CN103223636B - 五轴数控磨削器 - Google Patents

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本发明公开了一种五轴数控磨削器,属于数控机床技术领域。包括由第一动力装置驱动且沿X轴滑动安装于横梁上的横梁滑座,横梁滑座上设有由第二动力装置驱动且沿B轴回转的回转滑座,回转滑座上设有由第三动力装置驱动且沿Z轴滑动的滑枕,滑枕上设有由第四动力装置驱动且沿C轴回转的第一锥套,第一锥套上设有由第五动力装置驱动且沿A轴回转的第二锥套,第二锥套上安装有磨削动力头;B轴垂直于X轴和Z轴所在的平面,C轴垂直于B轴,A轴垂直于C轴,当B轴回零时,X轴与Z轴相垂直。达到了一次装夹实现对十字导轨、各个平面和锥形面加工,且无需插补,加工效率高,加工精度高,同时该结构紧凑,动作快捷可靠,适用范围广,具有较高的性价比。

Description

五轴数控磨削器
技术领域
本发明属于数控机床技术领域,尤其涉及一种五轴数控磨削器。
背景技术
随着全球机械制造业的快速发展和加工精度要求的日益提高,机床装备进入了数控化、智能化、高效化,且为专用型,尤其终端产品的高精度磨床,其专用性尤为突出且价格昂贵,目前国内外机床领域所采用的磨削形式多为专用平面磨床、专用内外圆磨床和磨削功能总成,在加工制造过程中,它们均存在功能单一,即单一的平面或锥形面加工,完成工件的加工需要多次装夹,进而多次装夹导致加工精度降低,影响加工效率。例如加工十字导轨时需要装夹多次;再譬如加工大锥面、大V型面时需要插补,加工后的表面粗糙,精度低。同时存在价格昂贵的缺陷,除极端需要投资的,绝大部分厂家因价格昂贵而回避对磨削机床的投资,从而影响机械制造业的精度提升。
同时,现阶段大部分磨床砂轮修整器都安装在磨头上,不仅结构复杂、受安装位置的限制且修整器刚性差,如要实现砂轮自动修整,则需要增加两个数控轴,从而导致成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种五轴数控磨削器,以解决现有技术中存在的上述技术问题,实现一次装夹便可进行工件各个方位的平面和十字导轨以及锥面的加工并保证加工精度。
为解决上述技术问题,本发明实施例的技术方案是:五轴数控磨削器,包括由第一动力装置驱动且沿X轴滑动安装于横梁上的横梁滑座,所述横梁滑座上设有由第二动力装置驱动且沿B轴回转的回转滑座,所述回转滑座上设有由第三动力装置驱动且沿Z轴滑动的滑枕,所述滑枕上设有由第四动力装置驱动且沿C轴回转的第一锥套,所述第一锥套上设有由第五动力装置驱动且沿A轴回转的第二锥套,所述第二锥套上安装有磨削动力头;所述B轴垂直于所述X轴和所述Z轴所在的平面,所述C轴垂直于所述B轴,所述A轴垂直于所述C轴,当所述B轴回零时,所述X轴与所述Z轴相垂直。
作为一种改进,所述横梁上安装有用于修整磨削刀具的修整器。
作为进一步的改进,所述滑枕上设有与所述第一锥套相适配的第一锥腔,所述滑枕上设有夹紧所述第一锥套的模具弹簧;所述第一锥套上设有与所述第二锥套相适配的第二锥腔,所述第二锥套上设有卡紧所述第二锥套的蝶型弹簧;所述滑枕与所述第一锥套之间设有液压夹紧装置。
作为一种改进,所述回转滑座上设有夹紧所述横梁滑座的夹紧装置,所述夹紧装置设置在所述回转滑座的两侧。
