CN101433984B - 无心滚珠丝杠磨床及其磨削加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无心滚珠丝杠磨床及其磨削加工工艺，所述的砂轮(1)的外圆面上沿长度方向均匀设有多个平行排列的磨牙，且砂轮(1)的外圆周面为内凹的弧面；所述的大导轮(2)的外圆周面为内凹的弧面。它的磨削加工工艺包括以下几个步骤：将滚珠丝杠通过导入装置和限位装置在主动轮(10)的旋转作用下，到达磨削区域，砂轮(1)开始快速进刀；砂轮(1)运动到与滚珠丝杠的距离为0.02～0.1毫米时，砂轮(1)要慢速进刀；运行到砂轮磨削区域的末端时，砂轮(1)停止进刀；砂轮(1)退刀。采用以上结构后，利用已有的无心磨床的高速高效原理来无心磨削滚珠丝杠，特别是能提高细长形滚珠丝杠的加工精度和工作效率。

Description

无心滚珠丝杠磨床及其磨削加工工艺

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体讲是一种专业磨削滚珠丝杠的无心滚珠丝杠磨床及其磨削加工工艺。

背景技术

滚珠丝杠磨床一般包括床身、砂轮磨架机构、导轮磨架机构、进给机构、砂轮修正机构、工件托架机构。砂轮磨架机构的砂轮固定安装在砂轮主轴上，由其传动机构带动旋转；导轮机构的导轮固定安装在导轮轴上，旋转地承托着工件。砂轮和导轮位于工件的两侧，砂轮旋转时对工件进行磨削工作。

中国专利网上公开了专利申请号为“200510041023.8”的发明专利“滚珠丝杠磨床”，它包括床身、工件头架、工件尾架，加工件夹装在上述工件头架和工件尾架之间，工件头架与头架蜗轮蜗杆副相接，上述床身上置有横躺移动拖板，上述横向移动拖板由挂轮驱动横向滚珠丝杠副横向移动，上述横向移动拖板上置有纵向移动拖板，上述纵向移动拖板由纵向蜗轮蜗杆副驱动纵向滚珠丝杠副作纵向移动，上述纵向移动拖板上置有磨削装置。

但是上述这种滚珠丝杠磨床采用磨头固定式，工件被夹装在工作台上，且工件作轴向移动。它存在着以下的缺点：当需要加工细长形的滚珠丝杠时，由于工件本身的特点，需要在滚珠丝杠的两端加上顶针，这样就相当于在滚珠丝杠的两头定了两个支承点，再加上细长的工件本身容易变形，因此在进行磨削时，细长的滚珠丝杠很容易在中间部分变形弯曲，这样会导致磨削出来的工件精度不高。同时，现有的滚珠丝杠磨床的砂轮上只设有一个磨牙，这样在进行滚珠丝杠的磨削工作时，效率很低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种无心滚珠丝杠磨床，它利用已有的无心磨床的高速高效原理来无心磨削滚珠丝杠，特别是能提高细长形滚珠丝杠的加工精度和工作效率。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种上述无心滚珠丝杠磨床的磨削加工工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种无心滚珠丝杠磨床，包括床身、托架、砂轮、大导轮、砂轮修正器，所述的砂轮、大导轮和托架均安装在床身上，所述的托架位于砂轮和大导轮之间，所述的磨床还包括托板，所述的托板安装在托架上，且与托架之间有一个倾斜角，工件位于托板上；所述的砂轮的外圆面上沿长度方向均匀设有多个平行排列的磨牙，且砂轮的外圆周面为内凹的弧面；所述的大导轮的外圆周面为内凹的弧面，且大导轮的轴线与床身水平面之间有一个倾斜角α；在砂轮磨削区域的两端设有导入装置和限位装置，所述的导入装置和限位装置均安装在托架上。

所述的导入装置是指，在所述的砂轮磨削区域两边各均匀分布有两排若干个硬钢导轮和一个钨钢导牙漕导轮，所述的钨钢导牙漕导轮与砂轮之间有若干个硬钢导轮，钨钢导牙漕导轮上设有一个凸牙；在磨削区域的入料端还设有一个主动轮，所述的主动轮位于其中一排硬钢导轮的头两个硬钢导轮之间。

所述的限位装置是指，在所述的磨削区域两端各设有钨钢导牙漕导杆，所述的钨钢导牙漕导杆上设有一个凸牙，在所述的砂轮与钨钢导牙漕导杆之间安装有推压导轮，所述的推压导轮的中心高度与滚珠丝杠的中心高度一致。

