CN102248452B - 一种气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床 - Google Patents

Abstract

一种静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，涉及一种对精密机床，所述工作主轴(33)的一端设有磁极(1)，主轴座(29)的下部与转盘座(25)活动连接且为旋转配合，气静压主轴机构的气静压主轴(6)设置在磨头压盖(2)与磨头座(9)之间，磨头座(9)的下部与横向移台(3)的上部面滑动配合，所述砂轮修整机构的上部设有砂轮整修器(26)，工件轴机构设置在底板(18)一边的面上，气静压主轴机构设置在底板(18)另一边的面上，所述工件轴机构的磁极(1)与气静压主轴机构的气浮磨头(38)相对应；本发明利用工件轴机构、气静压主轴机构和砂轮的合理设置，使加工精度得到有效提高，实现了气静压主轴机床的高精度加工。

Description

一种气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床

【技术领域】

本发明涉及一种对精密机床，具体涉及一种金属零部件的内外圆及端面超精密磨削、研磨加工的气静压磨床，尤其是涉及一种适用于精密轴承内外沟道以及精密轴套的内外圆及端面的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床。

【背景技术】

目前，国内对精密金属零部件内外圆及端面的磨削、研磨加工普便采用的是滚珠轴承主轴机床，滚珠轴承主轴中的轴承采用的是高精度的P4级角接触轴承，由于所述高精度的P4级角接触轴承精度要求极高，所以P4级轴承的精度标准限制为1μm，主轴在制造加工以及装配后的综合精度一般是2～3μm；因此，滚珠轴承主轴的回转精度也只能达到2～3μm(详见国标：JB/T10801.2-2007)，也就是说国内现有机床本身的加工精度最高只能达到2-3μm。随着科学技术的进步和社会经济的发展，对机械加工精度的要求越来越高，越来越多的高精密产品工件的圆度要求甚至达到≤0.1μm，现有滚珠轴承主轴机床已经远远不能满足现在以及未来加工工业发展的需求。

在公开文献《制造技术与机床》中，哈尔滨工业大学的盖玉先、董申所作的“超精密加工机床的关键部件技术”一文中指出：超精密加工机床的主轴在加工过程中直接支持工件或刀具的运动，故主轴的回转精度直接影响到工件的加工精度。因此可以说主轴是超精密加工机床中最重要的一个部件，通过机床主轴的精度和特性可以评价机床本身的精度；目前超精密加工机床的主轴中精度最高的是静压空气轴承主轴，空气轴承主轴具有良好的振摆回转精度；主轴振摆回转精度是除去轴的圆度误差和加工粗糙度影响之外的轴心线振摆，即非重复径向振摆，属于静态精度；目前高精度空气轴承主轴回转精度可达0.05μm，最高可达0.03μm，由于轴承中支承回转轴的压力膜的均化作用，空气轴承主轴能够得到高于轴承零件本身的精度。例如主轴的回转精度大约可以达到轴和轴套等轴承部件圆度的1/15～1/20。

日本学者研究表明，当轴和轴套的圆度达到0.15～0.2μm的精度时，可以得到10nm的回转精度，并通过FFT测定其所制造的精度最高的空气轴承主轴的回转精度为8nm。另外，空气轴承主轴还具有动特性良好、精度寿命长、不产生振动、刚性/载荷量具有与使用条件相称的值等优点。

目前国产的加工设备达不到前述精度，所以只能通过进口高精度的加工设备来生产符合P4级要求的轴承，这不仅花费了大量的外汇；另外对于中国急需的P2级超精密轴承，属于尖端技术，这类产品还归为国外向我国限制出口产品之列。

参考文献：

一、国家标准“JB/T 10801.2-2007”中的电主轴第2部分：加工中心用电主轴技术条件P5页；

二、《制造技术与机床》2000年第一期，“超精密加工机床的关键部件技术”哈尔滨工业大学盖玉先、董申。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种气静压内外圆超精密磨床，本发明利用工件轴机构、气静压主轴机构和砂轮的合理设置，使传统的滚珠轴承主轴机床加工改变为气静压主轴机床加工，加工精度得到有效提高，实现了气静压主轴机床的高精度加工。

