CN103042447A - 一种数控端面磨床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数控磨床，具体地说是一种对圆柱体内外端面进行加工的数控端面磨床，包括床体、数控系统及冷却系统，在床体上分别安装有主轴箱及进给工作台，其中主轴箱内设有可转动的主轴，主轴的一端通过传动机构与变频电机相连，另一端设有夹具，待磨工件装卡在所述夹具上、随主轴转动；进给工作台位于待磨工件的一侧，沿主轴的轴向往复移动，在进给工作台上设有随其移动的电主轴，该电主轴与数控系统电连接，在电主轴上安装有磨削待磨工件的砂轮。本发明将待磨工件一次装卡，通过伺服电机驱动进给工作台及其上的电主轴进给，并由电主轴驱动的砂轮，对待磨工件进行磨削，省略了普磨和研磨的工序，直接磨出需要的硬性密封端面。

Description

一种数控端面磨床
技术领域
本发明涉及数控磨床，具体地说是一种对圆柱体内外端面进行加工的数控端面磨床。
背景技术
传统的对圆柱体内外端面加工，多采用普通磨床磨削，然后进行研磨的工艺，如油泵油嘴。油泵油嘴是柴油发动机燃油喷射系统的核心部分，其零部件的端面加工精度直接决定柴油发动机的效率和档次。随着我国经济增长方式的转变以及对生态环境保护的重视，国家正在不断地以法规形式提高柴油发动机废气排放标准。但采用传统工艺对油泵油嘴进行加工，工作效率低，加工尺寸不稳定，平面度也不易保证；此外，合格率低、经济性能差。因此，传统的油泵油嘴零部件的端面加工工艺不再适应新的要求而不得不被淘汰。
发明内容
为了解决传统普磨、研磨对工件造成的上述问题，本发明的目的在于提供一种数控端面磨床。该数控端面磨床可以将工件在热处理后，一次装卡，直接磨出需要的硬性密封端面；主要应用于磨削油泵油嘴等需要硬性密封的高精密端面。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括床体、数控系统及冷却系统，在床体上分别安装有主轴箱及进给工作台，其中主轴箱内设有可转动的主轴，所述主轴的一端通过传动机构与变频电机相连，另一端设有夹具，待磨工件装卡在所述夹具上、随主轴转动；所述进给工作台位于待磨工件的一侧，沿所述主轴的轴向往复移动，在进给工作台上设有随其移动的电主轴，该电主轴与所述数控系统电连接，在电主轴上安装有磨削待磨工件的砂轮。
其中：所述主轴箱与床体之间设有调整主轴与进给工作台进给方向平行度的凹凸调整垫铁；所述凹凸调整垫铁包括凹形板和凸形板，其中凹形板的底面向上凹，与主轴箱连接的顶面为平面；所述凸形板与凹形板接触的顶面为凸形结构，与床板接触的底面为平面，所述凹形板的底面与凸形板的顶面相对应；所述凹形板在所述主轴轴向上的两端长于凸形板，该凹形板两端突出于凸形板两端的部分分别设有调整凹形板高度的第二螺栓，所述凹形板通过第二螺栓与所述床体连接；所述凹形板和凸形板在靠近两者的中心处通过第一螺栓连接，该第一螺栓调整凹形板在水平方向的位置；所述主轴通过轴承可转动地安装在主轴箱内，该轴承为角接触轴承；所述角接触轴承包括三个前轴承及两个后轴承；所述传动机构包括第一同步带轮、第二同步带轮及同步带，其中第二同步带轮通过同步带轮联轴器安装在主轴的一端，第一同步带轮安装在所述变频电机的输出端，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮相连接；所述变频电机与数控系统电连接；在第一同步带轮与第二同步带轮之间同步带的上方设有安装在主轴箱上的同步带涨紧轮；所述进给工作台通过支座安装在床体上，所述支座上设有第一伺服电机，该第一伺服电机通过滚珠丝杠副驱动进给工作台沿主轴的轴向往复移动；所述支座上表面的两侧分别沿进给工作台的移动方向设有直线导轨，所述进给工作台两侧边缘向下延伸、与直线导轨形成导轨副。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明将待磨工件一次装卡在主轴端部的夹具上，通过伺服电机驱动进给工作台进给，进给工作台上安装有由电主轴驱动的砂轮，对待磨工件进行磨削，省略了普磨和研磨的工序，直接磨出需要的硬性密封端面。
2.本发明在主轴箱与床体之间设置了凹凸调整垫铁，通过拧动螺栓来调整凹形板在水平方向的位置及垂直高度，可以有效方便地调整主轴在各坐标方向的精准位置，保证主轴和进给工作台进给方向的平行度，确保加工精度，平面度可达＜0.9μm。
3.本发明的主轴箱采用前三后二DB/DT结构的角接触轴承支撑主轴，主轴由变频电机驱动，无级调速，保证了磨床主轴的回转精度和轴向的稳定性。
