CN103170889B - 数控凸轮轴磨床 - Google Patents

Abstract

本发明提供了数控凸轮轴磨床，包括机床、电主轴，所述电主轴为外置平面节流动静压轴承电主轴，其外箱箱体采用封闭腔结构，不留油管安装窗口，增强其整体性；在油缸与摇架间设置加载弹簧，所述弹簧上端连接油缸活塞，下端连接摇架；所述机床的砂轮架安装部分加宽1/5-1/6，优化内部筋板布局；将导轨到丝杆的距离与总跨柜之比加宽至0.3–0.33，所述导轨为机床床身及垫板的导轨。本发明通过加强机床强度，提高砂轮线速度，从而将磨床工作效率提升5-10倍。

Description

数控凸轮轴磨床

技术领域

本发明涉及数控磨床领域，特别地，涉及数控凸轮轴磨床。

背景技术

凸轮轴是汽车发动机和其它内燃机的重要零件，其加工质量直接影响汽车的质量。目前国内许多厂家仍普遍采用普通砂轮磨削加工凸轮轴,此种凸轮轴磨削加工方法很难满足现代汽车工业零件加工高精度、高效率、高柔性和工序集中的要求。数控立方氮化硼(CBN)凸轮轴磨床具有高精度、高效率、高柔性、工序集中等特点，已逐步在现代汽车工业中得到应用。

由于数控成形方式的不同，数控凸轮轴磨床有两种形式。一种是极坐标式：即工件转动、砂轮架进给以形成凸轮轮廓。这种方式控制算法比摇架式简单些，容易提高加工精度，但生产率较低。另一种是摇架式：即工件转动、摇架摆动以形成凸轮轮廓。因摇架惯量比砂轮惯量小，故该方式生产率较高，但技术比较复杂。因数控凸轮轴磨床技术含量高，目前仅有少数几个国家能够掌握这项技术，故机床售价昂贵，一台售价高达80万美元，国内企业一般无法承受。因此，有必要研制出我国自己的高速高效数控凸轮轴磨床。

现有数控凸轮轴磨床床身的筋板格局不合理，床身导轨和砂轮架导轨之间的跨距不合理，整体刚性不足，导致高速磨削时震动较大，直接影响工件加工的精度，使所磨削的工件易产生波纹斜纹；采用蜗轮蜗杆传动样板主轴，传动效率较低。

因此，现有的凸轮轴磨床只能采取低速运行，砂轮线速度为35-60米/秒，磨削效率低，降低工件的生产效率。

发明内容

本发明目的在于提供数控凸轮轴磨床，以解决磨床磨削效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了数控凸轮轴磨床，包括机床、电主轴，所述电主轴为外置平面节流动静压轴承电主轴，其外箱箱体采用封闭腔结构；

在油缸与摇架间设置弹簧，所述弹簧上端连接油缸活塞，下端连接摇架；

所述机床的筋板向砂轮架移动方向加宽1/5-1/6，使其宽度为950-1030mm，筋板的方向与底边平行或垂直；

将导轨到丝杆的距离与总跨柜之比设定为0.3–0.33，所述导轨为机床床身及垫板的导轨。

优选的，上述数控凸轮轴磨床包括金刚滚轮砂轮修整器，在所述砂轮修整器工作表面镶嵌若干粒度为35/40的金刚石。

优选的，上述数控凸轮轴磨床主轴采用φ100mm的氮化钢主轴。

优选的，上述数控凸轮轴磨床轴承采用的节流器为外置平面间隙节流器。

优选的，上述数控凸轮轴磨床的导轨为V-平导轨。

优选的，上述数控凸轮轴磨床的导轨承载部件的重心位置与丝杆位置靠近或重合。

优选的，上述数控凸轮轴磨床的弹簧上端还设置有调节座，所述调节座上的螺杆限制油缸行程。

本发明具有以下有益效果：

1、提高砂轮线速度：将带动砂轮的主轴设置为液体动静压轴承，使得主轴在工作时，完全沉浸在压力油中，将摩擦力减至最小；砂轮主轴轴承刚度可达150公斤/微米；使用高速CBN砂轮时，最高砂轮线速度可达100米/秒，为普通磨床砂轮线速度的2-3倍；生产效率与普通磨床相比，可提高5-10倍；

2、提高粗磨效率：在粗磨阶段砂轮进给量大时，油缸拉伸弹簧使靠模贴紧导轮减少让刀量，使单次磨削量加大；

3、加强机床强度：通过加宽机床筋板，并去除斜筋板，使床身重力不再倾向X轴部分，而向床身整体的几何中心靠近，提高平稳性；加宽导轨到丝杆的距离与总跨柜之比，使工作台和砂轮架在高速磨削时移动平稳，从而保证了丝杆的进给精度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的加载弹簧的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的主轴箱体形状示意图，图2（a）为改进前结构，图2（b）为改进后结构；

图3是本发明优选实施例的磨床筋板布局示意图，图3（a）为改进前结构，图3（b）为改进后结构；

图4是本发明优选实施例的主轴轴承结构示意图；

图5是本发明优选实施例的机床整体结构示意图；

图6是本发明优选实施例的床身跨柜距离调整示意图，图6（a）为改进前结构，图6（b）为改进后结构；

其中，1、机床，2、主轴，3、主轴前轴承，4、主轴后轴承，5、油缸，6、摇架，7、弹簧，8、活塞，9、筋板，10、螺杆，11、调节座，12、砂轮，13、前轴承端盖，14、箱体，15、电机转子，16、工作台，17、头架，18、尾架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1至图5，数控凸轮轴磨床，包括机床1、电主轴2，所述电主轴为外置平面节流动静压轴承电主轴，其外箱箱体采用封闭腔结构，不留油管安装窗口，增强其整体性。

