CN101513686B - 五轴多功能螺纹磨削加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明五轴多功能螺纹磨削加工中心属于数控机床领域，由床身、Z向滑板、工件电主轴、X向底板、立柱、Y向滑板、A轴回转台、磨削电主轴组成。Z向伺服电机驱动Z向丝杠，带动Z向滑板做Z向移动，立柱设置在X向导轨滑块上，X向伺服电机驱动X向丝杆，带动立柱做X向移动，Y向导轨固定安装在立柱上，Y向滑板安装在Y向导轨滑块上，Y向伺服电机驱动Y向丝杆，带动Y向滑板做Y向移动，在Z向滑板上设置工件电主轴，A轴回转台设置在Y向滑板上，A轴回转台连接A轴伺服电机，磨削电主轴通过螺栓连接固定在A轴回转工作台上，本发明采用了五轴结构，简化了机床结构，实现超长螺母的磨削，扩大机床的适用性，降低制造成本。

Description

五轴多功能螺纹磨削加工中心

技术领域：

本发明五轴多功能螺纹磨削加工中心属于数控机床领域，特别是涉及一种适应于丝杆螺母磨削的多功能复合加工机床。

背景技术：

丝杆是精密数控机床的重要功能部件，而滚珠螺母是丝杆的最重要组成部件，滚珠螺母质量的好坏直接决定丝杆的精度和手感，现有的滚珠螺母磨削机床磨削滚珠螺母内滚道时，内滚道与回珠孔的相对位置仅靠操作工目测保证，根本无法稳定保证产品质量；现在较为先进的滚珠螺母磨削中心是三轴联动内螺纹磨削中心，它在拥有较高加工精度的同时也存在以下主要问题：可加工的滚珠螺母规格比较小，不能加工直径或长度更大的螺母；加工不同的螺母，需要人工手动调整砂轮修正器的摆角和内螺纹磨削电主轴的摆角；操作、装夹不够方便等问题；只能采用金刚滚轮修正砂轮，不同的螺母需要不同的金刚滚轮，使用成本高。而现有最先进的四轴或五轴螺母磨削中心可适用的范围比较窄，要么只能加工小型螺母，要么只能加工大型螺母，丝杆生产厂家如果要制造各种型号的丝杆螺母，就需要购买多种不同型号的磨削中心，投资成本较大。

发明内容：

发明的目的在于为避免现有技术的不足之处，提供一种有较高加工精度，可加工多种规格的滚珠螺母，操作、装夹方便，使用成本小的五轴多功能螺纹磨削加工中心。

本发明的目的是通过以下措施来达到的，主轴移动式的五轴多功能螺纹磨削加工中心采用了五轴结构，由床身、Z向滑板、工件电主轴、X向底板、立柱、Y向滑板、A轴回转台、磨削电主轴、砂轮刀库、砂轮修正器、中心架及尾座等组成。

Z向导轨固定在床身上，在床身上安装Z向丝杆，Z向伺服电机连接Z向丝杆，Z向滑板安装在Z向导轨滑块上，Z向导轨滑块与丝杠上的螺母通过螺母座连接，Z向滑板通过Z向导轨和Z向导轨滑块连接在床身上，Z向伺服电机驱动Z向丝杠，带动Z向滑板做Z向移动；

X向底板通过螺栓连接固定在床身上，X向导轨安装在X向底板上，在床身上安装X向丝杆，X向伺服电机连接X向丝杆，X向导轨滑块与丝杠上的螺母通过螺母座连接，X向伺服电机驱动X向丝杆，立柱设置在X向导轨滑块上，X向伺服电机驱动X向丝杆，带动立柱做X向移动；

Y向导轨固定安装在立柱上，在立柱上安装Y向丝杆，Y向伺服电机连接Y向丝杆，Y向导轨滑块与丝杠上的螺母通过螺母座连接，Y向导轨滑块安装在Y向丝杆上，Y向滑板安装在Y向导轨滑块上，，Y向伺服电机驱动Y向丝杆，带动Y向滑板做Y向移动；

