出机床滑板移动在垂直面内的直线度允差为0.08mmA000mm，滑板移动全长（150mm）在水平面内的直线度允差为3Wm，滑板运动时的倾斜度允差为0. /1000mm.径向进给系统中滑板的驱动设计采用伺服电动机与滚珠丝杠直联驱动方式，此时，当滚珠丝杠选用2级精度丝杠时，可保证滑板移动全长位置精度允差在5Wm之内。由于工件在磨削过程中，径向进给有效行程为70mm，占滑板移动全长的一半（砂轮修整运动行程占用滑板另一半行程），故机床径向进给位置设计精度允差小于5Um（此项误差为安装调整误差）。由于工件加工误差由定位误差、加工过程误差和安装调整误差三项构成，现工件定位误差设计要求在1Um左右，安装调整误差加上工件定位误差小于6Um，占工件加工尺寸精度允差（10Um）的2/3弱，满足工件加工误差分布要求，故机床径向进给的静态精度能够保证工件的加工要求。对于滑板的*小进给量（1Um）及磨削过程进给量的控制则由伺服系统选择及控制软件设计完成。

　　②轴向进给系统：要求具有运动平稳、行程调整便捷、行程速度变化小等特性。为此，轴向进给系统中的大工作台在床身上的支撑设计及大工作台上的小工作台在其上的支撑设计均采用预负荷十字交叉滚柱导轨支撑方式。此时，根据机床的设计规格，确定出大工作台移动及小工作台移动在垂直面和水平面内的直线度允差均为0.03mmA000mm大工作台移动及小工作台移动时的倾斜度允差均为0.02mm/1向进给系统中小工作台的驱动设计采用电动机驱动偏心轮曲柄滑块机构，此机构具有结构简单，维护方便等优点。通过调整曲柄转销在偏心轮上的位置（即调整偏心距），可方便调整小工作台的往复行程。由于滑快具有往复行程速度不等的特性，因此，在设计机构时，尽量加大曲柄的长度，减小偏心轮的直径和偏心距，保证在设计磨削往复行程内（02~20mm）往复速度变化*小。

　　3机床控制系统描述机床控制系统采用以三菱970GOT触摸屏为人机界面，FX2N系列PLC为控制主机的控制模式。由于工件径向进给（X轴）采用伺服电动机驱动，故选择FX2N- 10GM为伺服定位单元，MR 60A为X轴伺服驱动器，三菱中惯量HC-SFS- 52电动机为X轴伺服电动机。人机界面在控制中的作用是，发出各种动作命令，选择轴进给数据并进行动作、数据及过程显示。PLC主机的作用是，根据所开发的控制软件，协调控制动作的执行过程。如果过程中需要进行精确的IBs环i：htmmi单枚修整砂m 1丨修整新砂rrn X轴位置控制，PLC主机将向X轴伺服定位单元发出定位控制信号，经定位单元、伺服驱动器和伺服电动机构成的位置控制系统完成精确位置控制。

　　4控制软件设计中小孔高精度数控内圆磨床控制系统的软件设计分3部分：内部变量的合理规划、人机界面的画面设计、PLC程序设计和伺服进给程序设计。现以人机界面的几个画面设计来分析控制软件设计特点。精密数控内圆磨床有动作调整、磨削循环、砂轮单次修整循环、砂轮多次修整循环、新砂轮修整循环共5种工作方式，故人机界面触摸屏的主控制界面设计主要提供进入这5种工作方式或进入参数设置的操作入口，如所示。图中的按键右侧的若干操作或故障提示信息是在符合条件的情况下才出现的，平时则处于消隐状态。在进入任一种工作方式之后，都会进入该工作方式的相应操作界面，如在主菜单按下“磨削循环”，就进入如所示的操作画面。

　　自动循环条件，如不符合条件需退回主菜单，进入“动作调整”画面进行适当操作，在满足循环条件后，再进入磨削循环。在符合多重串并联磨削循环条件时，按下外部循环开始按钮，自动循环开始：系统按工作条件逐步启动轴向滑板前进电磁阀、主轴电动机、冷却电动机、往复电动机一径向进给系统按预置值进给到磨削起始位一按进给预置次数及进给量、进给速度要求完成进给过程一进给系统回复原位一按动作顺序及条件逐步停止轴向滑板前进电磁阀、冷却电动机、主轴电动机、往复电动机并进行往复刹车一结束循环。

　　在中，围绕磨削循环控制功能要求，在磨削循环进行过程中，从触摸屏可以监控循环条件、循环进程、动作状态、X轴当前位置、进给量与进给速度。当不满足循环条件启动时，左上方会提示“循环条件不满足”，而在循环进行中，画面上会出现“循环中断”按钮以便操作人员随时中断该循环。

　　组合机床空间角度的计算软件开发和总体设计付晓岚郭鸿勋②（①广东机电职业技术学院，广东广州510515②一拖开创装备科技有限公司，河南洛阳471004）+语言和ObjectARX二次开发工具编制专用计算软件，在AutoCADR14/2000环境下实现交互式参数输入，完成机床设计所必需的多项复杂空间向量的计算并输出结果，为设计员高效设计提供正确的数据支持。

　　技术ObjecARX是基于AutoCADR14的一种二次开发工具，它提供了以C+ +为基础的面向对象的开发环境及应用程序接口，具有面向对象编程方式的数据封装性、可继承性和多态性等特点，用其开发的软件具有模块性好、独立性强、连接简单、使用方便等特点。与以前的二次开发工具相比，ObjecARX以动态链接库的形式与AutoCAD共享地址空间，可直接调用Aufe-CAD的核心函数，能真正快速地访问AutoCAD的图形数据库，ObjectARX的许多特性能够实现很多原来开发环境难以实现的功能，提高了开发效率。

　　在机械加工制造行业中，绝大多数工装设备、产品零件都以二维工程图作为工程语言，在AutoCAD环境下进行二次开发的设计软件得到了广泛的应用。但是当实际的工程中存在复杂的曲面设计、空间状态实体设计时，二维工程图的设计和绘制就变得非常复杂，设计员必须理解设计对象的特征，并要完成大量的空间数据计算，结果的正确性难以迅速得到验证。针对这种情况，三维技术的应用使得设计员能够通过三维效果图来直观地验证计算结果。

　　1问题的提出针对发动机缸盖的导管孔和拖拉机/工程机械中前驱动桥壳体的轴承座孔设计组合机床时，零件上被加工孔的轴线呈空间角度倾斜状态，这种孔的共同特点是：**，被加工孔的轴线与两个坐标平面都存在夹角（如所示）；第二，每一个被加工零件上有多个这样的孔，每个孔轴线上的基准点在X、y、z坐标轴上存在坐标差。按照孔轴线与坐标平面的倾斜角度，在设计组合机床时，必须使侧底座和中间底座的连接面与水平面或铅垂面存在对应的倾斜角度，从而导致孔5结语中小孔高精度数控内圆磨床是集机械、电气、数控、新材料为一体的高技术机床产品。机床进给系统良好的定型和设计，保证了机床具有结构紧凑、加工精度高，性能稳定的特征。机床控制系统选型及软件设计，更使机床具有了良好的操作性能和更大的柔性。

　　这一切都保证了机床在汽车发动机液压挺杆类零件生产上具有较强适应性。

　　（编辑孙德茂收稿曰期……2005-04-05）如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。