在使用高速CBN砂轮时，砂轮主轴可采用φ100mm的高刚度、高强度氮化钢主轴，轴承采用外置平面间隙节流，动静压油腔结构使得砂轮主轴轴承刚度可达150公斤/微米。

其主轴轴承包括主轴前轴承3和主轴后轴承4，主轴前轴承3和主轴后轴承4以过盈配合通过压力机挤压进箱体14的前后轴承孔，根据前轴承内孔和后轴承内孔的实际尺寸配磨主轴2的轴颈处尺寸，保证一定间隙使其达到最佳静压效果。在将主轴2装入轴承前需要先将电机转子15装入主轴2并做好动平衡试验，电机转子15与主轴锥度配合，并在主轴尾端用圆螺母锁紧。电机15直联主轴2并通过连接法兰固定在箱体14上，前轴承端盖13和调整环配磨尺寸使轴的轴向间隙保证在一定值内，主轴2润滑油直接从前后节流块进入在箱体14顶部节流，节流后进入前后轴承环形油槽，最后到达各个静压区和轴向油孔，使得轴承内油腔充满压力油。接好进油和回油油路后，启动静压系统，待主轴2悬浮起，调节变频器使电机转速或切削工具达到所需数值。

在油缸5与摇架6间设置弹簧7，所述弹簧7上端连接油缸活塞8，下端连接摇架6。在粗磨时活塞8上升拉动弹簧7，弹簧7则可拉动摇架6。

优选地，所述弹簧7上端还设置有调节座11，所述调节座11上的螺杆10可限制油缸5的行程。通过转动调节座11则可调节弹簧7的预拉紧度，从而达到需要的强度和力度。

参见图5，从俯视角度，机床可为T字形，凸轮和金刚滚轮设置在工作台16上，位于头架17和尾架18之间；所述主轴2可设置在T字交叉处，砂轮架位于主轴一端。所述机床的筋板9向砂轮架12移动方向加宽1/5-1/6，使其宽度为950-1030mm，筋板9的方向与底边平行或垂直；优化重力分配，增加整体强度，减少高速磨削时产生的振动。

以图3所示方向为Z轴方向，改进后的X轴（砂轮架移动方向）部分较改进前加宽后并且去掉斜筋板，可减少来自Z轴的振动传递；改进前由于有斜筋板存在加大了X轴部分的重量，改进后由于向图示左边加宽，使重力重新分配，从而使床身重力不再倾向X轴部分，而向床身整体的几何中心靠近，如此机床的平稳性得到显著提高。

参见图6，将导轨到丝杆的距离与总跨柜之比加宽至0.3–0.33，所述导轨为机床床身及垫板的导轨，可为V-平导轨。

通过加宽V-平导轨的跨距，使V-平导轨到丝杆的距离与总跨距之比接近1/3，保证导轨承载部件的重心位置与丝杆位置靠近或重合，如此可使工作台和砂轮架在高速磨削时移动平稳，从而保证丝杆的进给精度。

优选的，本数控凸轮轴磨床还包括金刚滚轮砂轮修整器，在所述砂轮修整器工作表面可镶嵌若干粒度为35/40的金刚石。由于砂轮修整器本身为回转体，工作时又被独立驱动作高速旋转，因此，它不仅能修成精度很高的砂轮曲面，而且在修整效率、工具寿命以及操作简便等方面，都大大优于大颗粒金刚石刀。

本发明磨床还可采用包括检知容积式分配器和润滑泵的检知容积式系统来进行供油过程中的润滑改善。润滑泵给储油箱的润滑油加压，通过主管压送到定量分配器。一旦停止泵供油动作，泵内的卸压阀则处于卸压状态，同时，分配器也随之动作，通过储油时被压缩的弹簧对刚计量储留的润滑油加压，通过支管注入需要润滑的部位，这样，便完成一次供油动作。

油泵每工作一次，分配器排油一次，每次泵油系统到额定压力后分配器蓄油完毕，如果油泵继续泵油的油也只能通过溢流阀回到油箱。该系统能使润滑油注入时的输出压力适中，并能直接凭视觉确认分配器的工作状况。配管的排列可为单管并列式配管，能向距离数十米之内的数百个部位按需要量供油。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.数控凸轮轴磨床，包括机床、电主轴，其特征在于，所述电主轴为外置平面节流动静压轴承电主轴，其外箱箱体采用封闭腔结构；

在油缸与摇架间设置弹簧，所述弹簧上端连接油缸活塞，下端连接摇架；

所述机床的筋板向砂轮架移动方向加宽1/5-1/6，使其宽度为950-1030mm，筋板的方向与底边平行或垂直；

其中，导轨到丝杆的距离与总跨柜之比设定为0.3–0.33，所述导轨为机床床身及垫板的导轨，所述导轨为V-平导轨。

2.根据权利要求1所述的数控凸轮轴磨床，其特征在于，包括金刚滚轮砂轮修整器，在所述砂轮修整器工作表面镶嵌若干粒度为35/40的金刚石。

3.根据权利要求1所述的数控凸轮轴磨床，其特征在于，主轴采用φ100mm的氮化钢主轴。

4.根据权利要求1至3任一项所述的数控凸轮轴磨床，其特征在于，轴承采用的节流器为外置平面间隙节流器。

5.根据权利要求1至3任一项所述的数控凸轮轴磨床，其特征在于，所述弹簧的上端还设置有调节座，所述调节座上的螺杆限制油缸行程。