在Z向滑板上设置工件电主轴，工件电主轴绕Z轴旋转形成C轴旋转运动，工件电主轴上设置有锁紧装置；

Z向滑板和X向底板相互垂直，

A轴回转台通过精密轴承设置在Y向滑板上，A轴回转台连接A轴伺服电机，A轴伺服电机通过涡轮蜗杆传动绕X轴旋转形成A轴旋转运动。A轴回转台采用静压回转工作台，在A轴回转台上设有锁紧装置；

磨削电主轴通过螺栓连接固定在A轴回转工作台上，磨削电主轴具有随立柱前后移动做X向运动，随Y向滑板上下移动做Y向运动，随A轴工作台旋转做A轴移动；

在床身上设置设置刀库支架，砂轮刀库通过刀库支架设置在床身上，砂轮刀库设置在立柱的外侧边。采用机械手对砂轮电主轴进行砂轮更换；

砂轮修正器设置在工件电主轴的主轴箱上，对砂轮进行修正；

上述的5个坐标中，X、Y、Z三个轴为直线轴，做直线运动，A、C两个轴为旋转轴，做旋转运动，三个直线轴全部采用直线光栅尺实行全闭环控制，两个旋转轴全部采用圆光栅实行全闭环控制。

本发明增加了A轴和Y轴，A轴和Y轴的组合，可以使砂轮中心调整至螺母轴线，内螺纹磨杆的长度没有限制，可以实现超长螺母的磨削。A轴可以使内螺纹砂轮主轴可以自动摆动，无须手动，方便使用。本发明A轴可以自动摆动至水平位置，所以砂轮修正其主轴就无需摆动角度了，简化了机床结构。同时可以X和Z轴插补实现砂轮轮廓的修正。既可以采用金刚滚轮修正方式，也可以采用数控插补修正的方式。采用金刚碟轮数控插补修正，取消了金刚滚轮，一种碟轮就可以满足所有螺母的磨削，非常方便，成本降低。

本发明可以设置中心架，在Z向滑板上设置中心架；方便长螺母加工。

本发明可以设置尾座，在Z向滑板上设置尾座；可以磨削外螺纹，因此它又是一台外螺纹磨床，机床功能得到了扩展。

本发明主轴移动式的五轴多功能螺纹磨削加工中心操作者距离工件近，操作测量很方便。

本发明其工作过程如下：机床启动，Z方向运动的Z向滑板、X方向运动的立柱、Y方向运动的Y向滑板、C方向旋转运动的工件电主轴及A方向旋转运动的磨削电主轴移至机床零点，启动预先编好的加工程序，机床各部件将按指令自动运行，砂轮修正器对砂轮进行修正后，对工件磨削进行加工。由于磨削刀库最多可以安装多达24种不同砂轮，丝杆螺母可一次装夹而完成全部的磨削工艺；当要求完成复杂空间曲面磨削时，X、Y、Z、C、A五轴联动，完成对复杂空间曲面的磨削加工；当工件磨削只需要磨削电主轴沿A轴旋转摆一个角度后就不动时，由于回转工作台内部设计有锁紧装置，锁紧装置启动将A轴回转台锁死，磨削电主轴的刚性得到加强，震动减小，磨削质量提高；当工件磨削时工件无需旋转时，由于工件电主轴设计有锁紧装置，锁紧装置启动，将工件电主轴锁死，工件电主轴的刚性得到加强，震动减小，磨削质量和磨削精度提高。加工完毕后，各轴退回到零点位置，工件电主轴和磨削电主轴停止转动，等待下一个工件的加工。

本发明五轴多功能螺纹磨削加工中心具有以下特点：

1、本发明采用了五轴结构，A轴可以使内螺纹砂轮主轴可以自动摆动，无须手动，方便使用，A轴和Y轴的组合，使砂轮中心调整至螺母轴线，内螺纹磨杆的长度没有限制，可以实现超长螺母的磨削。

2、本发明修正内螺纹主轴砂轮时，A轴可以自动摆动至水平位置，简化了机床结构。可以X和Z轴插补实现砂轮轮廓的修正，可以采用金刚滚轮修正方式，也可以采用数控插补修正的方式，非常方便，成本降低。

