CN101088682A - 精轧辊车床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种精轧辊车床，其可以在辊子表面上以高精度形成包括三维形状部分的图案，例如三边锥形。具体地说，刀架(33)设置有刀具转动轴(A轴)，其用于转动切削刀具，以便当切削辊子形成螺旋凹槽时，刀具(36)刀头的切削面定向成垂直于螺旋凹槽延伸的方向。

Description

精轧辊车床
技术领域
本发明涉及一种精轧辊车床，其可在辊子的外围表面上加工出由布置在矩阵内的三边或四边锥形所组成的三维图案。
背景技术
轧辊磨床和轧辊车床通常被用作加工辊子的机床。轧辊磨床包括床头箱，尾箱，和设置有砂轮的支架。
这样的轧辊磨床可使用砂轮研磨辊子的外围表面以及另外加工外围表面上的凹槽。日本专利公开NO.2003-94239描述了一种轧辊磨床，在它的支架内设有用于凹槽切割的凹槽-加工设备，该设备具有切割锯片。
轧辊车床是一种刀架固定在支架内的车床，该刀架连接有诸如金刚石刀具，且主要通过床头箱旋转辊子并在辊子的侧向方向(X轴方向)进给支架来加工辊子上的圆周凹槽。当加工辊子上的轴向凹槽时，支架沿辊子纵向方向(Z轴方向)高速移动，同时用床头箱(C轴)分度辊子，由此产生轴向凹槽。
加工控制技术的近期发展使得在车床上实现超精密加工，并且能够在车床上加工模具以成型光学透镜。例如，申请人已经提出一种能够加工用于成型菲涅耳透镜的模具的立式车床(公开号为No.2004-358624的日本专利)。立式车床可以加工出模具的高精度V形透镜凹槽来用于成型菲涅耳透镜。
由于液晶显示器的广泛使用，对透镜片的需求逐步增大，该透镜片用于液晶面板的背光。这种透镜片包括，除上述菲涅耳透镜之外，还有双凸透镜片、交叉双凸透镜片、棱形镜片等等。
通过利用转印辊子的挤压成型来模制双凸透镜片、交叉双凸透镜片或棱形镜片近来已开始研究。
在转印辊子用于生产双凸透镜片的情况下，仅仅需要在辊子外围表面上以预定间距上加工精确的圆周凹槽。这种加工甚至可使用传统的一般轧辊车床。
另一方面，在转印辊子用于交叉双凸透镜片或棱形镜片的情况下，它需要在辊子上加工出四边锥形或三边锥形的三维图案。
为了加工出四边锥形的图案，已经研究在辊子表面的矩阵图案内切割圆周凹槽和轴向凹槽。至于加工三边锥形的图案，已经研究了一种方法，其涉及在辊子外围表面上加工出轴向凹槽和螺旋凹槽的组合。然而，传统的轧辊车床，不能有效地完成这种凹槽的超精密加工。
发明内容
因此本发明的一个目的是解决在现有技术中的上述问题和提供一种精轧辊车床，其可在辊子表面以高精度加工出三边锥形或四形锥形的三维图案。
为了实现上述目的，本发明提供一种精轧辊车床，包括：底座；床头箱，安装在底座上，具有用于旋转作为工件的辊子的主轴，同时利用卡盘保持辊子的一端，且具有适于在圆周方向上分度辊子的分度轴(C轴)；尾箱，安装在底座上且相对床头箱布置，且适于可旋转地支撑辊子的另一端；支架，包括可沿辊子的纵向方向(Z轴方向)移动地安装在底座上的鞍部，和可沿垂直于辊子纵向的方向(X轴方向)移动地安装在鞍部上的工作台；安装在工作台上的刀具转盘；安装在刀具转盘上且具有与其相连的多个切削刀具的刀架，其中刀架设置有用于旋转切削刀具的刀具旋转轴(A轴)，以便在辊子圆周表面上加工螺旋凹槽时，切削刀具的切削面被定向成垂直于螺旋凹槽延伸的方向。
根据本发明，辊子加工应用了组合加工形成在辊子上的螺旋凹槽和纵向凹槽，连续地布置在纵向和横向的包含三边锥形的图案可形成在辊子表面。此外，在形成三边锥形时，由于刀架的B轴具有校正和确定刀具切削面位置的功能，除了分度功能，还可以得到螺旋凹槽的精加工表面。
附图说明
图1是显示了依照本发明一个实施例的精轧辊车床的侧视图；
图2是图1所示精轧辊车床的俯视图；