作为再进一步的改进,所述横梁滑座与所述回转滑座之间设有绕所述B轴转动的回转轴,所述回转轴与所述回转滑座之间设有夹紧油缸,所述回转轴远离所述回转滑座的一端固定在所述横梁滑座上。
作为又进一步的改进,所述回转轴和所述第一锥套和所述第二锥套上均设有耐磨涂层。
作为一种改进,所述第一动力装置和所述第三动力装置均包括滚珠丝杆结构,所述第二动力装置、所述第四动力装置和所述第五动力装置均包括涡轮蜗杆结构。
作为又进一步的改进,所述第二动力装置的涡轮为扇形涡轮。
作为更进一步的改进,所述五轴数控磨削器还包括均与电控单元连接的B轴编码器、C轴编码器和A轴编码器。
由于采用了上述技术方案,本发明实施例的有益效果是:由于回转滑座带动滑枕回转,并通过滑枕沿Z轴滑动进给,即实现滑枕上安装的磨削动力头的进给,实现锥面和V型面加工;实现平面加工则在滑枕进给的基础上,通过第一锥套在C轴上的回转和第二锥套在A轴上的旋转,达到实现工件各个平面以及十字导轨的加工。综上所述,该五轴数控磨削器实现了一次装夹即可实现对十字导轨以及各个平面和锥形面加工,加工锥面时无需插补便能达到加工表面光滑的效果,提高了加工效率,且加工效果好,加工精度高,同时该结构紧凑,动作快捷可靠,使用方便,成本低廉,具有较高的性价比,适用范围广。
由于横梁上安装有用于修整磨削刀具的修整器,从而实现了对磨损后的磨削刀具的自动修整,该结构简单,性能优越,实现了快速对磨削刀具的自动修整和空间的充分利用,解决了普通数控磨床上安装修整器对磨削刀具自动修整时,需要增加两个数控轴,导致成本增加的问题。
由于滑枕上设有与第一锥套相适配的第一锥腔,滑枕上设有夹紧第一锥套的模具弹簧;第一锥套上设有与第二锥套相适配的第二锥腔,第二锥套上设有卡紧第二锥套的蝶型弹簧;滑枕与第一锥套之间设有液压夹紧装置。从而保证了第一锥套和第二锥套的顺利回转,同时通过模具弹簧和蝶型弹簧,保证了加工时使第一锥套和第二锥套处于固定夹紧状态,实现强力磨削。
由于回转滑座的两侧均设有夹紧横梁滑座的夹紧装置;且横梁滑座与回转滑座之间设有的回转轴与回转滑座之间设有夹紧油缸,从而使横梁滑座与回转滑座处于固定状态,进一步保证了强力磨削。
由于回转轴和第一锥套和第二锥套上均设有耐磨涂层,从而减少了相对运动产生的磨损,提高了使用寿命,降低了制造成本。
由于第二动力装置的涡轮为扇形涡轮,保证回转要求的情况下,安装结构更加合理紧凑。
由于五轴数控磨削器还包括均与电控单元连接的B轴编码器、C轴编码器和A轴编码器,实现了各个部件的快速、精确转动,保证磨削效果,进一步保证了磨削精度。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图;
图2是图1中修整器修整磨头时的结构示意图;
图3是图1中回转滑座的结构示意图;
图4是图1中横梁滑座的结构示意图;
图5是图1中横梁滑座与回转滑座夹紧的结构示意图;
图6是图1中回转轴的结构示意图;
图7是图1中第一锥套和第二锥套的结构示意图;
图8是本发明实施例一次装夹所能完成的加工加工件的结构示意图;