3、本发明设置中心架，方便长螺母加工，设置尾座，扩展了机床功能，扩大机床的适用性，降低制造成本。

附图说明

附图1是本发明结构的示意图。

附图2是本发明结构的正视图。

附图3是本发明结构的侧视图。

附图4是本发明结构的俯视图。

附图5a是本发明的A轴回转工作台剖面图。

附图5b是本发明的A轴回转工作台剖面图。

附图6是本发明的工件电主轴的剖面图。

附图7是本发明的X向剖面图。

附图8是本发明的Z向剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图中：1、床身，2、Z向滑板，3、工件电主轴，4、X向底板，5、立柱，6、Y向滑板，7、A轴回转台，8、砂轮刀库，9、磨削电主轴，10、砂轮修正器，11、中心架，12、尾座，13、磨削刀库支架，14、Z轴伺服电机，15、Z向滚珠丝杆，16、工件主轴锁紧装置，17、X向导轨18、Y向滚珠丝杆，19、X向滚珠丝杆，20、Y向伺服电机，21、Z向导轨，22、工件，23、A轴伺服电机24、Y向导轨25、涡轮蜗杆副26、Z向导轨滑块，27、X向伺服电机，28、X向导轨滑块，29、Y向导轨滑块，30、A轴回转台锁紧装置。

如附图1、附图2、附图3、附图4所示，主轴移动式五轴多功能螺纹磨削加工中心主要由床身1、Z向滑板2、工件电主轴3、X向底板4、立柱5、Y向滑板6、A轴回转台7、砂轮刀库8、磨削电主轴9、砂轮修正器10、中心架11及尾座12等功能部件组成。Z向滑板2和X向底板3相互垂直的设置在床身1上，其中X向底板4通过螺栓连接固定在床身1上，Z向滑板2通过Z向导轨21和Z向导轨滑块25连接在床身1上，并在Z向伺服电机14和Z向滚珠丝杠15的驱动下做Z向移动；工件电主轴3、中心架11及尾座12设置在Z向滑板2上；工件电主轴3除了随Z向滑板2做Z向移动外，还可绕Z轴旋转形成C轴旋转运动，工件电主轴3设计有锁紧装置16；立柱5通过X向导轨17和X向滑块28连接设置在X向底板4上，并在X向伺服电机27和X向滚珠丝杠19的驱动下做X向移动；Y向滑板6通过Y向导轨24和Y向导轨滑块29连接设置在立柱5上，并在Y向伺服电机20和Y向滚珠丝杠18的驱动下做Y向移动；A轴回转台7通过精密轴承设置在Y向滑板6上，并在A轴伺服电机23的驱动下，通过涡轮蜗杆副25传动，A轴绕X轴旋转形成A轴旋转运动，A轴回转台7采用静压回转工作台，并设计有锁紧装置30；磨削电主轴9通过螺栓连接固定在A轴回转工作台7上，磨削电主轴9具有随立柱5前后移动做X向运动，随Y向滑板6上下移动做Y向运动，随A轴工作台7旋转做A轴移动；砂轮刀库8通过刀库支架13设置在床身1上并位于立柱5的外侧边，采用机械手对磨削电主轴9进行砂轮更换；砂轮修正器10设置在工件电主轴3的主轴箱上，对砂轮进行修正。

其工作过程是：机床启动，Z方向运动的Z向滑板2、X方向运动的立柱5、Y方向运动的Y向滑板6、C方向旋转运动的工件电主轴3及A方向旋转运动的A轴工作台7移至机床零点，启动预先编好的加工程序，机床各部件将按指令自动运行，砂轮刀库8对磨削电主轴9进行换刀，砂轮修正器10对砂轮进行修正后，对工件22磨削进行加工。由于砂轮刀库8最多可以安装多达24个砂轮，丝杆螺母工件22可一次装夹而完成全部的磨削工艺；当要求完成复杂空间曲面磨削时，X、Y、Z、C、A五轴联动，完成对复杂空间曲面的磨削加工；当工件磨削只需要磨削电主轴9沿A轴旋转摆一个角度后就不动时，由于回转工作台内部设计有锁紧装置30，锁紧装置30启动将A轴回转台7锁死，磨削电主轴9的刚性得到加强，震动减小，磨削质量提高；当工件磨削时工件22无需旋转时，由于工件电主轴3设计有锁紧装置16，锁紧装置16启动，将工件电主轴3锁死，工件电主轴的刚性得到加强，震动减小，磨削质量和磨削精度提高。加工完毕后，各轴退回到零点位置，工件电主轴和磨削电主轴停止转动，等待下一个工件的加工。

