CN100488728C - 两轴极坐标数控刀具半径补偿用磨(铣)头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种两轴极坐标数控刀具半径补偿用磨(铣)头，其特征是：电主轴(1)以外圆定位安装在内偏心套(2)的孔中，用螺钉把电主轴(1)的法蓝盘和偏心套(2)的端面刚性的联接在一起，内偏心套(2)的外圆安装在一对滚动轴承(3)的孔中，滚动轴承(3)的外环与外偏心套(4)的内孔配合，并用螺栓和轴承端盖给内偏心套(2)和外偏心套(4)轴向定位，磨头外套(5)与机床联接。本发明采用两个交流伺服电机，分别控制刀具半径补偿量e和刀补角β。在曲线包络面磨削或铣削刀补过程中，能实现加工连续、平稳，不需要公转，刀补量大，加工精度高。对某些需要修形的曲线包络面，能实现在线的修形，在工业生产中有广泛的应用前景。与目前的直角坐标刀补相比，更便于实现新的不同的刀补方法。本发明结构简单，价格低，仅为德国行星磨头价格的1/4左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种用两个交流伺服电机，通过两个独立的参数α、β分别控制加工刀具的刀补量和刀位角的极坐标刀补加工装置。它主要用于对回转体曲线包络面加工的刀具半径补偿用磨头或铣头，尤其是能实现大的刀径差的刀具半径补偿。通过对本磨头或铣头的适当的控制，能实现最佳的刀具半径补偿，获得高的曲面加工精度。仅用一个独立参数就能控制刀补量，对于加工中需要对曲面进行修形的工件，例如弧面分度凸轮，不用修改加工程序，就可以实现回转体曲线包络面加工的在线的修形。
背景技术
目前，在生产中应用的曲线包络面的刀具半径补偿方法有两种：一种是用行星磨头进行刀具半径补偿；另一种是在刀补平面内用两直角坐标联动进行刀位补偿。
前者，优点是加工效率高，能同时磨削槽形工件的两侧。缺点是加工不连续，需要高速公转，刀补量小，结构复杂和价格高。
后者优点是加工连续，刀补量大。不足的是，无论是刀补量还是刀位角的变化，都不能用一个独立的参数单独控制，都必须由控制刀补的两个坐标轴的位移联动才能实现。因此，刀补量和刀位角必须在加工程序中给出，加工过程中不能在线的进行修改，这种关系不利于某些工件(例如弧面分度凸轮)的修形工作。
国际上最先进的用于回转体曲线包络面刀具半径补偿的磨头是德国KOPP公司的行星磨头(见图1)，它是通过砂轮的自传和公转实现刀具半径补偿的，也就是以刀径差为砂轮公转的半径ΔR，使砂轮的自转半径R与公转的半径ΔR之和等于理想的砂轮半径RT(RT＝R+ΔR)。加工时，磨头中心O点沿着理想的砂轮中心轨迹∑1运动，在砂轮每一周的公转中，它都会离开加工表面S2一次，又重新进入加工表面一次，因此，形成了周期性的断屑切削，使得加工不连续，并且在相邻两次切削之间(如图1的K1和K2点之间)形成一个欠切的加工部分，为了减小欠切部分的面积，获得高的加工精度，行星磨头需要高速公转，使相邻两点K1和K2点的距离尽可能的减小，其公转的速度为2000—5000转/分，这就增加了制造难度，提高制造成本。由于工转的速度很高，如果刀补量很大，就会产生较大的周期性惯性力，使磨头产生振动，大大的限制了它的最大刀补能力，由于这个原因KOPP公司行星磨头的最大刀补量仅为1mm。从上述分析不难看出行星磨头的缺点为：加工不连续，有高速公转有周期性惯性力，用以引起振动。最大刀补量小，不能用于大刀径差的刀补，结构复杂，生产成本高。
发明内容
