什么樣的機(jī)床是坐標(biāo)磨床
什么是坐標(biāo)磨床？在加工中心上把銑刀換成砂輪是否可以進(jìn)行坐標(biāo)磨削？坐標(biāo)磨床的銷售人員經(jīng)常會(huì)被問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題。如果僅從字面上解釋的話就是“坐標(biāo)”+“磨床”。
坐標(biāo)就是代表可以實(shí)現(xiàn)極高定位精度的，可以保證極高孔系位置公差要求的機(jī)床，比如坐標(biāo)鏜等。
“磨床”是指可以具備完整的磨削功能的立式結(jié)構(gòu)機(jī)床。合起來(lái)就是可以具備極高定位精度的具備完整坐標(biāo)磨削功能的立式機(jī)床，就是坐標(biāo)磨床。
坐標(biāo)定位精度和最終可以保證的位置精度是比較好理解的，那么什么是完整的坐標(biāo)磨削功能呢？從大家比較熟悉的磨削機(jī)床，例如外圓磨床，內(nèi)圓磨床或者平面磨床，我們可以了解到，以下幾個(gè)方面：
1. 內(nèi)外圓磨削的時(shí)候，工件是以一定的速度進(jìn)行回轉(zhuǎn)的，機(jī)床 的X,和Z軸進(jìn)給完成磨削。平面磨床磨削的時(shí)候的工件是不動(dòng)的，因此需要砂輪進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成工件表面的磨削。
2. 坐標(biāo)磨削的時(shí)候，工件也是不回轉(zhuǎn)的，因此磨削運(yùn)動(dòng)需要砂 輪進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磨削。這就是坐標(biāo)磨削工藝中所說(shuō)的沖 程運(yùn)動(dòng)即砂輪在高度方向的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨削，因?yàn)樽鴺?biāo)磨床的主要作用就是用來(lái)完成非回轉(zhuǎn)工件的孔系在深度方向的磨削，可以這樣說(shuō)：沖程運(yùn)動(dòng)就是坐標(biāo)磨削的核心發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)因?yàn)樽鴺?biāo)磨削的精度要求比較高，因此對(duì)沖程磨削的參數(shù)是有一定的技術(shù)要求的。主要有以下幾個(gè)方面：
1）沖程長(zhǎng)度，代表了可以磨削的孔的深度,和零件的高度。
2）沖程速度，代表了磨削的表面粗糙度的能力，沖程速度越快，磨削的精度會(huì)更好。
3）沖程頻率。代表了磨削的效率。沖程頻率越高，磨削效率越高。
以上沖程磨削的參數(shù)，大家可以腦補(bǔ)一下，這和我們?cè)诩依镉蒙凹堖M(jìn)行打磨是一樣的邏輯。
因此坐標(biāo)磨床最主要的特征就是沖程運(yùn)動(dòng)。所謂的加工中心的銑刀換成砂輪就是坐標(biāo)磨床的說(shuō)法是錯(cuò)誤的。銑削加工中心是不具備沖程磨削的功能，不是坐標(biāo)磨床。沖程運(yùn)動(dòng)和磨削是坐標(biāo)磨床有別于加工中心的最重要的特征之一。
3. 完整的磨削功能是指在沖程磨削功能的基礎(chǔ)上，還需要具備其他附加的功能，才能保證磨削功能的實(shí)現(xiàn)，保證最終的磨削精度要求。
1）砂輪修整。坐標(biāo)磨床必須配備可以進(jìn)行剛玉砂輪和CBN砂輪修整的金剛石滾輪修整裝置和砂輪修整循環(huán)。
2）砂輪測(cè)量。坐標(biāo)磨床必須配備可以精確測(cè)量砂輪直徑和長(zhǎng)度的測(cè)量裝置，由于砂輪是非金屬的材質(zhì)，因此加工中心上面配備的激光對(duì)刀儀是不可以的。各個(gè)品牌的坐標(biāo)磨床目前配備的砂輪測(cè)量裝置都是采用超聲聲控控砂輪測(cè)量裝置，并且可以實(shí)現(xiàn)聲控消除空程磨削功能。
3）坐標(biāo)磨削程序編程軟件和磨削工藝支持。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)必須配備專用的磨削編程軟件和循環(huán)，比如沖程磨削循環(huán)等，同時(shí)可以為操作者提供磨削工藝參數(shù)推薦等。
4）磨削冷卻液循環(huán)過(guò)濾，由于坐標(biāo)磨削的精度比較高，因此對(duì)冷卻液的過(guò)濾是有要求的，不能采用加工中心使用的簡(jiǎn)單的無(wú)紡布過(guò)濾方式，必須使用精密過(guò)濾系統(tǒng)，保證過(guò)濾后的顆粒物不大于5um，避免顆粒物混入進(jìn)行二次磨削，破壞工件的表面粗糙度和精度。
5）冷卻液介質(zhì)，如果采用CBN砂輪進(jìn)行磨削，最好能夠配套采用磨削油，能給保證磨削精度。因此必須配套采用自動(dòng)滅火系統(tǒng)，保證生產(chǎn)的安全和可靠。