如附图5a、附图5b所示，本发明A轴回转台7通过精密轴承设置在Y向滑板6上，A轴回转台连接A轴伺服电机23，A轴伺服电机通过涡轮蜗杆副25传动绕X轴旋转形成A轴旋转运动，A轴回转台采用静压回转工作台，在A轴回转台上设有A轴回转台锁紧装置30，磨削电主轴通过螺栓连接固定在A轴回转工作台上，磨削电主轴具有随立柱前后移动做X向运动，随Y向滑板上下移动做Y向运动，随A轴工作台旋转做A轴移动。

如附图6所示，本发明在Z向滑板2上设置工件电主轴3，工件电主轴绕Z轴旋转形成C轴旋转运动，工件电主轴上设置有工件主轴锁紧装置16。

如附图7所示，本发明X向底板4通过螺栓连接固定在床身上，X向导轨滑块安装在X向丝杆上，X向伺服电机27驱动X向滚珠丝杆19，立柱5设置在X向导轨滑块上，带动立柱做X向移动；Y向滑板6安装在Y向导轨滑块上，，Y向伺服电机20驱动Y向滚珠丝杆18，带动Y向滑板做Y向移动；A轴回转台7通过精密轴承设置在Y向滑板上，磨削电主轴9通过螺栓连接固定在A轴回转工作台上，磨削电主轴具有随立柱前后移动做X向运动，随Y向滑板上下移动做Y向运动，随A轴工作台旋转做A轴移动。

如附图8所示，本发明Z向滑板2通过Z向导轨和Z向导轨滑块连接在床身1上，Z轴伺服电机14驱动Z向滚珠丝杠15，带动Z向滑板做Z向移动。

Claims (5)

1.一种五轴多功能螺纹磨削加工中心，由床身、Z向滑板、工件电主轴、磨削电主轴、X向底板、立柱组成，Z向导轨固定在床身上，Z向伺服电机连接Z向丝杆，Z向滑板安装在Z向导轨滑块上，Z向导轨滑块与所述Z向丝杆上的螺母通过螺母座连接，Z向伺服电机驱动Z向丝杆，带动Z向滑板做Z向移动，在Z向滑板上设置工件电主轴，X向底板连接固定在床身上，X向导轨安装在X向底板上，X向伺服电机连接X向丝杆，X向导轨滑块与所述X向丝杆上的螺母通过螺母座连接，立柱设置在X向导轨滑块上，X向伺服电机驱动X向丝杆，带动立柱做X向移动，其特征是：Y向导轨固定安装在立柱上，Y向伺服电机连接Y向丝杆，Y向导轨滑块与所述Y向丝杆上的螺母通过螺母座连接，Y向滑板安装在Y向导轨滑块上，Y向伺服电机驱动Y向丝杆，带动Y向滑板做Y向移动，A轴回转台通过轴承设置在Y向滑板上，A轴回转台连接A轴伺服电机，A轴伺服电机通过涡轮蜗杆传动，驱动A轴回转台旋转，磨削电主轴通过螺栓连接固定在A轴回转工作台上，Z向滑板和X向底板相互垂直，工件电主轴上设置有锁紧装置。

2.根据权利要求1所述的五轴多功能螺纹磨削加工中心，其特征是：A轴回转台采用静压回转工作台，在A轴回转台上设有锁紧装置。

3.根据权利要求1所述的五轴多功能螺纹磨削加工中心，其特征是：在床身上设置刀库支架，砂轮刀库通过刀库支架设置在床身上并位于所述立柱的外侧边。

4.根据权利要求1所述的五轴多功能螺纹磨削加工中心，其特征是：在Z向滑板上设置中心架。

5.根据权利要求1所述的五轴多功能螺纹磨削加工中心，其特征是：在Z向滑板上设置尾座。

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