CN102689239A - 全对称式五轴刀具磨床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全对称式五轴刀具磨床，包括磨床底座(2)、立柱(56)，立柱内侧立面上竖向设置滑轨(4)；滑轨(4)上设置有砂轮头架(1)；砂轮头架包括竖向设置的力矩电机(16)，力矩电机下部通过转台轴承连接水平设置的主轴(21)，主轴的两侧对称设置绕主轴轴线转动的砂轮(23)。砂轮头架还包括位于上部由主轴电机(10)带动旋转的大带轮(9)；大带轮通过宽同步带(11)连接主轴带轮(20)，主轴带轮套接于主轴的中部并带动主轴转动；主轴电机为位于大带轮两侧对称设置的两组，两组主轴电机的输出轴同轴并连接大带轮。本发明五轴刀具磨床整体结构对称，从而达到降低加工误差，提高结构稳定性，便于误差补偿的目的。

Description

全对称式五轴刀具磨床
技术领域
本发明涉及一种磨床，更具体地说，涉及主要用于刀具加工的磨床。
背景技术
磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，多数磨床使用高速旋转的砂轮进行磨削加工。问题在于，现有技术下，磨床加工会产生大量的热，从而使得砂轮、被磨削工具、磨床床体以及传动部分产生热变形，进而影响加工精度。
发明内容
本发明旨在提供一种高精度加工的五轴刀具磨床，通过改变床体结构，以及对称设置，达到降低加工误差，提高结构稳定性，便于误差补偿的加工效果。特别是，磨削主轴实现±360°自由旋转，提高了加工工艺的工艺性，提高加工效率，延长机床使用寿命，降低加工误差，便于温度误差补偿，延长机床机械的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明全对称式五轴刀具磨床，包括磨床底座、位于一侧立于磨床底座上的立柱。立柱内侧立面上竖向设置滑轨；所述滑轨上设置有沿滑轨动作的砂轮头架。所述砂轮头架包括竖向设置的力矩电机，所述力矩电机下部通过转台轴承连接水平设置的主轴，所述主轴的两侧对称设置绕所述主轴轴线转动的砂轮。砂轮头架还包括位于上部旋转的大带轮；所述大带轮通过宽同步带连接主轴带轮，所述主轴带轮套接于所述主轴的中部并带动所述主轴转动；其中，在所述大带轮的中心轴两端对称设置有主轴电机，对称的两个所述主轴电机同步驱动所述大带轮的中心轴转动。
优选方式下，大带轮还通过窄同步带的传动连接位于上部的小带轮转动，所述小带轮连接了编码器的转轴。
此外，本发明磨床底座上水平表面为圆形，所述立柱为顺着所述底座一侧边缘弯曲的180度弧形结构；另一侧外缘由弧形立板封闭出一个位于圆形底座上的槽体；且所述立板的高度小于所述立柱。
此外，最优方式下，磨床底座上的工作台对称设置有十字滑台，所述滑台上坐有夹具，从而使得被磨削工件可以任意动作，增加了自由度，扩大了磨床加工的适用范围。
此外，围成所述槽体的立板内侧为斜坡面，且所述立板位于所述底座外缘的外侧，由斜坡面和弧形立板两端的封闭板以及底座圆形表面封闭成所述槽体。本发明五轴刀具磨床整体结构对称，从而降低加工误差，提高结构稳定性，便于误差补偿。具体说，本发明磨床的结构，通过弧形立柱加设砂轮头架，从而使得砂轮的固定更加稳固，同时通过导轨的设置方便作为刀具的砂轮自由走位，而且利用立式力矩电机驱动砂轮转动，砂轮与立柱以及其他部件之间不存在干涉，从而达到砂轮360度自由回转；这些设置均加大了本发明磨床的加工范围，适合多类零部件的加工。而且在设计上，本发明将用于驱动砂轮转动的电机设在上方，而非现有技术采用的下部，进一步为砂轮让出加工空间，适合砂轮自由回转，同时为了增大砂轮的动力，采用两部电机通过带传动驱动砂轮回转，使得加工过程中砂轮的动力足够大，以满足不同的加工强度需要。而且两部电机左右对称设置使得磨床的稳定性提高，尤其解决了散热问题以及因热变形产生的加工误差，降低磨床加工中的振动，便于误差补偿，最终达到高精度加工的效果。