采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明中的砂轮外圆面上沿长度方向均匀设有多个(可由50个至500个)平行排列的磨牙，相当于同时有多个(可由50个至500个)磨牙在工作，这样明显提高了磨削的工作效率和精度。同时，在磨削区域两边各设有工件导入装置和限位装置，避免了现有技术中用两端顶针定位带来工件变形的缺陷，从而能大大提高细长形滚珠丝杠的加工精度，能把原产品精度在磨削前的3-4级提高到磨削后的0-1级。由于滚珠丝杠有螺旋角度，使托板与托架呈一定的倾斜角度，而且砂轮和大导轮外圆周面为内凹的弧面，同时大导轮的轴线与床身之间有一个倾斜角α，这些都是为了保证滚珠丝杠的加工精度。先把滚珠丝杠放在硬钢导轮上，利用钨钢导牙漕导轮上的凸牙与滚珠丝杠的凹牙相配合，来达到磨削滚珠丝杠牙纹漕的同时主动轮的旋转也使滚珠丝杠向前移动，这样避免了细长的滚珠丝杠工作时的跳动，更加保证了加工精度。使细长滚珠丝杠通过推压导轮与大导轮紧贴，使丝杠与大导轮同线速度旋转，更进一步保证了加工精度。

所述的磨削区域的出料端设有测量头，所述的测量头安装在托架上。在磨削区域的出料端设了测量头后，可以通过滚珠丝杠来测出砂轮的磨牙圆中心位置的精确尺寸，再来确定钨钢导牙漕导轮和钨钢导牙漕导杆的精确位置，从而来调整相应的砂轮位置。

所述的硬钢导轮、钨钢导牙漕导轮、测量头、钨钢导牙漕导杆和推压导轮与托架均为横向和纵向移动可微调的连接。采用这种结构后，使滚珠丝杠能更好地与大导轮接触并通过砂轮磨削，从而更加保证加工精度。

所述的砂轮修正器包括轴向移动拖板、径向移动拖板、金刚石滚轮、光栅尺、高速电机、伺服电机和直线电机，所述的轴向移动拖板和径向移动拖板均与床身连接，所述的金刚石滚轮固定连接在高速电机的主轴上，所述的高速电机与径向移动拖板连接；所述的伺服电机固定连接在径向移动拖板顶面上；所述的光栅尺固定在轴向移动拖板顶面上，所述的直线电机固定连接在轴向移动拖板内。采用金刚石滚轮的修正器结构，并同时结合光栅尺与直线电机合作的监控作用，使砂轮修正器能更高精度地定位控制并一牙一牙地修正砂轮，更能保证砂轮的磨削能力。

本发明的另一个技术方案是，提供一种无心滚珠丝杠磨床的磨削加工工艺，它包括以下几个步骤：

①将滚珠丝杠放在硬钢导轮及钨钢导牙漕导轮上，同时钨钢导牙漕导轮上的凸牙放入滚珠丝杠上的凹牙中；

②在主动轮的旋转作用下，使滚珠丝杠旋转移动经过钨钢导牙漕导杆的凸牙，到达推压导轮和大导轮中间；

③推压导轮作径向推压，使滚珠丝杠与大导轮紧贴，并使滚珠丝杠与大导轮同线速度旋转，同时继续移动，这时砂轮与大导轮之间的距离要比滚珠丝杠直径尺寸大0.5～1.5毫米；

④当滚珠丝杠移动到滚珠丝杠全长的30％～80％进入砂轮磨削区或砂轮磨削区域全长的30％～80％时，砂轮开始快速进刀；

⑤当砂轮运动到与滚珠丝杠的距离为0.02～0.1毫米时，砂轮要慢速进刀，进刀速度是滚珠丝杠旋转一圈其进刀量为0.001～0.01毫米；

⑥滚珠丝杠的前端运行到砂轮磨削区域的末端时，砂轮停止进刀，此时滚珠丝杠继续移动到砂轮另一端的推压导轮、钨钢导牙漕导杆、硬钢导轮和测量头，当滚珠丝杠的末端经过砂轮另一端的推压导轮后离开砂轮磨削区域；

⑦砂轮退刀，退刀时间定在砂轮停止进刀后的0.5～5秒时，或滚珠丝杠后段刚出砂轮磨削区域时。

所述的砂轮磨削区域有均匀的机动变温的冷却液来冷却。

采用以上的加工工艺后，本发明与现有技术相比具有以下显著优点和有益效果：现有的滚珠丝杠磨床的加工工艺中要把滚珠丝杠的两端用顶针作为支承点，并用一个砂轮进行磨削，而本发明的加工工艺则用导轮和托板在滚珠丝杠的外圆作为支承点，用五十个甚至五百个砂轮同时进行磨削，大大提高了工作效率。

