现在，航空业、医疗行业和工具制造业均面临的形势是：单批次产品的数量不断下降、生产周期不断缩短、成本压力大以及要求尽可能直接更换加工用的工具。这样便越来越多的产生了磨削加工机器的设计方案。长期以来，一种磨削加工机器产品通常会持续使用七、八年保持不变。而当发动机或医疗行业矫形外科领域的整个系列的部件要实现无人化生产或整个工件要实现无人化加工作业时，由于所使用的变形刀具数量大，这样，在使用中即使是最先进的磨床也会出现受限的情况。

图1 结构紧凑的Y轴是为了使用而专门设计的。抓取砂轮的滑轨借助于Y轴可直接运行至工具盒架前

模块化工具盒可提供大量变形工具

Haas磨床公司认识到了这个市场需求，从而研发出了一种精准排除该瓶颈的可模块化使用的工具盒。该公司总经理Thomas Bader对该设计方案充满自信，他说：“该方案的首批使用者对此表示非常欢迎。自引用了该方案的系统后，客户每年装备磨床的时间从原来几周缩短到短短几天。”客户用模块化工具盒战胜了一个特殊的挑战：也就是该模块化工(刀)盒所占的基本面积要尽可能的小(2000mm×2400mm)，与此同时还必要为直径为20mm~300mm的数量很大的砂轮以及与砂轮组合安装的与砂轮外形尺寸相匹配的冷却剂保护装置留有足够的空间。

图2 结构紧凑的线性轴系统直接与磨床的中央润滑系统相连接。为了防止在高动态的加工作业时出现振动，该轴系统Z轴顶部由两个Schunk-Beta带齿三角皮带轴进行传动，该轴系统Z轴尾部由一个Schunk-Beta带齿三角皮带轴进行传动

这种技术诀窍是借助于一种结构独特的、已完成安装准备的轴系统将砂轮和冷却剂保护装置灵活结合在一起，并做好进行磨削作业的准备。在进行磨削作业时，由该线性轴系统来抓取操控磨削系统和Schunk公司提供的工件张紧装置。布置在工具盒内的由砂轮和冷却剂保护装置组成的这种结构独特的组合装置的更换与作业同步进行，可在最短的时间内完成砂轮和冷却剂保护装置的更换，完成一次砂轮和冷却剂保护装置的更换时间仅为28s。而磨床原本仅用于更换砂轮的时间便为10s。

除此之外，目前由该线性轴系统操控的铣刀在医疗行业的应用越来越广。这种线性轴系统操控的铣刀适合用于外形或直径小、无法使用砂轮进行加工作业的医疗器械工件的加工作业。为了防护机油油雾，用于隔开机油油雾的模块化工具盒的安全门也就成了与机床的接口，由一个交换工作台来取代机床原来的刀具更换装置。Schunk公司是根据用户的特殊使用要求来进行线性轴系统设计的。除此之外，Schunk公司还提供完成安装准备的能源链以及与中央润滑系统的连接，这样便大大方便了用户进行各种不同外形工件的加工作业。

抓手还带有设计独特的花盘夹爪附件

由两个多齿操纵的Schunk-PGN-plus万能抓手对砂轮和冷却剂保护装置进行多变量的操控。为此，抓手带有设计独特的花盘夹爪附件，这样便能够使其与复杂的外形尺寸相互匹配，以便可靠抓取各种变形保护装置以及HSK-80和HSK-50夹紧装置。一个保持抓取力的装置可在能源突然下降的情况下仍保持能够可靠夹紧工具。由光学传感器监控工具是否在位。在操控工具前，由专用喷嘴对当时的接口可能存在着不洁进行清理。借助于一个Schunk-SRU-plus回转单元,既可将布置在下边的抓手中的一个抓手与砂轮和冷却剂保护装置组合在一起，又可用于单个具体砂轮和铣刀的取出和存放。

图3 由两个功能强的Schunk-PGN-plus万能抓手对工件进行操控。为了抓取砂轮，一个下方的抓手借助于Schunk–SRU-plus回转单元进行转动

该线性轴系统对紧凑性和加工过程安全性逐步进行微调。在此，Schunk公司的产品目录中三个Beta-120型齿传送带则能够发挥使线性轴系统在X方向进行线性运动的功能。该线性轴系统的顶端上的两根轴由一台伺服电机同步驱动，顶端上的第三根轴实现电动同步驱动，且同样装备有一台伺服电机。其次，为确保整个系统的高刚性，还避免最大为5m/s2的加速度和最大为60m/min的高动态性运动，这样高动态性运动会将轴系统置于摆动中。以这种方式便能实现轴的运动，从而避免了更换工具时的等待时间，此外还可将整个系统的磨损降至最低。

线性模块集结构紧凑和升程于一身

在Z方向，使用了一根效率高的Schunk-Delta-240C主轴，该主轴带有一个杆锁，并装有一根加长轴和一个旋转编码器，持久对位置进行监控，并在轴系统出现断裂或碰撞时立即使其紧急-停止运行。在Y方向，Schunk公司提供的线性轴系统可使轴直至最后一毫米都能充分发挥技术作用：该公司自行研发的线性模块将结构紧凑和升程达490mm的特大行程的优点集于一身。如果不需要为主轴留有空间，滑轨完全可以滑至模块的末端。只有这样，才能够使抓手既能左边到达工具盒架，右边也完全能够到达砂轮和铣刀架。在此，Schunk公司研发团队所遇到的一个特殊挑战是，该线性模块必须做到结构如此的紧凑，这样才能确保所给定的空间足够使用，而另一方面，该所给定的空间又能够满足抓手升降行程的要求，以确保能够满足抓手自如的操控左边的工具盒架和右边的砂轮和铣刀架的要求。

图4 砂轮自动化的与匹配的冷却剂保护装置结合在一起

既关注加工作业过程的安全性，又关注加工作业的经济性

Schunk公司除了负责设计和组装线性轴系统，而且也负责驱动系统的设计和加工作业周期的计算。在此，首先是要确保加工作业过程的安全性，与此同时还要满足对加工作业经济性的高要求。

这里，一方面是Schunk公司的标准项目囊括了所有可设想到的主轴驱动的变形系统，同时也囊括了结构尺寸大小逐次细微变化的高动态线性直接驱动系统。除此之外，Schunk公司的线性技术专家还从很多项目中积累了广泛的自动化加装铣、车、和磨床工具的经验。当然，为了达到该项技术诀窍的要求，理想的前提是必须牢牢掌握如何才能够做到使Haas磨床工具盒的结构异常紧凑。

图5 Haas磨床有限公司经理Thomas Bader这样说：“今天，客户将原件放入机床，便希望该原件能够得到全面加工，加工后的工件可直接进行包装出厂。而且，客户对各种不同系列工件的要求均是如此。”

自1989年以来，Haas集团一直在进行自动化研磨加工技术开发研究。在此，除了研磨加工过程的可靠性外，该公司首要关注的是缩短设备的加工准备时间和无人化生产。Haas集团早就提供了该公司研制的磨床集成化砂轮更换装置。在这项研发中，该集团公司还实现了砂轮的自动化校准以及借助于机器人或自动化平台系统(Portal system)进行工具自动化加装。

将多台磨床相互联结起来，并按顺序使之自动化运行。与研磨过程的程序化一样，控制系统的程序化始终是由Haas集团通过该公司自己的Horizon软件直接实现的。