目前，国内外还未见到能够实现砂轮头纵向360度自由旋转实现磨削加工的磨床，而本发明五轴刀具磨床通过采用空心力矩电机实现砂轮头的自由旋转。同时，力矩电机上部以串联、镜像对称的方式设置主轴电机，两个主轴电机的输出轴同向转动以中心带传动方式带动砂轮绕中心线转动，从而达到全平衡结构，满足动态特性；对称平衡方式也使得温度场均匀，便于温度补偿，便于变形误差的弥补；并且两个主轴电机的设置增大了输出功率，提高了磨削效率。磨削主轴传动实现±360°旋转，从而提高加工工艺的工艺性，提高加工效率，延长机床使用寿命，降低加工误差，便于温度误差补偿，延长机床机械的使用寿命。
综上，本发明五轴刀具磨床整机还具有如下优点：
1.圆形床身，对称式结构，利于由于热变形引起加工误差的解决。
2.砂轮头架采用双电机，驱动完全对称，砂轮主轴能旋转360度。
3.磨床采用对称设计，结构稳定性高，热场均匀分布，便于补偿。
4.首台丝杠和直线电机互换使用的5轴刀具磨床。
附图说明
图1是本发明全对称式五轴刀具磨床立体结构示意图；
图2是本发明全对称式五轴刀具磨床主视结构示意图；
图3是本发明全对称式五轴刀具磨床侧视结构示意图；
图4是本发明全对称式五轴刀具磨床俯视结构示意图；
图5是本发明全对称式五轴刀具磨床砂轮头架部分的剖视结构示意图。
具体实施方式
如图1-4所示本发明全对称式五轴刀具磨床，包括磨床底座2、位于一侧立于磨床底座2上的立柱56。图1中，磨床底座2的上部为工作台表面，设置有十字滑台3，以及坐于滑台3上用于夹持被磨削工件的夹具。图2中，立柱56内侧立面上竖向设置滑轨4；滑轨4上设置有砂轮头架1，砂轮头架可以在滑轨4上上下滑动，并根据需要停止在需要磨削加工的工作位置。具体说，立柱上竖直安装有两个轴承座，两轴承座之间串有丝杠，两轴承座是对丝杠两端起支撑作用，丝杠上装有丝杠螺母，丝杠螺母安装在砂轮头架上，丝杠下端通过联轴器连接伺服电机，电机转动带动丝杠转动，丝杠转动带动丝杠螺母沿丝杠做直线运动，丝杠螺母带动砂轮头架座上下运动。
如图5所示，砂轮头架1包括竖向设置的力矩电机16。力矩电机16下部通过转台轴承连接水平设置的主轴21。主轴21的侧部连接有绕主轴轴线转动的砂轮23，砂轮可以采用多组不同砂轮对称设置的方式，以满足不同磨削加工的需要。此外，砂轮头架1还包括位于上部由主轴电机10带动旋转的大带轮9；大带轮9通过宽同步带11连接主轴带轮20，主轴带轮20套接于主轴21的中部并带动主轴21转动。最优方式下，在大带轮9的中心轴两端对称设置有主轴电机10，对称的两个主轴电机10同步驱动所述大带轮9的中心轴转动；具体说例如主轴电机10为对称设置交流永磁同步外转子电机并且两交流永磁同步外转子电机的绕组串连从而同步中心轴转动。再或者，中心轴两端的驱动机构设置用于比较两端实际位置信息的上位机，当上位机判定中心轴两端转动同步偏差超出预定值时，则上位机向两端中心轴的转动执行部件发出补偿指令，调整转动角度，使得两端同步驱动。
此外，大带轮9还通过窄同步带8的传动连接位于上部的小带轮7转动，所述小带轮7连接了编码器6的转轴。图5中还示出了起到连接固定作用的电机板12、电机连接盘13、上连接盘15、第一下连接盘17、第二下连接盘18。图中还示出了用于连接砂轮和砂轮主轴的砂轮杆22。图中滚珠轴环14用作力矩电机主轴的轴承，同时用于上下两部件的连接。
本发明磨床的底座整体包括：立柱、底座、伺服电机、联轴器、丝杠、托板。磨床的床体为圆柱形，受力均匀，底座为人造石材料，阻尼减震，耐热性好，吸震性好，热稳定性好，耐腐蚀性高。