实现本发明的技术方案如下：

一种气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，主要包括工件轴机构、气静压主轴机构和砂轮修整机构；工件轴机构的工作主轴设置在工作轴压盖与主轴座之间，所述工作主轴的一端设有磁极，主轴座的下部与转盘座活动连接且为旋转配合；气静压主轴机构的气静压主轴设置在磨头压盖与磨头座之间，磨头座的下部与横向移台的上部面滑动配合，横向移台设置在横向移动座上部的交叉导轨上；所述砂轮修整机构的上部设有砂轮整修器，砂轮修整机构下部设置在底板的中部，工件轴机构设置在底板一边的面上，气静压主轴机构设置在底板另一边的面上；所述工件轴机构的磁极与气静压主轴机构的气浮磨头相对应。

所述的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，所述工件轴机构包括转盘座、主轴座、工作主轴、工作轴压盖、隔磁板、线圈套、电磁铁芯、角度调节槽、支撑架、支撑块和磁极，工件轴机构的工作主轴设置在工作轴压盖与主轴座之间，所述工作主轴的一端设有磁极，所述磁极放置在的电磁铁芯的中心部与线圈套丝接，线圈套的内部设有隔磁板，隔磁板与线圈套均放置在主轴座的内部一边，所述主轴座的一侧开有角度调节槽，主轴座的下部与转盘座活动连接且为旋转配合，在主轴座的磁极相同一侧的端面上设有螺旋状的凹槽且与支撑架和支撑块卡接。

所述的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，所述气静压主轴机构包括磨头座、气静压主轴、磨头压盖、钢蝇调节器、定位块、交叉导轨、横向移台、定位调节器、纵向动手轮、梯形丝杆、轴承座、刻度盘、快进手轮、慢进手轮、横向移动座、底板、梯形螺母、套连杆、细牙丝杆、轴连杆、传动销、滑块、细牙丝杆、气浮磨头、弹簧碰杆、间隙消除器和细牙螺母，所述气静压主轴机构的气静压主轴设置在磨头压盖与磨头座之间，所述气静压主轴的一端设有气浮磨头，所述磨头座的下部一边设有钢蝇调节器，磨头座的下部与横向移台的上部面滑动配合，所述横向移台与交叉导轨之间设有钢丝导轮，横向移台的一侧分别设有定位调节器和纵向动手轮，横向移台设置在横向移动座上部的交叉导轨上，所述横向移动座的上部面设置有两个轴承座，所述轴承座的一边分别设有快进手轮、慢进手轮，快进手轮和慢进手轮上分别设有刻度盘，两个轴承座的另一边分别设有梯形丝杆和细牙丝杆，所述梯形丝杆的外部套有梯形螺母，梯形螺母的一边设有台阶与滑块一边的凹槽卡接，所述梯形丝杆的外部一边设有滑块，滑块的一侧边设有套连杆和轴连杆，所述轴连杆上部面和下部面设有圆孔，细牙丝杆穿过轴连杆的内部，通过传动销与轴连杆下部面的细牙螺母固定，使梯形丝杆与细牙丝杆保持在同一水平面上，在横向移动座的一边上设有间隙消除器，在间隙消除器的两边设有弹簧碰杆，横向移动座与底板丝接。

所述的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，砂轮修整机构的上部设有砂轮整修器，砂轮修整机构下部设置在底板的中部。

通过上述公开内容，本发明的有益效果是：

本发明所述的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，利用工件轴机构、气静压主轴机构和砂轮的合理设置，在超精密轴承制造领域里，使传统的滚珠轴承主轴机床加工精度从2～3μm提升到0.1μm以内，改变了我国没有超精密轴承加工装备而难以生产出P2级以上超精密轴承(P2级轴承沟道圆度精度为0.5μm)的状况，填补了国内在超精密加工制造装备领域里的空白；本发明的气静压主轴具有震动小(振动值≤0.1mm/s)、旋转精度高(旋转精度≤0.1um)的特点，使得机床本身的加工精度达到≤0.1μm的技术指标。从而大大超越了普遍使用的滚珠轴承主轴机床的加工精度。

【附图说明】

图1是本发明的立体装配结构示意图；

图2是本发明的工件轴机构结构示意图；

图3是本发明的纵向进给及砂轮修整机构结构示意图；

图4是本发明的支撑件示意图；

图5是本发明的横向进给及气静压主轴机构结构示意图；

图6是本发明的立体结构示意图；

在图中：1、磁极；2、磨头压盖；3、横向移台；4、交叉导轨；5、钢丝导轮；6、气静压主轴；7、定位调节器；8、纵向动手轮；9、磨头座；10、钢蝇调节器；11、定位块；12、梯形螺母；13、套连杆；14、轴连杆；15、细牙螺母；16、弹簧碰杆；17、间隙消除器；18、底板；19、横向移动座；20、慢进手轮；21、快进手轮；22、刻度盘；23、轴承座；24、梯形丝杆；25、转盘座；26、砂轮整修器；27、支撑架；28、支撑块；29、主轴座；30、电磁铁芯；31、线圈套；32、隔磁板；33、工作主轴；34、工作轴压盖；35、细牙丝杆；36、传动销；37、滑块；38、气浮磨头；39、角度调节槽。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明；下面的实施例并不是对于本发明的限定，仅作为支持实现本发明的方式，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围；