附图说明

图1所示的是本发明无心滚珠丝杠磨床的结构示意图；

图2所示的是图1中A向示意图；

图3所示的是图1中B向示意图；

图4所示的是本发明无心滚珠丝杠磨床的砂轮修正器的结构示意图；

图5所示的是图4中C向示意图；

图6所示的是图4中D向示意图。

其中：1、砂轮；2、大导轮；3、滚珠丝杠；4、托板；5、推压导轮；6、钨钢导牙漕导杆；7、测量头；8、钨钢导牙漕导轮；9、硬钢导轮；10、主动轮；11、金刚石滚轮；12、高速电机；13、伺服电机；14、光栅尺；15、直线电机；16、轴向移动拖板；17、径向移动拖板；18、托架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

由图1～图3所示的本发明无心滚珠丝杠磨床的结构示意图可知，它包括床身、托架18、砂轮1、大导轮2、砂轮修正器，所述的砂轮1、大导轮2和托架18均安装在床身上，所述的托架18位于砂轮1和大导轮2之间，所述的磨床还包括托板4，所述的托板4安装在托架18上，且与托架18之间有一个倾斜角，工件位于托板4上。所述的砂轮1的外圆面上沿长度方向均匀设有五十个甚至五百个平行排列的磨牙，且砂轮1的外圆周面为内凹的弧面。所述的大导轮2的外圆周面为内凹的弧面，且大导轮2的轴线与床身水平面之间有一个倾斜角α，所述的倾斜角α为双向10度。

在砂轮磨削区域的两端设有导入装置和限位装置，所述的导入装置和限位装置均安装在托架18上。

以上所述的磨牙，也就是小砂轮，五十至五百个这么多小砂轮，在磨削工件的移动过程中，变换着凹牙工件与凸牙砂轮的位子，同时又有互相互补缺陷。以上所述的托架18在实际应用中按每台磨床的不同是个形状各异、结构功能多样、大小多种类的零部件，所以未注具体形状。

所述的导入装置是指，在磨削区域两边各均匀分布有若干个硬钢导轮9和一个钨钢导牙漕导轮8，所述的钨钢导牙漕导轮8与砂轮1之间有若干个硬钢导轮9，钨钢导牙漕导轮8上设有一个凸牙；在磨削区域的入料端还还设有一个主动轮10，所述的主动轮10位于其中一排硬钢导轮9的头两个硬钢导轮9之间。所述的限位装置是指，在磨削区域两端各设有钨钢导牙漕导杆6，所述的钨钢导牙漕导杆6上设有一个凸牙。

所述的钨钢导牙漕导杆6的材质是钨钢，其支承力由钢板传递，对滚珠丝杠的径向有着一定的弹性和推力，推力约在几十克到几百克，这要根据滚珠丝杠的直径大小来定，以不会把滚珠丝杠推出位置或卡住为准。按照滚珠丝杠轴向的钢板刚性要较强，如用一公斤推力，滚珠丝杠的活动范围不超过2微米。所述的钨钢导牙漕导轮8的材质也为钨钢，其下面下段支承力由钢板传递，其径向弹性和钨钢导牙漕导杆6的支承钢板相似，但上面上段与滚珠丝杠接近处则须用无弹性的钢板，并在钨钢导牙漕导轮8的对倾位置里安装个硬钢导轮9，其支承力来自钨钢导牙漕导轮8同一块钢板，也是没有弹性的，并可单独微调与滚珠丝杠的间距大小。这两个钨钢导牙漕导轮8的中心高度与滚珠丝杠的中心高度一样，但这种功能是供磨大又长的滚珠丝杠所用，或滚珠丝杠长度超过砂轮整体长度时所用。

在所述的砂轮1与钨钢导牙漕导杆6之间安装有推压导轮5，所述的推压导轮5的中心高度与滚珠丝杠的中心高度一致。所述的磨削区域的出料端设有测量头7，所述的测量头7安装在托架18上。所述的硬钢导轮9、钨钢导牙漕导轮8、测量头7、钨钢导牙漕导杆6和推压导轮5与托架18均为横向和纵向移动可调的连接。

由图4～图6所示的本发明无心滚珠丝杠磨床的砂轮修正器的结构示意图可知，所述的砂轮修正器包括轴向移动拖板16、径向移动拖板17、金刚石滚轮11、光栅尺14、高速电机12、伺服电机13和直线电机15，所述的轴向移动拖板16和径向移动拖板17均与床身连接，所述的金刚石滚轮11固定连接在高速电机12的主轴上，所述的高速电机12与径向移动拖板17固定连接；所述的伺服电机13固定连接在径向移动拖板17顶面上；所述的光栅尺14固定在轴向移动拖板16顶面上，所述的直线电机15固定连接在轴向移动拖板16内。