图3是图1所示精轧辊车床上设置的刀具转盘的透视图；
图4是图1所示精轧辊车床的局部正剖视图；
图5是显示了在辊子圆周方向上形成凹槽时的切削刀具的示意图；
图6是用于解释通过A轴使刀具旋转的效果的示意图；
图7是显示了由本发明的精轧辊车床形成的包括三边锥形的凹凸图案的示意图；
图8是用于说明三边锥形加工顺序的示意图；
图9所示为刀架的局部正剖视图，该刀架被更换以用于形成辊子中沿轴向方向的凹槽。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1是依照本发明实施例的精轧辊车床的侧视图，且图2是精轧辊车床的俯视图。
在图1和2中，附图标记10表示底座。在底座10上安装了床头箱12，尾箱14和支架16。辊子W作为工件由床头箱12和尾箱14可旋转地支承。
床头箱12布置在底座10的一个纵向端部上。床头箱12包括本体17、，主轴18、固定在主轴18前端的卡盘19、和用于驱动主轴18的伺服马达20。主轴18由设置在本体17内的、未显示的静压油轴承所支承。卡盘19保持辊子W的轴且将主轴18的旋转传递给辊子W。
在床头箱12内，伺服马达20驱动主轴18由此以高速旋转辊子W。除该功能外，床头箱12设有附加的作为分度轴(C轴)的功能和控制伺服马达20旋转的功能，作为分度轴(C轴)的功能是适于通过使用编码器22检测伺服马达20的旋转量从而用于在圆周方向上分度辊子W。用于床头箱12的轴承可以是气动轴承或机械轴承，而不是静压轴承。
接下来，尾箱14布置在底座10上且与床头箱12相对。未显示的引导表面设置在底座10的上表面，由此尾箱14可沿着引导表面移动。尾箱14具有代替了传统的常见尾轴的主轴24，且利用安装在主轴24上的卡盘25可旋转地支撑辊子W的轴。这种尾箱14除没有伺服马达之外基本上与床头箱12构造相同。
下面介绍支架16。
支架16包括安装在底座10上且可沿辊子W轴向移动的鞍部26。在鞍部26上安装有工作台28，其可沿垂直于辊子W轴向的方向移动。在该实施例的精轧辊车床内，鞍部26进给所沿着的轴线被称为Z轴，且工作台28在鞍部26上进给所沿着的轴线被称为X轴。
图3是显示了刀具转盘30的示意图，其中外壳被从底座10和鞍部26上去除。图4显示了刀具转盘30的剖面图。依照这些实施例的刀具转盘30包括转盘本体31。
刀架33可拆卸地安装在刀具转盘30的顶板32上。刀架33由刀具夹持器34，轴承35，减速齿轮37和伺服马达38形成一个整体结构，成为一个单元。刀架33可任意地连接至顶板32或从顶板32移除。
在刀具夹持器34内，作为切削刀具的金刚石刀具36被保持。刀具夹持器34的轴由轴承35可旋转地支承。减速齿轮37的输出轴与轴承35连接，同时伺服马达38与输入轴连接。因此，伺服马达38的旋转在通过减速齿轮37的减速后传递给刀具夹持器34。如下面将进行描述的那样，由于伺服马达38的控制，A轴被定义为金刚石刀具36转动所围绕的轴。
在图4中，主轴40可旋转地被转盘本体31内的推力衬套41和径向衬套42支承。在本实施例中，大约15μm的缝隙形成在推力衬套41和主轴40的下端面之间以及径向衬套42和主轴40的的外围表面之间。推力衬套41和径向衬套42利用通过箭头显示的加压空气分别支承主轴40的径向负载和推力负载，由此构成气动静压空气轴承。或者，可以使用静压油轴承，而不是利用这种气动静压空气轴承。顶板32与主轴40连接。
驱动轴50同轴地连接到顶板32。内置型伺服马达51和定子51b一起包含在转盘本体31内，伺服马达51的转子51a固定到驱动轴50。通过这种方式，B轴被定义成在刀架33上分度金刚石刀具36，以旋转驱动轴50，该旋转轴由伺服马达51所驱动并且使刀架33和顶板32一起转动。