结合附图1-6中所述的一种气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，主要包括工件轴机构、气静压主轴机构和砂轮修整机构；所述工件轴机构包括转盘座25、主轴座29、工作主轴33、工作轴压盖34、隔磁板32、线圈套31、电磁铁芯30、角度调节槽39、支撑架27、支撑块28和磁极1，工件轴机构的工作主轴33设置在工作轴压盖34与主轴座29之间，工作轴压盖34与主轴座29由螺钉连接，所述工作主轴33的一端设有磁极1，所述磁极1放置在的电磁铁芯30的中心部与线圈套31丝接，线圈套31的内部设有隔磁板32，隔磁板32与线圈套31均放置在主轴座29的内部一边，由工件电机带动工作主轴33转动，工作主轴33一端的磁极1吸附着被加工零件转动，所述主轴座29的一侧开有角度调节槽39，主轴座29的下部与转盘座25活动连接且为旋转配合，在转盘座25的上部面设有可活动连接的螺旋凹槽，由角度调节槽39调节所需要转动的角度，在主轴座29的磁极1相同一侧的端面上设有螺旋状的凹槽且支撑架27与和支撑块28卡接，所述支撑架27凸出的台阶卡接在主轴座29端面上螺旋状的凹槽内，支撑架27的凹槽面向上放置，支撑块28平放在支撑架27上，在支撑架27的凹槽内放置螺栓且穿入支撑块28的内孔，以便于对被加工零件的支撑。

结合附图1或附图5中所述气静压主轴机构包括磨头座9、气静压主轴6、磨头压盖2、钢蝇调节器10、定位块11、梯形螺母12、交叉导轨4、横向移台3、定位调节器7、纵向动手轮8、梯形丝杆24、轴承座23、刻度盘22、快进手轮21、慢进手轮20、横向移动座19、底板18、梯形螺母12、套连杆13、轴连杆14、细牙丝杆35、传动销36、滑块37、气浮磨头38、弹簧碰杆16、间隙消除器17、细牙螺母15，所述气静压主轴机构的气静压主轴6设置在磨头压盖2与磨头座9之间，由螺钉连接，所述气静压主轴6的一端设有气浮磨头38，与工作主轴33一端的磁极1相对应，所述磨头座9的下部一边设有钢蝇调节器10，在磨头座9的下部两侧面上设置的交叉导轨4与横向移台3的上部两侧面上设置的交叉导轨4相对应，磨头座9的下部面与横向移台3的上部面滑动配合，由设置在磨头座9与交叉导轨4同侧的定位块11定位滑动的位置，所述横向移台3与交叉导轨4之间设有钢丝导轮5，由钢蝇调节器10调节钢丝导轮5的松紧张度，横向移台3的一侧分别设有定位调节器7和纵向动手轮8，通过纵向动手轮8和定位调节器7手动调整交叉导轨4的纵向移动，横向移台3的下部面设有与横向移动座19上部面相配合的交叉导轨4，由定位块11定位滑动的位置，所述横向移动座19的上部面设置有两个轴承座23，所述轴承座23的一边分别设有快进手轮21、慢进手轮20，快进手轮21和慢进手轮20上分别设有刻度盘22，通过人工转动快进手轮21和慢进手轮20实现了交叉导轨4的横向移动，在手动的同时可以清楚的显示横向进给量，两个轴承座23的另一边分别设有梯形丝杆24和细牙丝杆35，所述梯形丝杆24的外部一端穿入梯形螺母12内，在梯形螺母12的一侧设有滑块37，滑块37的一侧边设有套连杆13和轴连杆14，所述套连杆13呈叉状，滑块37与梯形螺母12卡接后均放置在套连杆13一端的空档内，另一端则与轴连杆14连接，所述轴连杆14上部面和下部面设有圆孔，细牙丝杆35穿过轴连杆14的内部，传动销36通过连杆14上部面和下部面的圆孔对细牙丝杆35进行定位，由轴连杆14下部面的细牙螺母15固定，使梯形丝杆24与细牙丝杆35保持在同一水平面上，在横向移动座19与交叉导轨4同侧的一边上设有间隙消除器17，在间隙消除器17的两边设有弹簧碰杆16，横向移动座19与底板18丝接，所述底板18呈台阶状，横向移动座19放置在底板18低部的一边面上，通过横向移动座19和纵向动手轮8调整合适的位置使气浮磨头38与磁极1相对应。