图中,1-滑枕;2-电机;3-皮带;4-螺母座;5-夹紧油缸;6-编码器;7-滚珠丝杠;8-回转轴;9-主轴;10-磨削刀具;11-第三蜗杆;12-蜗杆箱;13-第二涡轮;14-修整器;15-横梁;16-横梁滑座;17-回转滑座;18-第一蜗杆;19-撞块;20-碟簧卡紧油缸;21-伺服减速机;22-伺服电机;23-第一涡轮;24-第二蜗杆;25-第三涡轮;26-第一锥套;27-箱体;28-第二锥套;29-磨刀架;30-第二定位轴;31-第一定位轴;32-压板;33-皮带轮;34-模具弹簧;35-蝶形弹簧。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1和图2共同所示,该发明实施例提供的五轴数控磨削器包括由第一动力装置驱动且沿X轴滑动安装于横梁15上的横梁滑座16,该横梁15上安装有用于修整磨削刀具10的修整器14,该横梁滑座16上设有由第二动力装置驱动且沿B轴回转的回转滑座17,该横梁滑座16与回转滑座17之间设有回转轴8,该回转滑座17上设有由第三动力装置驱动且沿Z轴滑动的滑枕1,该滑枕1上设有由第四动力装置驱动且沿C轴回转的第一锥套26,该第一锥套26安装在滑枕1上设有的与第一锥套26相适配的第一锥腔内,该滑枕1与第一锥套26之间均匀分布有夹紧固定第一锥套26的模具弹簧34,该滑枕1与第一锥套26之间还设有防止第一锥套26绕C轴回转的液压夹紧装置;该第一锥套26上设有箱体27并通过螺栓连接固定,该第一锥套26与箱体27之间设有第一定位轴31,该箱体27上设有第二锥腔,该第二锥腔内设有第五动力装置驱动且沿A轴回转的第二锥套28,该第二锥套28上设有卡紧第二锥套28的蝶形弹簧35,该第二锥套28上安装有磨削动力头,该磨削动力头包括设置在磨刀架29内的主轴9,该主轴9上安装有磨削刀具10,该第二锥套28与磨刀架29之间设有第二定位轴30;该X轴与Z轴在B轴回零时相垂直,若加工大型V导轨和大型锥形面时X轴与Z轴不垂直,该B轴垂直于X轴和Z轴所在的平面,该C轴垂直于B轴,该A轴垂直于C轴。
该第一动力装置和第三动力装置均包括滚珠丝杆7结构,该第三动力装置的滚珠丝杠7由电机3通过皮带3带动连接在滚珠丝杠7上皮带轮33转动,该滚珠丝杠7上设有螺母座4并固定安装在回转滑座17上;该第二动力装置包括第一涡轮23和第一蜗杆18,该第一涡轮23优选为扇型涡轮(参见图4),该第一蜗杆18上设有蜗杆箱12,该蜗杆箱12固定安装在回转滑座17上,第四动力装置包括第二涡轮13和第二蜗杆24,第五动力装置包括第三涡轮25和第三蜗杆11,该第一蜗杆18和第二蜗杆24和第三蜗杆11均由伺服电机22带动伺服减速机21进行驱动。
该回转滑座17的两侧均设有碟簧卡紧油缸20(参见图3和图5),该回转滑座17和横梁滑座16上均设有通孔并通过设置在通孔内的回转轴8连接,该回转轴8直径小的一端通过定位板固定在横梁滑座16上,该回转轴8直径大的一端配合安装在回转滑座17上,该回转滑座17上还设有压板32,该回转轴8直径大的一端与压板32之间设有液压夹紧装置,该液压夹紧装置绕回转轴8圆周方向均匀分部,该液压夹紧装置优选为夹紧油缸5(参见图6)。为了使回转导轨面内边线以内的夹紧油缸5和回转导轨面外边线以外的四个均布在回转轴四周的碟簧卡紧油缸20共同作用,更好的使回转滑座17固定在横梁滑座16上达到强力磨削的目的,回转导轨面内边线以内和回转导轨面外边线以外均比回转导轨面低0.2mm。
该回转轴8、第一锥套26和第二锥套28上均设有耐磨涂层,该耐磨涂层为如:TS312或TS316减摩涂层。