而且丝杠和直线电机可以互换使用，在一种机型上可实现两种驱动方式的互换使用，满足不同用户的需求，直线电机机型驱动精度高，配合光栅尺使用，为全闭环，检测精度高，但成本较高。丝杠机型相对于直线电机机型精度略低，无光栅尺，为半闭环，但成本较低。其中，丝杠机型的工作过程为：伺服电机通过联轴器与丝杠连接，伺服电机转动带动丝杠转动，丝杠转动带动托板(或者滑台)运动。直线电机机型的工作过程为：光栅尺为检测设备，安装在底座(或者滑台)上，直线电机接电后带动托板(或者滑台)运动，托板(或者滑台)带动读数头移动。
滑台运动的轴线正对砂轮头架运动的轴线，并可实现与工件主轴的轴线共线，达到对称加工，运动行程小，稳定性好。
此外，砂轮头架整体包括：编码器、小带轮、窄同步带、大带轮、主轴电机、宽同步带、力矩电机、转台轴承、主轴带轮、主轴。
本发明磨床的工作过程为：
1.两个主轴电机为串联，控制更容易，采用一个控制器，成本更低。
2.编码器为检测装置，安装在主轴电机外壳的上端，大带轮直接固定在电机轴上，小带轮间接固定在编码器轴上，大带轮和小带轮之间通过窄同步带连接，两个主轴电机之间通过键相连，通过串联控制进行同步转动，转动后通过窄同步带带动编码器转动。
3.主轴带轮固定在主轴上，大带轮和主轴带轮之间通过宽同步带连接，主轴电机转动带动主轴转动。
4.主轴两端安装有砂轮杆，砂轮杆上固定有砂轮，主轴转动，砂轮开始磨削刀具。
5.力矩电机通过转台轴承带动主轴完成360度自转。砂轮头架通过丝杠上下运动，运动过程中，主轴都可完成360度自转，不会出现干涉现象。
6.大带轮安装在两个主轴电机的轴上，两个主轴电机必须同步。
7.宽同步带从力矩电机中心穿过。
8.砂轮头架通过滑轨安装在立柱上，并通过伺服电机带动丝杠进行上下运动。十字滑台通过滑轨与电机-丝杠的组合(或者滑轨与直线电机)来驱动进行直线运动。工件主轴安装在托板上，采用对称设计，可实现工件主轴轴线正对砂轮头架轴线。
此外，如图1和图4所示，圆形床身的刀具磨床，底座2的上水平表面为圆形。底座2上顺着一侧边缘立有弧度为180度的弧形立柱56；另一侧外缘由弧形立板封闭出一个位于圆形底座上的槽体63；且立板的高度小于立柱。其中，围成槽体63的立板内侧为斜坡面65，且立板位于6底座外缘的外侧。图2中，斜坡面65和弧形立板两端的封闭板66以及底座圆形表面封闭成槽体63。槽体63的作用用于容纳冷却介质。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种全对称式五轴刀具磨床，包括磨床底座(2)、位于一侧立于磨床底座(2)上的立柱(56)，其特征在于，所述立柱(56)内侧立面上竖向设置滑轨(4)；所述滑轨(4)上设置有沿滑轨动作的砂轮头架(1)；
所述砂轮头架(1)包括竖向设置的力矩电机(16)，所述力矩电机(16)下部通过转台轴承连接水平设置的主轴(21)，所述主轴(21)的两侧对称设置绕所述主轴轴线转动的砂轮(23)；
所述砂轮头架(1)还包括位于上部旋转的大带轮(9)；所述大带轮(9)通过宽同步带(11)连接主轴带轮(20)，所述主轴带轮(20)套接于所述主轴(21)的中部并带动所述主轴(21)转动；其中，在所述大带轮(9)的中心轴两端对称设置有主轴电机(10)，对称的两个所述主轴电机(10)同步驱动所述大带轮(9)的中心轴转动。
2.根据权利要求1所述全对称式五轴刀具磨床，其特征在于，所述大带轮(9)还通过窄同步带(8)的传动连接位于上部的小带轮(7)转动，所述小带轮(7)连接了编码器(6)的转轴。
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