参见图3，一对X轴导轨43，每个都具有倒V形引导表面，在鞍部26的上表面上延伸。每个X轴导轨43都具有由多个通过夹持器保持的滚子组成的细滚柱轴承44。类似地，一对Z轴导轨45，每个都具有倒V形引导表面，在底座10的上表面上延伸。每个X轴导轨46都同样具有细滚柱轴承43。
用于进给鞍部26的Z轴进给驱动设备和用于进给工作台28的X轴进给驱动设备，每个都由线性马达组成，工作台28上安装有刀架30。在图3中，附图标记47表示构成X轴进给机构的线性马达的永久磁铁列，且48表示平行于Z轴导轨42延伸的永久磁铁列。
在图4中，附图标记52表示数控单元。数控单元52执行用于X轴，Z轴，A轴，B轴和C轴的数字控制。在A轴上，位置控制回路比较数控单元52的指令和编码器53的位置反馈，并且伺服马达38由此控制金刚石刀具36的切削面到指定角度，所述位置控制回路由A轴伺服机构54和用于检测金刚石刀具36的旋转角度的编码器53所构成。同样在B轴上，位置控制回路由B轴伺服机构57和编码器56所构成，以确定B轴来给予主轴40分度功能。
接下来，将描述使用上述构造的精轧辊车床来加工辊子的过程。
图5显示了在辊子W表面形成凹槽情况下金刚石刀具36的刀头位置，且图6(a)为用于说明圆周凹槽60和金刚石刀具36刀头之间位置关系的示意图。
如图6(a)所示，就沿圆周方向切削凹槽60而言，金刚石刀具36的切削面36a垂直于凹槽方向F。在传统轧辊车床中，刀具切削面和凹槽之间的关系通常如上述的分度刀具般固定。
然而，在图6(a)中，如果这样固定金刚石刀具36的切削面的方向，且当尝试切削辊子W来形成其中的螺旋凹槽时，此时旋转辊子W并且在Z轴向上进给刀具36，则很难执行精确的机械加工。
然而，在该实施例的刀架33内，因设置有用于分度金刚石刀具36的切削面的方向的A轴，如图6(b)所示，通过精确地按照指示来旋转金刚石刀具36，金刚石刀具36的切削面36a可定位成垂直于螺旋凹槽61的方向F。因此，可以得到螺旋凹槽61的精加工面。
图7显示了布置在矩阵内的三边锥形的三维图案，其通过利用如上所述的刀架33的A轴功能而被加工在辊子的表面。在本实施例中，通过加工具有三边锥形的辊子表面，可以制成用于棱形座的转印辊子，所述棱形座用于挤压成型。这种三边锥形的图案主要可通过组合加工V形纵向凹槽62和在相反方向上螺旋的第一V形螺旋凹槽64及第二V形螺旋凹槽65来形成。在本实施例中第一螺旋凹槽64和第二螺旋凹槽65具有相同的螺旋角度。
现在描述第一螺旋凹槽64的加工。第一螺旋凹槽64可以通过使用金刚石刀具36，在沿着图8A所示箭头A的方向上旋转辊子且沿辊子轴向方向进给金刚石刀具36而被加工。即，刀架33的金刚石刀具36的切削面通过A轴被控制成定向于垂直于第一螺旋凹槽64的方向，同时辊子W利用床头箱12的伺服马达20旋转。然后，辊子W通过在支架16的Z轴方向上进给被金刚石刀具36切削，这样可以形成第一螺旋凹槽64。之后，通过使用C轴功能连续分度加工起始位置，第一螺旋凹槽64可连续地以相同的方式加工。
接下来，第二螺旋凹槽65，其与第一螺旋凹槽64交叉和反向螺旋，可以通过朝图8B所示箭头B来反向旋转辊子W，就象第一螺旋凹槽64，在Z轴方向供给床头箱12来进行加工。
在由此连续加工第一螺旋凹槽64和第二螺旋凹槽后，纵向凹槽62如图8(c)所示被加工。纵向凹槽62的加工通过将用于形成螺旋凹槽的刀架33调换为如图9所示设置有快速切削刀具轴设备71的另一个刀架70而被实现，并且将它固定在刀具转盘30上，由此切削辊子W。
在图9中，刀架70安装在顶板32的一侧，且快速切削刀具轴设备71布置在顶板32另一侧的位置。快速切削刀具轴设备71由固定在刀架70上的托架72支承。刀架70通常为半圆柱形状的刀架，其具有以预定间隔布置在圆周上的金刚石刀具36。在本实施例中三个金刚石刀具36设置在刀架70上，且每个刀具36可以通过刀架33与顶板32一起转动60度而被分度。用于平衡快速切削刀具轴设备34重量与刀架33重量的平衡块74被放置在刀架33的上表面上。