4.本发明的进给工作台采用交叉导轨副和滚珠丝杠副，保证了砂轮磨削的稳定可靠。使用数控系统对进给进行数字控制可任意调整磨削余量和进给量。
5.本发明的砂轮采用450#和500#CBN混合配料、并使用树脂结合剂，使砂轮有良好的切削能力和自锐性及使用寿命，并可自我修复。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1中主轴箱的内部结构示意图；
图4为本发明凹凸调整垫铁剖视图；
图5为本发明进给工作台的剖视结构示意图；
图6为图5的侧视剖视图；
其中：1为主轴箱，2为凹凸调整垫铁，201为凹形板，202为凸形板，3为床体，4为电主轴，5为进给工作台，6为数控系统，7为第一伺服电机，8为滚珠丝杠副，9为第一同步带轮，10为同步带轮联轴器，11为同步带涨紧轮，12为后轴承，13为前轴承，14为主轴，15为第一螺栓，16为第二螺栓，17为直线导轨，18为第二同步带轮，19为同步带，20为支座，21为砂轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～3所示，本发明包括主轴箱1、床体3、电主轴4、进给工作台5、数控系统6、冷却系统及润滑系统，在床体3上分别安装有主轴箱1及进给工作台5，主轴箱1内设有可转动的主轴14，所述主轴14的一端通过传动机构与安装在主轴箱1上的变频电机相连，另一端设有夹具，待磨工件装卡在所述夹具上、随主轴14在变频电机的驱动下旋转，变频电机与数控系统6电连接；所述进给工作台5位于待磨工件的一侧(图1中的右侧)，沿所述主轴14的轴向往复移动，在进给工作台5上设有随其移动的电主轴4，该电主轴4与所述数控系统6电连接，在电主轴4上安装有磨削待磨工件的砂轮21，该砂轮21与主轴14的旋转方向相反，对待磨工件进行磨削。
本实施例中的传动机构采用同步带及带轮的方式，也可采用现有齿轮啮合、链轮链条等方式；本实施例中的传动机构包括第一同步带轮9、第二同步带轮18、同步带19及同步带涨紧轮11，其中第二同步带轮18的轮轴通过同步带轮联轴器10安装在主轴14的一端，同步带轮联轴器10为弹性联轴器，零回转间隙；第一同步带轮9安装在所述变频电机的输出端，第一同步带轮9通过同步带19与第二同步带轮18相连接，在第一同步带轮9与第二同步带轮18之间同步带的上方设有安装在主轴箱1上的同步带涨紧轮11，该同步带涨紧轮11可张紧皮带。主轴14通过变频电机驱动旋转，无级调速。
主轴14通过轴承可转动地安装在主轴箱1内，该轴承为角接触轴承，包括三个前轴承13及两个后轴承12；本发明采用前三后二DB/DT结构的角接触轴承来支撑主轴14，保证了磨床主轴14的高精回转精度和轴向的稳定性，DB代表背对背配置，DT代表串联配置。
如图5、图6所示，进给工作台5通过支座20安装在床体3上，所述支座20固接在床体3上，在支座20上设有第一伺服电机7，该第一伺服电机7与数控系统6电连接，使用数控系统6对进给进行数字控制可调整磨削余量和进给量；支座20上表面的两侧分别沿进给工作台5的移动方向设有直线导轨17，所述进给工作台5两侧边缘向下延伸、与直线导轨17形成交叉导轨副，直线导轨17在进给工作台5移动过程中起导向作用，保证了砂轮21磨削的稳定可靠。第一伺服电机7通过滚珠丝杠副8驱动进给工作台5沿主轴14的轴向往复移动，滚珠丝杠副8包括滚珠丝杠及丝母，其中滚珠丝杠通过联轴器与第一伺服电机7相连，在滚珠丝杠上螺纹连接有丝母，该丝母固接在进给工作台5的下表面，进给工作台5随丝母移动。电主轴4固定在进给工作台5的上表面，砂轮21安装在电主轴4的输出端；本发明的砂轮21为CBN(立方氮化硼)砂轮，采用450#和500#CBN混合配料、并使用树脂结合剂，使砂轮有良好的切削能力和自锐性及使用寿命，并可自我修复；本发明的砂轮21为市购产品，购置于沈阳三木磨料磨具有限公司，型号为CBNφ83xφ29x20x5x5。
为方便调整主轴14在各坐标方向的精准位置，保证工件主轴和进给工作台5移动方向的平行度，本发明在主轴箱1与床体3之间设有凹凸调整垫铁2。如图3所示，该凹凸调整垫铁2包括凹形板201和凸形板202，其中凹形板201的底面向上凹，与主轴箱1连接的顶面为平面；所述凸形板202与凹形板201接触的顶面为凸形结构，与床板3接触的底面为平面，所述凹形板201向上凹的底面与凸形板202的顶面相对应。凹形板201在所述主轴14轴向上的两端长于凸形板202，该凹形板201两端突出于凸形板202两端的部分分别开有螺纹通孔，在螺纹通孔内设有第二螺栓16，调整该第二螺栓16可以调整凹形板201两端的高度，凹形板201通过第二螺栓16与床体3连接；所述凹形板201和凸形板202在靠近两者的中心处通过第一螺栓15连接，该第一螺栓15调整凹形板201在水平方向的位置。因此，通过调整凹凸调整垫铁2，可以有效方便地调整主轴14在各坐标方向的精准位置，保证工件主轴和进给导轨的平行度，确保加工精度，达到平面度＜0.9μm。
