CN101983839A - 数控磨床 - Google Patents

Abstract

一种数控磨床，用于球笼联轴器中间轴沟道成型磨削。数控系统分别与伺服电机及步进电机连接，伺服电机一、二、三分别安装于磨头架、立柱及床身底座上，分别实现数控系统的Z、Y、X向直线运动，伺服电机四与分度机构连接实现工件数控分度或轴向旋转；步进电机与修整器连接实现金刚笔回转运动；砂轮轴由磨头电机驱动提供磨削主运动；机床带有半封闭式护罩、抽风除尘及冷却循环系统；伺服电机由四轴联动数控系统驱动，步进电机与四轴联动数控系统用程控器控制；本发明广泛用于金属零件多种曲面磨削加工。各部件运动、定位可数控操作，自动化程度高，砂轮修整精度高，工作表面光滑，工件分度精度准确，可有效改善劳动环境，减轻工人的劳动强度。

Description

数控磨床

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，具体是一种用于加强型直沟道球笼联轴器中间轴沟道成型的专用数控磨床。 

背景技术

加强型直沟道球笼联轴器的中间轴的两端设计有与中间轴轴线平行的若干条直沟道作为两个联轴节的内套。每条沟道的截面为椭圆型，与联轴节对应的钢球有两个接触点，两接触点间的夹角有特殊的技术要求。这类工件有几种不同的结构形式，其典型结构参见图4、图5、图6、图7、图8。

中间轴两端的沟道经过淬火热处理后最终依靠磨削完成精加工。目前国内加工同类工件所采用的加工工艺和工艺装备基本是在自动化程度低的普通工具磨或花键轴磨床上进行磨削，成型磨削的刃具是砂轮，采用万能分度头手动分度和简易修整器手动修整砂轮。万能分度头手动分度精度低，手动修整砂轮质量差，使磨削成型的沟道不能很好地满足其技术要求；同时修整砂轮和磨削时调整要素多，都必须手动完成，劳动强度较大；再者，这类简易加工设备无防尘设施，特别是修整砂轮时粉尘多，工人的劳动环境较差。

发明内容

为克服现有磨削设备的不足，本发明的发明目的在于提供一种数控磨床，通过数控系统驱动磨头、磨头架、工作台、分度机构及金刚笔的直线或回转运动，以实现提高磨削设备的自动化程度，改善劳动环境，提升沟道磨削质量的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：数控系统分别与伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三、伺服电机四、步进电机连接，伺服电机一安装于磨头架上，通过滚珠丝杆一驱动磨头前后运动，实现数控系统的前后（Z轴）直线运动；伺服电机二安装于立柱上，通过滚珠丝杆二驱动磨头架上下运动，实现数控系统的上下（Y轴）直线运动；伺服电机三安装于床身底座上，通过滚珠丝杆三驱动工作台纵向运动，实现数控系统的左右（X轴）直线运动；伺服电机四与分度机构连接，通过安装于其上的爪式卡盘和尾架夹持工件，以实现工件的数控分度或轴向旋转运动；步进电机通过减速机构与砂轮修整器回转轴连接，实现砂轮修整器中金刚笔绕回转轴的回转运动，砂轮成形修整时，磨头前后（Z轴）偏移至一定距离，然后转动修整器金刚笔进行砂轮成形修整，将砂轮工作表面修整达到要求，以加工出较高精度的沟道，从而满足工件沟道的特殊形状要求；砂轮轴由磨头电机直接驱动，带动砂轮旋转，提供磨削时的切削主运动。

所述数控系统通过各自的驱动器驱动伺服电机运转，伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三、伺服电机四为四轴联动系统，步进电机为独立系统，通过程控器与其余四轴配合完成程序控制动作。

所述磨头架与立柱、磨头架与磨头、工作台与床身之间均采用滚动直线导轨，可保证部件之间运动的灵活性和精度要求。

机床带有半封闭式护罩和抽风除尘系统，抽风除尘系统的抽风口配置于砂轮上方的护罩上，以处理砂轮修整及磨削过程中产生的粉尘；床身后部配置有冷却循环系统。

本发明与现有技术相比，可用于磨削加强型直沟道球笼联轴器中间轴的沟道，而且通过配置不同的工装夹具，也可广泛应用于金属零件的多种曲面的磨削加工。各部件的运动、定位可数控操作，自动化程度高；数控回转金刚笔式修整器采用步进电机控制转动速度和角度，与磨头定点偏移相配合进行修整，砂轮修整精度高，砂轮的工作表面光滑；配置有数控分度头，工件分度精度准确；抽风除尘系统可有效改善劳动环境。