一种无心滚珠丝杠磨床的磨削加工工艺，它包括以下几个步骤：

①将滚珠丝杠放在硬钢导轮9及钨钢导牙漕导轮8上，同时钨钢导牙漕导轮8上的凸牙放入滚珠丝杠上的凹牙中；

②在主动轮10的旋转作用下，使滚珠丝杠旋转移动经过钨钢导牙漕导杆6的凸牙，到达推压导轮5和大导轮2中间；

③推压导轮5作径向推压，使滚珠丝杠与大导轮2紧贴，并使滚珠丝杠与大导轮2同线速度旋转，同时继续移动，这时砂轮1与大导轮2之间的距离要比滚珠丝杠直径尺寸大0.5～1.5毫米；

④当滚珠丝杠移动到滚珠丝杠全长的30％～80％进入砂轮磨削区或砂轮磨削区域全长的30％～80％时，砂轮1开始快速进刀；

⑤当砂轮1运动到与滚珠丝杠的距离为0.02～0.1毫米时，砂轮1要慢速进刀，进刀速度是滚珠丝杠旋转一圈其进刀量为0.001～0.01毫米；

⑥滚珠丝杠的前端运行到砂轮磨削区域的末端时，砂轮1停止进刀，此时滚珠丝杠继续移动到砂轮1另一端的推压导轮5、钨钢导牙漕导杆6、硬钢导轮9和测量头7，当滚珠丝杠的末端经过推压导轮5后离开砂轮磨削区域

⑦砂轮1退刀，退刀时间定在砂轮1停止进刀后的0.5～5秒时，或滚珠丝杠后段刚出砂轮磨削区域时。

所述的砂轮1和大导轮2在磨削时的进给速度按照滚珠丝杠的长度依次为快、慢、快、慢、快。

所述的砂轮磨削区域需要有均匀的机动变温的冷却液来冷却。

本发明无心滚珠丝杠磨床的可磨削的滚珠丝杠直径范围为Φ10～Φ60毫米，长度可达10米以上。当磨长丝杠(超过砂轮宽度的)时，如长度为10米以上的，托架18底盘必须要固定不能移动，磨削量进给要补上移动量，并通过砂轮磨架来移动，此时砂轮磨架要有象现有技术中的导轮磨架下的回转机构。

与原有的无心磨床相比，它们外形相同，虽然增加十几个零部件，但是作用是完全不同的，原无心磨床是磨外圆的，本发明磨床是磨滚珠丝杠的牙纹漕的。在不会磨出三角形的情况条件下，也可以牙纹漕、丝杠漕和外圆一起同时磨削。

与原有的滚珠丝杠磨床相比，它们不仅外形也完全不同，而且工作效率完全不同，操作方法完全不同。所要磨削的产品有些相同，都能磨滚珠丝杠，但本无心滚珠丝杠磨床只专门磨滚珠丝杠，尤其是能磨小而细长的滚珠丝杠，这是原有的滚珠丝杠磨床所无能为力的。

本无心滚珠丝杠磨床要在恒温室内工作，砂轮磨头要单独预热恒温，磨削区域中需要大量接触冷却液的部位，须有隔温材料来保持恒温，这冷却液要根据磨削量的大小变化而改变温度高低，来达到工件的恒温。

本磨床的大小拖板的移动都要用高精度滚针道轨进行传递，并要有足够的清洁度、润滑度。

本磨床的一些零部件，如砂、导轮磨架的移动，砂轮修正器的修正运动，磨削区域的量具、仪表、测量头的监控，推压导轮的压力大小变换，冷却液的温度高低变换等这些都要用电脑智能化来控制(低温冷却液储存箱、槽，此零部件为后加上的)。

本发明并不局限于以上所述的的结构，其中无心滚珠磨床中砂轮的外径×厚度可达1米×1米或更大，大导轮的直径可达0.6～0.7米，厚度可达1.1米以上。这些变化均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无心滚珠丝杠磨床，包括床身、托架(18)、砂轮(1)、大导轮(2)、砂轮修正器，所述的砂轮(1)、大导轮(2)和托架(18)均安装在床身上，所述的托架(18)位于砂轮(1)和大导轮(2)之间，其特征在于：所述的磨床还包括托板(4)，所述的托板(4)安装在托架(18)上，且与托架(18)之间有一个倾斜角，工件位于托板(4)上；所述的砂轮(1)的外圆面上沿长度方向均匀设有多个平行排列的磨牙，且砂轮(1)的外圆周面为内凹的弧面；所述的大导轮(2)的外圆周面为内凹的弧面，且大导轮(2)的轴线与床身水平面之间有一个倾斜角α；在砂轮磨削区域的两端设有导入装置和限位装置，所述的导入装置和限位装置均安装在托架(18)上；

