CN102528172A - 高精度数控转子磨床 - Google Patents

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周斌
张雪让
邓顺贤
姚博士
余建旬
王海明
杨震
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Abstract

本发明公开了一种高精度数控转子磨床,它主要由床身、工作台、头架、尾架、砂轮架、精密磨具、砂轮机构等部件组成,机床采用数控成形磨削的方法,建立与成型表面共轭的修整滚轮运动轨迹的数学模型,并通过数控装置,控制砂轮修整器的两轴运动,使金刚滚轮的圆弧中心产生两坐标方向的联动,把砂轮修成所需的成型表面。加工时砂轮与工件廓形全面接触,利用工作台纵向运动、精密分度运动和砂轮的横向进给运动,实现数控成形磨削,从而磨削出所需的转子形状。本发明磨削齿形精度已达到0.01mm,齿面粗糙度可达到Ra0.2~0.32,生产效率较传统铣削工艺提高至少两倍,而加工成本较铣削加工大幅下降。

Description

高精度数控转子磨床
技术领域
本发明涉及的是金属切削机床领域,具体涉及的是一种加工复杂螺旋面转子的设备——高精度数控转子磨床。
背景技术
异型螺杆转子广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷、轻工等行业的机械设备中,这些零件齿面形状各异,精度要求高,加工难度也较大,其中,以螺杆压缩机、冷冻机、工业泵螺杆转子精度要求最高,最具代表性。
以螺杆压缩机为例:螺杆压缩机最重要的零件就是一对相互啮合的螺旋状阴、阳转子,其几何尺寸和端面齿形是压缩机性能和效率最重要的决定因素,转子间的啮合间隙,转子齿顶与机壳的内孔间隙,都是依靠转子零件加工精度来保证的。
转子的齿面是复杂的三维曲面,目前多采用专用铣床铣削、滚刀切削、旋风铣削等工艺方法。由于螺杆转子齿数少,螺旋升角大,采用铣削加工计算复杂,刀具制造要求高、成本高,加工精度低。而铣削后精密磨削的加工方法,降低了粗加工对设备及刀具的要求,能有效地提高螺杆转子的加工精度,减小转子的啮合间隙,同时可减少压缩过程中气体的泄漏。
用精磨代替精铣是螺杆转子制造技术的发展趋势,可大幅度的提高螺杆转子的齿形精度及表面质量。
发明内容
本发明公开了一种复杂转子新型加工方法及设备,能有效地解决压缩机转子加工精度及效率问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种高精度数控转子磨床,包括床身,其特征在于:所述床身上设置工作台,工作台上设置头架和尾架,床身后部设置砂轮架,砂轮架上设置砂轮和精密磨具,砂轮的上方设置砂轮修整器。
所述工作台设置纵向运动的直线传动装置。
所述砂轮架设置横向运动的直线传动装置。
所述砂轮的旋转运动是机床的主运动,砂轮的旋转由主电机带动砂轮架上的精密磨具旋转实现砂轮的主切削运动,其它切削运动的分配及定义为:X轴:砂轮架进给运动;Z轴:工作台纵向运动;C轴:头架主轴回转运动;V轴:修整器滑座垂直运动;W轴:修整器拖板水平运动;SP2轴:修整轮主轴回转运动;A轴:砂轮架垂直平面内的回转运动;SP1轴:砂轮主轴伺服回转运动。
本发明与现有技术相比具有显著优点和有益效果,磨削工艺生产的转子,其齿形精度已达到0.01mm,齿面粗糙度可达到Ra0.2~0.32,齿形精度和表面质量都有较大的提高,生产效率较传统铣削工艺提高至少两倍,而加工成本较铣削加工大幅下降。
本发明是基于成形砂轮对工件进行磨削加工的机理,采用数控成形磨削的方法,建立与成型表面共轭的修整滚轮运动轨迹的数学模型,并通过数控装置,控制砂轮修整器的两轴运动,使金刚滚轮的圆弧中心产生两坐标方向的联动,把砂轮修成所需的成型表面。加工时砂轮与工件廓形全面接触,利用本发明装置的工作台纵向运动、精密分度运动和砂轮的横向进给运动,实现数控成形磨削,从而磨削出所需的转子形状。其特征在于使用成型砂轮对异型螺旋面零件进行磨削加工的工艺方法及其机床。
附图说明
图1是本发明加工零件状态示意图。
图2是本发明主要运动形式三维示意图。
图3是本发明正面结构示意图。
图4是本发明俯视结构示意图。
图5是本发明侧视结构示意图。
其中:1-床身;2-头架;3-冷却系统;4-电气系统;5-砂轮架;6-砂轮修整装置;7-砂轮主轴;8-冷却管道;9-防护装置;10-工作台;11-尾架。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本方案做进一步描述:
本方案所描述的高精度数控转子磨床,主要由床身1、工作台10、头架2、尾架11、砂轮架5、精密磨具、砂轮修整装置6等部件组成。所述床身1为机床的基础件,用以支撑机床其他主要部件,并安装有工作台10纵相运动的直线传动装置。所述头架2、尾架11安装在工作台10上,头架2、尾架11之间通过专用夹具支撑工件,并经头架2转动带动工件旋转,完成转子磨削加工所需的回转运动。所述砂轮架5位于机床床身1后部,砂轮及精密磨具安装在砂轮架5上,并通过砂轮架5横向直线传动装置实现转子磨削的横进给运动。所述砂轮由精密磨具带动实现砂轮的高速回转运动,完成对工件的切削加工。所述砂轮修整器6安装在砂轮架上部,磨削砂轮的上方,通过数控砂轮修整器6完成复杂转子刀具截型的任意修整。
上述转子磨床中所述头架2是指安装于所述机床左侧的床头箱部分,它由伺服电机驱动,用于实现转子加工过程的精密回转定位运动,并与工作台10纵向定位运动联动,完成转子加工过程的螺纹生成运动。
上述转子磨床中所述直线传动装置包括工作台纵相运动的直线传动装置,砂轮架横向直线传动装置,修整器十字工作台两个方向直线传动装置。它由伺服电机经减速机构或直接驱动滚珠丝杠完成执行元件的精密定位工作。
附图1是本发明加工零件示意图,所述转子安装在头尾架顶尖之间,由头尾架定心支撑,并带动工件旋转,砂轮安装在工件后边,加工时将砂轮按转子螺旋升角倾斜,以适应转子加工要求。
附图2是数控转子磨床传动三维示意图,表现转子加工时数控转子磨床主要运动形式及分配,砂轮的旋转运动是机床的主运动,砂轮的旋转由主电机带动砂轮架上的精密磨具旋转实现砂轮的主切削运动,其它切削运动的分配及定义为:
X轴:砂轮架进给运动;
Z轴:工作台纵向运动;
C轴:头架主轴回转运动;
V轴:修整器滑座垂直运动;
W轴:修整器拖板水平运动;
SP2轴:修整轮主轴回转运动;
A轴:砂轮架垂直平面内的回转运动;
SP1轴:砂轮主轴伺服回转运动;
所述数控转子磨床床身为整体式床身,如图3、图4、图5所示:床身1用于支撑垫板、砂轮架5、工作台10和头架2、尾架11、砂轮修整装置6等部件。机床由数控系统控制实现转子加工要求的多轴联动运动,本实施例为SIEMENS系统控制八轴四联动。
工作过程中,首先启动砂轮修整程序,所述数控砂轮修整器在数控系统控制下,水平托板和垂直滑座由伺服电机经直线传动装置带动产生V、W两轴的直线运动,其修整金钢盘或金钢笔便将所述砂轮修整为要求的齿形形状。松开所述砂轮架5的锁紧装置,所述A轴在伺服电机的驱动下,砂轮架按转子螺旋升角旋转所需的角度,重新锁紧砂轮架。
将已经粗开螺旋槽的转子装夹于头尾架之间,启动砂轮架电机,将修整成型砂轮引入螺旋槽中部,启动机床头架电机,头架电机经蜗轮蜗杆付或齿轮传动装置带动工件转动,与所述Z轴工作台纵向运动联动形成定比螺纹运动,开动冷却系统4及冷却管道8,机床开始循环磨削程序,即可将工件磨削成所需的转子零件。
本发明数控转子磨床,其特征在于利用成型砂轮磨削复杂型面转子零件,因此,机床无论采用何种数控系统,其工作过程动作没有发生变化,因此其变化属于本发明保护范围。
本发明所述头架传动机构中并不局限于蜗轮——蜗杆装置传动,也可使用齿轮传动装置,或电机直接驱动头架主轴回转,带动工件回转,其工作原理是一致的,因此,其变化也属于本发明保护范围。
本发明所述精密磨具是指砂轮主轴,所述砂轮主轴部件轴承无论采用静压轴承,滚动轴承还是其它类型的轴承,其工作原理是一致的,因此其变化也属于本发明保护范围。
本发明所述Z轴运动是指工作台纵向运动,如采用工作台固定不动砂轮架做纵向和横向两个方向运动的方式,其工作原理也是一致的,因此其变化也属于本发明保护范围。
很显然,以上是对本方案的具体描述,在本方案的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高精度数控转子磨床,包括床身,其特征在于:所述床身上设置工作台,工作台上设置头架和尾架,床身后部设置砂轮架,砂轮架上设置砂轮和精密磨具,砂轮的上方设置砂轮修整器。
2.根据权利要求1所述的高精度数控转子磨床,其特征在于,所述工作台设置纵向运动的直线传动装置。
3.根据权利要求1所述的高精度数控转子磨床,其特征在于,所述砂轮架设置横向运动的直线传动装置。
4.根据权利要求1所述的高精度数控转子磨床,其特征在于,所述砂轮的旋转运动是机床的主运动,砂轮的旋转由主电机带动砂轮架上的精密磨具旋转实现砂轮的主切削运动,其它切削运动的分配及定义为:X轴:砂轮架进给运动;Z轴:工作台纵向运动;C轴:头架主轴回转运动;V轴:修整器滑座垂直运动;W轴:修整器拖板水平运动;SP2轴:修整轮主轴回转运动;A轴:砂轮架垂直平面内的回转运动;SP1轴:砂轮主轴伺服回转运动。
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