附图说明

图1是本发明的系统简图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是加强型直沟道球笼联轴器的中间轴（双头型）结构简图；

图5是图4侧视图；

图6是加强型直沟道球笼联轴器的中间轴（单头Ⅰ型）结构简图；

图7是图6的侧视图；

图8是加强型直沟道球笼联轴器的中间轴（单头Ⅱ型）结构简图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明的机械部分由床身1、立柱25、磨头架13、尾架8、磨头9、工作台4、砂轮修整器6、分度机构17及爪式卡盘15、砂轮轴24、抽风除尘系统27、半封闭式护罩28、冷却循环系统26等组成。床身1上固定安装立柱25，立柱25通过滚动直线导轨与滚珠丝杆二20与磨头架13连结；磨头架13通过滚动直线导轨10和滚珠丝杆一21与磨头9连结；磨头9内安装有砂轮轴24，并通过砂轮轴24连结砂轮23，砂轮轴24由磨头电机18驱动运转，带动砂轮23做主切削运动；床身1还通过滚动直线导轨和滚珠丝杠三3与工作台4连结；床身周围安装半封闭式护罩28；床身左后方地面上放置冷却循环系统26；抽风除尘系统27的主机安装于立柱25后面，通过软管22与位于砂轮23上方的砂轮护罩11上的抽风口相连；工作台4的台面上，于左侧沿纵向安装金刚笔5回转式砂轮修整器6；工作台4台面上的右侧安装带有爪式卡盘15的数控分度机构17，与尾架8配合夹持工件14。砂轮修整器6的回转中心、尾架8顶尖中心和分度机构17的回转中心在同一直线上。

本发明的数控系统分别与伺服电机一19、伺服电机二12、伺服电机三2、伺服电机四16、步进电机7连接。伺服电机一19安装于磨头架13上，通过滚珠丝杆21驱动磨头9前后运动，实现数控系统的Z轴直线运动；伺服电机二12安装于立柱25上，通过滚珠丝杆20驱动磨头架13上下运动，实现数控系统的Y轴直线运动；伺服电机三2安装于床身1上，通过滚珠丝杆3驱动工作台4做水平方向的左右运动，实现数控系统的X轴运动；伺服电机四16与分度机构17连接，通过安装于其上的爪式卡盘15和尾架8夹持工件14，以实现工件14的数控分度或旋转运动；步进电机7通过减速机构与安装于工作台4左侧的砂轮修整器6的回转轴连接，实现砂轮修整器6的金刚笔5绕轴心的回转运动；数控系统通过各自的驱动器驱动电机运转，其中伺服电机一19、伺服电机二12、伺服电机三2、伺服电机四16共四套伺服系统为四轴联动系统，步进电机7为独立数控系统，通过程控器与其余四轴配合完成程序控制的动作。

本发明采用四轴联动FANUC半闭环检测系统，通过光电脉冲编码器检测与伺服电机连接的滚珠丝杠转角、转速，间接检测移动部件的位移，将信息通过驱动器反馈到数控系统的比较器中，采用所编制的程序，利用系统控制指令和数据进行脉冲数目分配的运算（即插补计算），与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，消除差值，产生磨床各坐标的进给脉冲，完成精确的运算，再将进给量通过驱动器反馈给伺服电机，为进给系统施加所需的旋转力矩、转速等，从而实现稳定的间歇进给，达到设计的进给要求。

本发明加工加强型直沟道球笼联轴器中间轴工件的规格范围如下：

工件最小长度：80mm；

工件最大长度：700mm；

沟道直径范围：φ8.731~φ80mm；

工件最小外径：φ22.9mm；

工件最大外径：φ370mm；

本发明的操作流程如下：

启动设备，更换相应规格的砂轮23，人工上料和装夹，手动对刀，然后复位，磨头9垂直方向停于上极限位，砂轮23宽度中心面停止于工件14轴心线位，工作台4停于工件14转位休止位，数控砂轮修整器6的金刚笔5停于垂直向上的修整零位。