该耐磨涂层的形成(即TS312或TS316减摩涂层的应用工艺)需要经过下述工艺过程:
a、表面处理:有油表面加热除油后喷砂见本色;受化学介质污染的表面需多次清洗后烘干、喷砂至见本色;
b、清洗:仔细清洗表面污垢及处理后的残余物,直到无任何污物;
c、混合:将TS312或TS316按照7:1的重量比配胶并充分搅拌均匀,并在操作期内用完;
d、涂敷:先涂胶少许,用力下压并反复涂抹,使接触表面完全浸润胶,使其填满并排除空气,然后涂其余的胶,留出加工余量;
e、固化:装配固化后投入使用;若要达到最佳耐高温效果,必须进行加温固化。
靠近皮带轮33一端的滑枕1上设有撞块19,位于滚珠丝杠7行程末端的滑枕1上设有撞块19,该撞块19与滚珠丝杠7末端端面的距离小于螺母座4的长度。
该五轴数控磨削器还包括均与电控单元连接且均设置在A轴、B轴和C轴上的编码器6。
为了便于理解,下述给出了本发明实施例提供的五轴数控磨削器的工作原理(参见图8):
当对加工件进行锥形面的加工时,磨削元件10即砂轮处于如图1所示的位置,启动伺服电机22带动伺服减速机21对第一蜗杆18进行驱动,由于第一涡轮23固定安装在横梁滑座16上,同时回转轴8的一端固定安装在横梁滑座16上,从而固定在一起的回转滑座17和螺母座4围绕倒T型回转轴在B轴上转动,又由于螺母座4安装在滑枕1的滚珠丝杠7上,进而滚珠丝杠7与螺母座4的结合处受力带动滑枕1沿B轴转动,转动至加工要求的倾斜角度为止,即安装磨削元件10的主轴达到工作要求的倾斜角度,然后启动滑枕1上的电机2通过皮带3带动安装在滚珠丝杠7上的皮带轮33转动,从而滚珠丝杠7带动滑枕1在螺母座4内沿Z轴来回移动,实现磨削元件的进给,达到加工锥形面的目的。当对加工件进行平面加工时,如图2所示,在滑枕1进给的基础上,驱动滑枕1末端的第二涡轮13、第二蜗杆24带动第一锥套26转动和第三涡轮25、第三蜗杆11带动第二锥套28分别绕C轴和A轴旋转,根据加工面的不同旋转合适的角度,达到实现加工件各个平面的加工。该五轴数控磨削器实现了一次装夹即可实现对十字导轨以及各个平面和锥形面加工,加工锥面时无需插补便能达到加工表面光滑的效果,提高了加工效率,且加工效果好,加工精度高,同时该结构紧凑,动作快捷可靠,使用方便,成本低廉,具有较高的性价比,适用范围广。同时当磨削元件10转动到与回转滑座一致的方向时,滑枕1移动,修整器14还可对磨削元件10进行修正,实现了修整器14对磨削元件10的快速自动修整,减少了制造成本,且该结构简单,性能优越,且滑枕1上的空间得到充分利用。
为了保证磨削精度,进行磨削时,设置在回转滑座17两侧的碟簧卡紧油缸20卡紧,使回转滑座17固定在横梁滑座16上,同时在回转轴8直径大的一端绕圆周方向设有均匀分布的夹紧油缸5夹紧,使回转滑座17固定在横梁滑座16上;同时滑枕1上的液压夹紧装置进油,防止第一锥套26回转,达到强力磨削的目的。
为了使各个部件快速、精确的动作,在回转轴8、第一锥套26和第二锥套28上设有编码器6,进一步保证了加工精度。
为了避免滑枕1来回进给时与滚珠丝杠7上的螺母座4发生碰撞而造成损坏,在靠近皮带轮33一端的滑枕1上设有撞块19,位于滚珠丝杠7末端的滑枕1上设有撞块19,且撞块19与滚珠丝杠7末端端面的距离小于螺母座4的长度。