快速切削刀具轴设备71包括本体71a、伺服马达75、和其上连接有快速切削刀具77的刀具夹持器76。未显示的刀具轴由本体71a内的空气轴承支承。刀具轴直接由伺服马达75驱动且以高速旋转。刀具夹持器76安装在刀具轴前端，为圆盘形状以增大圆周速度。快速切削刀具77，由金刚石刀具组成，被夹持在刀具夹持器76的外围表面上。在本实施例中，切削刀具轴设备71在垂直于X轴和Z轴的方向上支承切削刀具轴，且在X-Z平面内高速旋转快速切削刀具77。金刚石刀具36的切削刃安装在刀架33内，位于与快速切削刀具77旋转相同的X-Z平面内。
由于快速切削刀具轴设备71如上所述地安装在刀架70内，纵向凹槽62可以以下列方式形成。
即，快速切削刀具轴设备71首先利用B轴功能进行分度，且辊子W的纵向凹槽62上被加工的圆周位置随后利用C轴功能进行分度。
为此，快速切削刀具轴设备71被驱动及以高速旋转，同时快速切削刀具77在X轴方向切入辊子W内。在这种状态下，通过快速切削刀具77切削辊子W和同时支架16在Z轴进给，可以形成纵向凹槽62。因为这个过程是在为快速切削刀具77提供最佳切削速度(大约300m/分)时而被执行，因此纵向凹槽62可以以高精度被制成。之后，其它纵向凹槽62以恒定间距被连续形成，以便它们通过螺旋凹槽64，65的每个交叉点，同时辊子W的每个切削位置通过C轴功能(参见图8(c))进行分度。
如上所述，通过用于不同目的的刀架33和刀架70，如图7所示的三边锥形图案可以通过使用单轧辊车床而形成在辊子表面，甚至用于挤压成型的产品例如需要超精密的加工的、用于棱形片的转印辊子也可被制成。

Claims (8)

1.一种精轧辊车床，包括；
底座；
床头箱，安装在底座上，具有用于对作为工件的辊子提供旋转的主轴，同时利用卡盘保持辊子的一端，且具有适于在圆周方向上分度辊子的分度轴(C轴)；
尾箱，位于底座上且相对床头箱布置，适于可旋转地支承辊子的另一端；
支架，包括可沿辊子纵向方向(Z轴方向)移动地安装在底座上的鞍部，和可沿垂直于辊子纵向的方向(X轴方向)移动地安装在鞍部上的工作台；和
刀具转盘，安装在工作台上；
刀架，安装在该刀具转盘上并且具有与其连接的多个切削刀具；
其中，刀架设置有用于旋转切削刀具的刀具旋转轴(A轴)，以便在辊子圆周表面上加工螺旋凹槽时，切削刀具的切削面被定向成垂直于螺旋凹槽延伸的方向。
2.如权利要求1所述的精轧辊车床，其特征在于，刀架包括：
作为驱动源的伺服马达；
适于夹持切削刀具的刀具夹持器；
用于可旋转地支承刀具夹持器的轴的轴承；和
适于将伺服马达的旋转输出到夹持器的轴的减速装置。
3.如权利要求2所述的精轧辊车床，其特征在于，刀架可拆卸地安装在刀具转盘上且可替换为另一种类型的刀架。
4.如权利要求3所述的精轧辊车床，其特征在于，另一种类型的刀架包括多个切削刀具和适于旋转快速切削刀具的快速切削刀具轴设备。
5.如权利要求3或4所述的精轧辊车床，其特征在于，刀具转盘设置有刀架旋转轴(B轴)，所述刀架旋转轴适于旋转刀架和分度刀具或刀架的快速切削刀具。
6.如权利要求4所述的精轧辊车床，其特征在于，快速切削刀具轴设备包括在其外围表面夹持切削刀具的盘形切削刀具夹持器、在内部具有支撑切削刀具轴的空气轴承的本体、和用于直接驱动切削刀具轴的伺服马达。
7.如权利要求1所述的精轧辊车床，其特征在于，还包括用于引导支架进给的Z轴滚柱导轨，所述导轨平行于Z轴地在底座上延伸且具有布置有多个滚轮的引导表面。
8.如权利要求1所述的精轧辊车床，其特征在于，还包括X轴进给驱动设备和Z轴进给驱动设备，每个设备都包含线性马达。
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