自动循环时，首先进入修整程序。此时工作台4向右移动，使砂轮23趋近修整器6。到达X轴修整位后磨头9下降，使砂轮23到达Y轴修整起始位。然后开启砂轮轴24，启动完成后砂轮轴24横向（Z轴）向前偏移一设定值（修正偏移量），修整器6开始一个方向的转角约90°（角度可设定）的修整运动，再返回修整，直到修整零位停下。然后磨头9后移一距离（两倍修正偏移量），修整器6从修整零位向另一方向转动，之后返回修整，直到修整零位停止。砂轮轴24的Z向复位，磨头9上行至越程位，修整程序结束。

然后工作台4左移到达X轴磨削起始位，磨头9下降到Y轴磨削进给起始位，开始往复磨削程序。

往复磨削时，工作台4完成一次往复，磨头9进给补偿一次或两次，直至磨到某一设定尺寸。然后磨头9上升到越程位，工作台4右移到工件14转位休止位，人工检查沟径和接触点，确定下一步是进入修整程序或进入工件分度转位程序。

如果进入修整程序，则工作台4右移到X轴修整位，磨头9下降进入Y轴修整起始位+修整补偿量，进入后续砂轮修整程序。修整完成后磨头9上升到越程位，工作台4左移到X轴磨削起始位，磨头9回到Y轴磨削起始位+此前的磨量，开始磨削程序。

如果进入转位程序，则启动分度转台，工件14转动180°。

转位完毕，工作台4左移到达X轴磨削起始位，磨头9下降到Y轴磨削起始位。然后开始往复磨削程序。

磨削到尺寸后，工作台4右移到工件转位休止位，磨头9上升至越程位。循环暂停，进行人工测量和磨头终磨位置设定。

设定完毕，工作台4左移到达X轴磨削起始位，磨头9下降到Y轴磨削起始位，然后继续往复磨削程序，直至设定的终磨尺寸。

磨削到尺寸后，工作台4右移到工件转位休止位，磨头9上升至越程位。工件转位60°。磨头9下降到Y轴磨削起始位，工作台4左移到达X轴磨削起始位，然后开始往复磨削程序，直至设定的终磨尺寸。

如此循环六次（或八次、十次），完成磨削。然后复位。

循环暂停，人工检测尺寸。依据检测的尺寸确定是否再进入磨削循环。

如果尺寸合格，则人工上下料，再进入下一个循环。

如果尺寸不合格，人工设定终磨尺寸，再次进入磨削程序。

Claims (5)

1.一种数控磨床，其特征在于：数控系统分别与伺服电机一（19）、伺服电机二（12）、伺服电机三（2）、伺服电机四（16）、步进电机（7）连接，伺服电机一（19）安装于磨头架（13）上，通过滚珠丝杆一（21）驱动磨头（9）前后运动，实现数控系统的前后（Z轴）直线运动；伺服电机二（12）安装于立柱（25）上，通过滚珠丝杆二（20）驱动磨头架（13）上下运动，实现数控系统的上下（Y轴）直线运动；伺服电机三（2）安装于床身（1）底座上，通过滚珠丝杆三（3）驱动工作台（4）纵向运动，实现数控系统的左右（X轴）直线运动；伺服电机四（16）与分度机构（17）连接，通过安装于其上的爪式卡盘（15）和尾架（8）夹持工件（14），以实现工件（14）的数控分度或轴向旋转运动；步进电机（7）通过减速机构与砂轮修整器（6）的回转轴连接，实现砂轮修整器（6）中金刚笔（5）绕回转轴的回转运动；砂轮轴（24）由磨头电机（18）直接驱动，带动砂轮（23）旋转，提供磨削时的切削主运动。

2.根据权利要求1所述的数控磨床，其特征在于：数控系统通过各自的驱动器驱动伺服电机运转，伺服电机一（19）、伺服电机二（12）、伺服电机三（2）、伺服电机四（16）为四轴联动系统，步进电机（7）为独立系统，通过程控器与其余四轴配合完成程序控制动作。

3.根据权利要求1所述的数控磨床，其特征在于：磨头架（13）与立柱（25）、磨头架（13）与磨头（9）、工作台（4）与床身（1）之间均采用可保证部件之间运动灵活和精度的滚动直线导轨。

4.根据权利要求1所述的数控磨床，其特征在于：机床带有半封闭式护罩（28）和抽风除尘系统（27），抽风除尘系统（27）的抽风口配置于砂轮（23）上方的护罩（11）上。

5.根据权利要求1所述的数控磨床，其特征在于：床身（1）后部配置有冷却循环系统（26）。

Images