本发明实施例提供的五轴数控磨削器包括由第一动力装置驱动且沿X轴滑动安装于横梁15上的横梁滑座16,该横梁滑座16上设有由第二动力装置驱动且沿B轴回转的回转滑座17,该回转滑座17上设有由第三动力装置驱动且沿Z轴滑动的滑枕1,该滑枕1上设有由第四动力装置驱动且沿C轴回转的第一锥套26,该第一锥套26上设有由第五动力装置驱动且沿A轴回转的第二锥套28,该第二锥套28上安装有磨削动力头;该B轴垂直于X轴和Z轴所在的平面,该C轴垂直于B轴,该A轴垂直于C轴,该B轴回零时,该X轴与Z轴相垂直。通过回转滑座17带动滑枕1回转,并通过滑枕1沿Z轴滑动进给,即实现滑枕1上安装的磨削动力头的进给,实现锥面和V型面加工;实现平面加工则在滑枕1进给的基础上,通过第一锥套在C轴上的回转和第二锥套在A轴上的旋转,达到实现工件各个平面以及十字导轨的加工。综上所述,该五轴数控磨削器实现了一次装夹即可实现对十字导轨以及各个平面和锥形面加工,加工锥面时无需插补便能达到加工表面光滑的效果,提高了加工效率,且加工效果好,加工精度高,同时该结构紧凑,动作快捷可靠,使用方便,成本低廉,具有较高的性价比,适用范围广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.五轴数控磨削器,其特征在于,包括由第一动力装置驱动且沿X轴滑动安装于横梁上的横梁滑座,所述横梁滑座上设有由第二动力装置驱动且沿B轴回转的回转滑座,所述回转滑座上设有由第三动力装置驱动且沿Z轴滑动的滑枕,所述滑枕上设有由第四动力装置驱动且沿C轴回转的第一锥套,所述第一锥套上设有由第五动力装置驱动且沿A轴回转的第二锥套,所述第二锥套上安装有磨削动力头;所述B轴垂直于所述X轴和所述Z轴所在的平面,所述C轴垂直于所述B轴,所述A轴垂直于所述C轴,当所述B轴回零时,所述X轴与所述Z轴相垂直;
所述横梁上安装有用于修整磨削刀具的修整器;
所述滑枕上设有与所述第一锥套相适配的第一锥腔,所述滑枕上设有夹紧所述第一锥套的模具弹簧;所述第一锥套上设有与所述第二锥套相适配的第二锥腔,所述第二锥套上设有卡紧所述第二锥套的蝶型弹簧;所述滑枕与所述第一锥套之间设有液压夹紧装置。
2.根据权利要求1所述的五轴数控磨削器,其特征在于,所述回转滑座上设有夹紧所述横梁滑座的夹紧装置,所述夹紧装置设置在所述回转滑座的两侧。
3.根据权利要求2所述的五轴数控磨削器,其特征在于,所述横梁滑座与所述回转滑座之间设有绕所述B轴转动的回转轴,所述回转轴与所述回转滑座之间设有夹紧油缸,所述回转轴远离所述回转滑座的一端固定在所述横梁滑座上。
4.根据权利要求3所述的五轴数控磨削器,其特征在于,所述回转轴和所述第一锥套和所述第二锥套上均设有耐磨涂层。
5.根据权利要求1所述的五轴数控磨削器,其特征在于,所述第一动力装置和所述第三动力装置均包括滚珠丝杆结构,所述第二动力装置、所述第四动力装置和所述第五动力装置均包括涡轮蜗杆结构。
6.根据权利要求5所述的五轴数控磨削器,其特征在于,所述第二动力装置的涡轮为扇形涡轮。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的五轴数控磨削器,其特征在于,所述五轴数控磨削器还包括均与电控单元连接的B轴编码器、C轴编码器和A轴编码器。
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