结合附图1～6所述的砂轮修整机构，在砂轮修整机构的上部设有砂轮整修器26，砂轮修整机构下部设置在底板18的中部，通过砂轮整修器26对气浮磨头38进行修整，修整出合适的形状后再对装卡在气静压工件轴上旋转的被加工件的内外园及端面进行磨削或研磨加工。

实施本发明所述的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，被加工零件装卡在工件轴33上旋转，然后用设置在底板18中部的砂轮整修器26修整气浮磨头38，修整出合适的形状后，由横向移动座19上高速转动的气静压主轴6上的气浮磨头38，对加工零件的内外园及端面进行磨削、研磨加工。因此本发明具有加工精度高、结构合理、操作方便简单、运行稳定可靠等优点。

本发明所述的工件轴33与气静压主轴6为相同的气静压主轴，为了区分标号，所以本发明使用了两个可以区分的标号。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (2)

1.一种静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，主要包括工件轴机构、气静压主轴机构、砂轮修整机构，其特征是：所述工件轴机构的工作主轴(33)设置在工作轴压盖(34)与主轴座(29)之间，所述工作主轴(33)的一端设有磁极(1)，主轴座(29)的下部与转盘座(25)活动连接且为旋转配合，气静压主轴机构的气静压主轴(6)设置在磨头压盖(2)与磨头座(9)之间，磨头座(9)的下部与横向移台(3)的上部面滑动配合，横向移台(3)设置在横向移动座(19)上部的交叉导轨(4)上，所述砂轮修整机构的上部设有砂轮整修器(26)，砂轮修整机构下部设置在底板(18)的中部，工件轴机构设置在底板(18)一边的面上，气静压主轴机构设置在底板(18)另一边的面上，所述工件轴机构的磁极(1)与气静压主轴机构的气浮磨头(38)相对应；所述工件轴机构的工作主轴(33)设置在工作轴压盖(34)与主轴座(29)之间，所述工作主轴(33)的一端设有磁极(1)，所述磁极(1)放置在的电磁铁芯(30)的中心部与线圈套(31)丝接，线圈套(31)的内部设有隔磁板(32)，隔磁板(32)与线圈套(31)均放置在主轴座(29)的内部一边，所述主轴座(29)的一侧开有角度调节槽(39)，主轴座(29)的下部与转盘座(25)活动连接且为旋转配合，在主轴座(29)的磁极(1)相同一侧的端面上设有螺旋状的凹槽且与支撑架(27)和支撑块(28)卡接。

2.根据权利要求1所述的气静压金属零部件的内或外圆超精密磨床，其特征是：所述气静压主轴机构的气静压主轴(6)设置在磨头压盖(2)与磨头座(9)之间，所述气静压主轴(6)的一端设有气浮磨头(38)，所述磨头座(9)的下部一边设有钢蝇调节器(10)，磨头座(9)的下部与横向移台(3)的上部面滑动配合，所述横向移台(3)与交叉导轨(4)之间设有钢丝导轮(5)，横向移台(3)的一侧分别设有定位调节器(7)和纵向动手轮(8)，横向移台(3)设置在横向移动座(19)上部的交叉导轨(4)上，所述横向移动座(19)的上部面设置有两个轴承座(23)，所述轴承座(23)的一边分别设有快进手轮(21)、慢进手轮(20)，快进手轮(21)和慢进手轮(20)上分别设有刻度盘(22)，两个轴承座(23)的另一边分别设有梯形丝杆(24)和细牙丝杆(35)，所述梯形丝杆(24)的外部套有梯形螺母(12)，梯形螺母(12)的一边设有台阶与滑块(37)一边的凹槽卡接，滑块(37)的外部一侧边设有套连杆(13)和轴连杆(14)，所述轴连杆(14)上部面和下部面设有圆孔，细牙丝杆(35)穿过轴连杆(14)的内部，通过传动销(36)与轴连杆(14)下部面的细牙螺母(15)固定，使梯形丝杆(24)与细牙丝杆(35)保持在同一水平面上，在横向移动座(19)的一边上设有间隙消除器(17)，在间隙消除器(17)的两边设有弹簧碰杆(16)，横向移动座(19)与底板(18)丝接。

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