6）由于坐標(biāo)磨削的精度要求比較高，公差要求普遍在0.002mm左右，因此必須配備在線測(cè)量功能，否則操作者是不知道加工完成后的內(nèi)孔是否合格，一般的量具和檢具是不可能對(duì)0.005mm以下的公差的零件進(jìn)行測(cè)量的。
7）針對(duì)有空間角度和型面有磨削要求和三維輪廓等的磨削要求的工件，必須配備雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)五軸五聯(lián)動(dòng)的磨削。
還有需要說(shuō)明的是，傳統(tǒng)坐標(biāo)磨床的內(nèi)孔的磨削是需要配備“U”軸的。原因是因?yàn)閭鹘y(tǒng)坐標(biāo)磨床的直線軸傳動(dòng)采用的是滾珠絲杠，為彌補(bǔ)滾珠絲杠的螺距誤差和絲杠和螺母的反向間隙帶來(lái)的誤差，采用行星運(yùn)動(dòng)完成內(nèi)孔的磨削，博物館里的1931年坐標(biāo)磨床的U軸
行星運(yùn)動(dòng)示意圖
這種磨削方式和鏜孔的原理是一樣的，都是為了彌補(bǔ)滾珠絲杠由于螺距誤差和絲杠和螺母的反向間隙導(dǎo)致的插補(bǔ)精度不足，即主軸中心不動(dòng)，鏜刀刀尖圍繞主軸中心回轉(zhuǎn)完成切削。
但是這種方式的特點(diǎn)只針對(duì)于圓形被加工要素的的加工，由于刀具回轉(zhuǎn)中心和主軸中心不在一個(gè)中心，對(duì)于需要進(jìn)行非圓磨削的工件是不利的，因此在數(shù)控技術(shù)誕生前的坐標(biāo)磨床是不能夠進(jìn)行非圓工件的磨削的，數(shù)控技術(shù)誕生后的坐標(biāo)磨床，通過(guò)增加的C軸來(lái)彌補(bǔ)主軸中心和砂輪中心不同軸帶來(lái)的誤差，但是仍然不能消除絲杠傳動(dòng)技術(shù)的誤差和，因此傳統(tǒng)坐標(biāo)磨床的非圓磨削始終是個(gè)弱項(xiàng)。
80年過(guò)去了，驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)飛速發(fā)展，直線電機(jī)技術(shù)已經(jīng)開始普及了，愈來(lái)愈多高精尖機(jī)床，甚至臺(tái)灣和國(guó)產(chǎn)機(jī)床都已經(jīng)使用直線電機(jī)替代傳統(tǒng)的滾珠絲杠了?，F(xiàn)代的坐標(biāo)磨床采用最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過(guò)提高插補(bǔ)精度的方式完成高精度內(nèi)孔的磨削，坐標(biāo)磨床的主要的舉措有以下幾種方式通過(guò)提高插補(bǔ)的精度實(shí)現(xiàn)高精度的孔系磨削，插補(bǔ)精度可以達(dá)到0.05um（50納米），最終實(shí)現(xiàn)0.5um的磨削圓度和圓柱度的坐標(biāo)磨削精度：
1）高精度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2）高分辨率的測(cè)量反饋系統(tǒng)，目前美國(guó)摩爾公司的最高精度的坐標(biāo)磨床400UPJG的光柵尺分辨率是1納米，羅德斯公司RXP系列的坐標(biāo)磨床的分辨率是10納米。
3）配備能夠高速響應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)和高頻的數(shù)控軸驅(qū)動(dòng)器，用于應(yīng)對(duì)大量的快速運(yùn)算和反饋的要求。摩爾與豪澤的數(shù)控系統(tǒng)的伺服響應(yīng)是0.1毫秒。程序預(yù)讀能力分別是10000句和20000句。各數(shù)控軸的驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)頻率可達(dá)32KHz，這是目前通用數(shù)控系統(tǒng)所不能提供的。
4）最高磨削圓度可以保證0.5um以內(nèi).
5）數(shù)控Z軸和X，Y軸具備相同的結(jié)構(gòu)和精度，可以實(shí)現(xiàn)三維輪廓的磨削
6）在線測(cè)量不僅僅是加工結(jié)果的檢測(cè)，測(cè)量工藝可以被應(yīng)用于精密零件的測(cè)量定位，可以替代操作的手動(dòng)找正。將坐標(biāo)磨削工藝和操作完全由機(jī)床實(shí)現(xiàn)和完成，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將坐標(biāo)磨削機(jī)床并入自動(dòng)化生產(chǎn)線提供了工藝技術(shù)基礎(chǔ)，這是傳統(tǒng)的滾珠絲杠的老式坐標(biāo)磨床做不到的。
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