所述的导入装置是指，在所述的砂轮磨削区域两边各均匀分布有两排若干个硬钢导轮(9)和一个钨钢导牙漕导轮(8)，所述的钨钢导牙漕导轮(8)与砂轮(1)之间有若干个硬钢导轮(9)，钨钢导牙漕导轮(8)上设有一个凸牙；在磨削区域的入料端还设有一个主动轮(10)，所述的主动轮(10)位于其中一排硬钢导轮(9)的头两个硬钢导轮(9)之间；

所述的限位装置是指，在所述的磨削区域两端各设有钨钢导牙漕导杆(6)，所述的钨钢导牙漕导杆(6)上设有一个凸牙，在所述的砂轮(1)与钨钢导牙漕导杆(6)之间安装有推压导轮(5)，所述的推压导轮(5)的中心高度与滚珠丝杠的中心高度一致。

2.根据权利要求1所述的无心滚珠丝杠磨床，其特征在于：所述的磨削区域的出料端设有测量头(7)，所述的测量头(7)安装在托架(18)上。

3.根据权利要求2所述的无心滚珠丝杠磨床，其特征在于：所述的硬钢导轮(9)、钨钢导牙漕导轮(8)、测量头(7)、钨钢导牙漕导杆(6)和推压导轮(5)与托架(18)均为横向和纵向移动可微调的连接。

4.根据权利要求1所述的无心滚珠丝杠磨床，其特征在于：所述的砂轮修正器包括轴向移动拖板(16)、径向移动拖板(17)、金刚石滚轮(11)、光栅尺(14)、高速电机(12)、伺服电机(13)和直线电机(15)，所述的轴向移动拖板(16)和径向移动拖板(17)均与床身连接，所述的金刚石滚轮(11)固定连接在高速电机(12)的主轴上，所述的高速电机(12)与径向移动拖板(17)连接；所述的伺服电机(13)连接在径向移动拖板(17)顶面上；所述的光栅尺(14)固定在轴向移动拖板(16)顶面上，所述的直线电机(15)固定连接在轴向移动拖板(16)内。

5.一种无心滚珠丝杠磨床的磨削加工工艺，其特征在于：它包括以下几个步骤：

①将滚珠丝杠放在硬钢导轮(9)及钨钢导牙漕导轮(8)上，同时钨钢导牙漕导轮(8)上的凸牙放入滚珠丝杠上的凹牙中；

②在主动轮(10)的旋转作用下，使滚珠丝杠旋转移动经过钨钢导牙漕导杆(6)的凸牙，到达推压导轮(5)和大导轮(2)中间；

③推压导轮(5)作径向推压，使滚珠丝杠与大导轮(2)紧贴，并使滚珠丝杠与大导轮(2)同线速度旋转，同时继续移动，这时砂轮(1)与大导轮(2)之间的距离要比滚珠丝杠直径尺寸大0.5～1.5毫米；

④当滚珠丝杠移动到滚珠丝杠全长的30％～80％进入砂轮磨削区或砂轮磨削区域全长的30％～80％时，砂轮(1)开始快速进刀；

⑤当砂轮(1)运动到与滚珠丝杠的距离为0.02～0.1毫米时，砂轮(1)要慢速进刀，进刀速度是滚珠丝杠旋转一圈其进刀量为0.001～0.01毫米；

⑥滚珠丝杠的前端运行到砂轮磨削区域的末端时，砂轮(1)停止进刀，此时滚珠丝杠继续移动到砂轮(1)另一端的推压导轮(5)、钨钢导牙漕导杆(6)、硬钢导轮(9)和测量头(7)，当滚珠丝杠的末端经过砂轮(1)另一端的推压导轮(5)后离开砂轮磨削区域；

⑦砂轮(1)退刀，退刀时间定在砂轮(1)停止进刀后的0.5～5秒时，或滚珠丝杠后段刚出砂轮磨削区域时。

6.根据权利要求5所述的无心滚珠丝杠磨床的磨削加工工艺，其特征在于：所述的砂轮磨削区域有均匀的机动变温的冷却液来冷却。

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