为了克服行星磨头不连续，需要高速公转，刀补量小，结构复杂和价格高的缺点，以及克服直角坐标刀补不能独立控制刀补量和刀补角的不足，本发明提供一种两轴极坐标数控刀具半径补偿用磨头或铣头，该发明结构简单、加工连续、不需要公转，利用两个交流伺服电机通过的独立转角参数分别控制曲线包络面加工中所需的刀补量e和刀位角β，达到实现刀补量大、精度高，能实现在线修形的两坐标数控磨头。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：砂轮安装在电主轴1上，电主轴1以外圆定位安装在内偏心套2的孔中，用螺栓把电主轴1的法蓝盘和偏心套2的端面刚性的联接在一起，内偏心套2的外圆与内孔的偏心距为e1，e1的值根据磨头的不同应用场合，内偏心套2的外圆安装在一对滚动轴承3的孔中，滚动轴承3的外环与外偏心套4的内孔配合，并用螺栓和轴承端盖给内偏心套2和外偏心套4轴向定位。
外偏心套4的内孔和外圆的偏心量为e2，并且e2＝e1，e1的取值范围根据生产的需要可在5mm～40mm之间。
交流伺服电机12通过齿形带15、带轮14和带轮16驱动内偏心套2使它绕轴O1转动，控制内偏心套2和外偏心套4的夹角α，使O2点到O点的距离等于刀补量e，也可用齿轮的轮系机构代替带轮齿形带机构。
交流伺服电机12安装在支座13上，支座13用螺栓和定位销安装在偏心套4的低于外圆的一个平面上。
因此，交流伺服电机12是通过改变独立参数刀补角α的大小来控制刀补量e的。正是它的这个特性，使得它能在线的实现某些曲线包络面的在线修形。由于刀径差的值取决于加工前刀具的实际尺寸，所以加工前，刀补量e就由电机12通过参数α给定，一般情况下加工过程中，电机12不工作。因此，它不参加机床的联动。
外偏心套4安装在滚动轴承6的内孔中，滚动轴承6的外环安装在磨头外套5的内孔中，并用螺栓和轴承端盖给外偏心套4和磨头外套5轴向定位。
交流伺服电机7通过齿形带10、带轮9和11，驱动外偏心套4使它绕磨头外套5的轴线O转动，控制刀具轴心的极角β，极角β也叫做刀位角，在不同位置中的刀位角β需要用空间啮合理论由啮合方程求出。通过外套5把磨头联接在机床的需要的位置上。
从控制刀补的方式来看，本专利磨头是用两个独立的参数分别控制刀补量和刀补角的极坐标数控刀位补偿装置。普通的刀位补偿，刀补量和刀补位置都是由两个相关的直角坐标分量同时控制的，称之为直角坐标刀位补偿。极坐标刀补比直角坐标刀补更容易实现一些新的刀补工艺方法，并且能在线修形，控制和刀补的编程都简单。本专利磨头和行星磨头的区别在于刀补时它不需要高速公转，加工平稳、连续，刀补量大。
刀补量e在加工前根据刀径差的值，由伺服电机12控制给定，一般情况下，加工过程中，不需要改变，只有在线修形时，才通过伺服电机12控制发生改变。
交流伺服电机12、7也可以采用轮系代替齿形带和带轮驱动内、外偏心套2、4转动。
本发明的有益效果是：该发明用两个交流伺服电机，分别控制刀具半径补偿量e和刀补角β。在曲线包络面磨削或铣削刀补过程中，能实现加工连续、平稳，不需要公转，刀补量大，加工精度高。对某些需要修形的曲线包络面，能实现在线的修形，在工业生产中有广泛的应用前景。与目前的直角坐标刀补相比，更便于实现新的不同的刀补方法。本发明结构简单，价格低，仅为德国行星磨头价格的1/4左右。
附图说明
图1为行星磨削原理图；
图2为两轴极坐标刀偿磨(铣)头机构简图；
图3为两轴极坐标刀补磨(铣)头的工作原理图；
图4为两轴极坐标数控刀补用磨(铣)头的结构图。
在图4中，1.电主轴，2.内偏心套，3.滚动轴承，4.外偏心套，5.磨头外套，5′.铣头外套，6.滚动轴承，7.交流伺服电机，8.支座，9.小带轮，10.齿形带，11.大带轮，12.交流伺服电机，13.支座，14小带轮，15.齿形带，16.大带轮，17.砂轮，17′.铣刀。
具体实施方式
砂轮安装在电主轴1上(见图4)，电主轴1安装在偏心套2的内孔中，并用螺钉将电主轴1和偏心套2端面的螺孔联接。内偏心套2外圆的中心线为O1，内偏心套2内孔的中心线为O2。
内偏心套2的内孔与外圆的偏心距为e1，外偏心套4内孔与外圆的偏心距为e2，为了使刀补量的值e能在0≤e≤2e1区间变化，取e1＝e2，e1的值可根据生产需要的最大刀补量来确定。
内偏心套2与外偏心套4之间，以及外偏心套4和套筒5之间，均用滚动轴承减小两轴相对转动的摩擦力和实现相互间的轴向定位。内偏心套2、外偏心套4和套筒5的长度可以根据不同的生产应用场合来给定。