本发明的数控系统6、冷却系统及润滑系统为现有技术。
本发明的工作原理为：
加工时，待磨工件装卡在主轴14另一端的夹具上，变频电机驱动第一同步带轮9旋转，通过同步带19传递给第二同步带轮18，进而带动主轴14旋转，装卡在主轴14上的待磨工件随主轴14共同旋转；进给工作台5在第一伺服电机7的驱动下，通过交叉导轨副和滚珠丝杠副8带动电主轴4工进。电主轴4的轴端装有450#或500#CBN砂轮21，有良好的切削能力和自锐性及使用寿命，并可自我修复；在数控系统6的控制下，砂轮21由电主轴4驱动转动，砂轮21的旋转方向与主轴14的旋转方向相反，进而砂轮21对工件进行粗磨-精磨-光磨加工流程；加工时开启冷却系统和润滑系统，保证磨床的使用寿命和加工的稳定性。特殊需要可接自动上下料机构，形成半自动化作业。
本发明的磨削范围为：外端面＜100mm，内端面φ16mm～φ100mm，磨削工件平面度＜0.9μm，粗糙度Ra＜0.2μm。

Claims (10)

1.一种数控端面磨床，包括床体、数控系统及冷却系统，其特征在于：在床体(3)上分别安装有主轴箱(1)及进给工作台(5)，其中主轴箱(1)内设有可转动的主轴(14)，所述主轴(14)的一端通过传动机构与变频电机相连，另一端设有夹具，待磨工件装卡在所述夹具上、随主轴(14)转动；所述进给工作台(5)位于待磨工件的一侧，沿所述主轴(14)的轴向往复移动，在进给工作台(5)上设有随其移动的电主轴(4)，该电主轴(4)与所述数控系统(6)电连接，在电主轴(4)上安装有磨削待磨工件的砂轮(21)。
2.按权利要求1所述的数控端面磨床，其特征在于：所述主轴箱(1)与床体(3)之间设有调整主轴(14)与进给工作台(5)进给方向平行度的凹凸调整垫铁(2)。
3.按权利要求2所述的数控端面磨床，其特征在于：所述凹凸调整垫铁(2)包括凹形板(201)和凸形板(202)，其中凹形板(201)的底面向上凹，与主轴箱(1)连接的顶面为平面；所述凸形板(202)与凹形板(201)接触的顶面为凸形结构，与床板(3)接触的底面为平面，所述凹形板(201)的底面与凸形板(202)的顶面相对应。
4.按权利要求3所述的数控端面磨床，其特征在于：所述凹形板(201)在所述主轴(14)轴向上的两端长于凸形板(202)，该凹形板(201)两端突出于凸形板(202)两端的部分分别设有调整凹形板(201)高度的第二螺栓(16)，所述凹形板(201)通过第二螺栓(16)与所述床体(3)连接；所述凹形板(201)和凸形板(202)在靠近两者的中心处通过第一螺栓(15)连接，该第一螺栓(15)调整凹形板(201)在水平方向的位置。
5.按权利要求1或2所述的数控端面磨床，其特征在于：所述主轴(14)通过轴承可转动地安装在主轴箱(1)内，该轴承为角接触轴承。
6.按权利要求5所述的数控端面磨床，其特征在于：所述角接触轴承包括三个前轴承(13)及两个后轴承(12)。
7.按权利要求1或2所述的数控端面磨床，其特征在于：所述传动机构包括第一同步带轮(9)、第二同步带轮(18)及同步带(19)，其中第二同步带轮(18)通过同步带轮联轴器(10)安装在主轴(14)的一端，第一同步带轮(9)安装在所述变频电机的输出端，第一同步带轮(9)通过同步带(19)与第二同步带轮(18)相连接；所述变频电机与数控系统(6)电连接。
8.按权利要求7所述的数控端面磨床，其特征在于：在第一同步带轮(9)与第二同步带轮(18)之间同步带的上方设有安装在主轴箱(1)上的同步带涨紧轮(11)。
9.按权利要求1或2所述的数控端面磨床，其特征在于：所述进给工作台(5)通过支座(20)安装在床体(3)上，所述支座(20)上设有第一伺服电机(7)，该第一伺服电机(7)通过滚珠丝杠副(8)驱动进给工作台(5)沿主轴(14)的轴向往复移动。
10.按权利要求9所述的数控端面磨床，其特征在于：所述支座(20)上表面的两侧分别沿进给工作台(5)的移动方向设有直线导轨(17)，所述进给工作台(5)两侧边缘向下延伸、与直线导轨(17)形成导轨副。
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