为了控制砂轮轴心O2到轴心O的距离，也就是控制刀补量e，交流伺服电机12通过小带轮14、齿形带15和刚性的固结在内偏心套2上的大带轮16驱动内偏心套2，使它相对外偏心套4运动，实现了用独立参数α对刀补量e的控制。
交流伺服电机7通过小带轮9、齿形带10和刚性的固结在磨头最外层的套筒5上的大带轮11，驱动外偏心套4相对套筒套5转动，实现了用数字量对刀据位置β的控制。
铣削加工时，电主轴1上安装铣刀17′。为了控制铣头轴心O2到轴心O的距离，也就是控制刀补量e，交流伺服电机12通过小带轮14、齿形带15和刚性的固结在内偏心套2上的大带轮16驱动内偏心套2，使它相对外偏心套4运动，实现了用独立参数α对刀补量e的控制。
Claims (4)
1.一种两轴极坐标数控刀具半径补偿用磨头，其特征是：砂轮(17)安装在电主轴(1)上，电主轴(1)以外圆定位安装在内偏心套(2)的孔中，用螺栓把电主轴(1)的法蓝盘和内偏心套(2)的端面刚性的联接在一起，内偏心套(2)的外圆安装在第一滚动轴承(3)的内孔中，第一滚动轴承(3)的外环与外偏心套(4)的内孔配合，并用螺栓和轴承端盖将内偏心套(2)和外偏心套(4)的轴向位置定位；第一交流伺服电机(12)安装在第一支座(13)上，第一支座(13)用螺栓和定位销安装在外偏心套(4)的低于外偏心套外圆的一个平面上，第一交流伺服电机(12)轴上的第一带轮(14)通过第一齿形带(15)与固定在内偏心套(2)上的第二带轮(16)相啮合；外偏心套(4)安装在第二滚动轴承(6)的内孔中，第二滚动轴承(6)的外环安装在磨头外套(5)的内孔中，并用螺栓和轴承端盖将外偏心套(4)和磨头外套(5)轴向定位；第二交流伺服电机(7)安装在第二支座(8)上，第二支座(8)用螺栓和定位销安装在磨头外套(5)外圆的一个平面上，第二交流伺服电机(7)轴上的第三带轮(9)通过第二齿形带(10)与固定在外偏心套(4)上的第四带轮(11)相啮合，磨头外套(5)与机床联接。
2.根据权利要求1所述的两轴极坐标数控刀具半径补偿用磨头，其特征是：内偏心套(2)的内孔与外圆的偏心距为e1，外偏心套(4)的内孔与外圆的偏心距e2，并且e2＝e1，e1的取值范围为5mm～40mm。
3.根据权利要求1或2所述的两轴极坐标数控刀具半径补偿用磨头，其特征是：第一交流伺服电机(12)采用轮系驱动，使内偏心套(2)相对于外偏心套(4)转动；第二交流伺服电机(7)采用轮系驱动，使外偏心套(4)相对于磨头外套(5)转动。
4.一种两轴极坐标数控刀具半径补偿用铣头，其特征是：铣刀(17＇)安装在电主轴(1)上，电主轴(1)以外圆定位安装在内偏心套(2)的孔中，用螺栓把电主轴(1)的法蓝盘和内偏心套(2)的端面刚性的联接在一起，内偏心套(2)的外圆安装在第一滚动轴承(3)的内孔中，第一滚动轴承(3)的外环与外偏心套(4)的内孔配合，并用螺栓和轴承端盖将内偏心套(2)和外偏心套(4)的轴向位置定位；第一交流伺服电机(12)安装在第一支座(13)上，第一支座(13)用螺栓和定位销安装在外偏心套(4)的低于外偏心套外圆的一个平面上，第一交流伺服电机(12)轴上的第一带轮(14)通过第一齿形带(15)与固定在内偏心套(2)上的第二带轮(16)相啮合；外偏心套(4)安装在第二滚动轴承(6)的内孔中，第二滚动轴承(6)的外环安装在铣头外套(5＇)的内孔中，并用螺栓和轴承端盖将外偏心套(4)和铣头外套(5＇)轴向定位；第二交流伺服电机(7)安装在第二支座(8)上，第二支座(8)用螺栓和定位销安装在铣头外套(5＇)外圆的一个平面上，第二交流伺服电机(7)轴上的第三带轮(9)通过第二齿形带(10)与固定在外偏心套(4)上的第四带轮(11)相啮合，铣头外套(5＇)与机床联接。
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