CN103273425A - 一种cbn砂轮轨迹修整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，包括磨床导轨，磨床导轨上设有过渡板，过渡板上设有十字平台，十字平台通过托板与旋转平台连接，旋转平台上设有金刚石滚轮装置。本发明具有高效、柔性、精度高等特点。

Description

一种CBN砂轮轨迹修整装置

技术领域

本发明涉及一种CBN砂轮轨迹修整装置，属于精密磨削领域。

背景技术

近几年，随着数控技术的发展，在CBN砂轮修整方面，CNC修整法得到了广泛的发展。在国外，首先是英国成功地研制出了“Diaform”数控修整装置，把成形磨削加工水平推进了一大步。一些发达国家的平面磨床制造厂几乎都生产配有数控修整装置的而具有成形磨削功能。这种数控修整装置机械结构和数控系统复杂、价格昂贵。国内在近十年来也是发展迅速，从1994年开始，重庆大学和华南理工大学以及天津大学，南京理工大学等都相继开发出三坐标联动的数控砂轮修整装置或CAM软件，而大大提高修整后的砂轮的形状精度。但都不同程度的存在不足。他们采用的都是普通金刚石笔，金刚石笔尖部分未经修整而不规则，当使其轴心线始终位于跟踪砂轮截面曲线的法线方向时，不规则的金刚石笔和砂轮发生干涉，导致形状误差。而且旋转轴大多采用导轨式，只能适用于简单圆弧或缓变曲线，而不能适应复杂曲线的修整。在CIMTZ001第七届北京国际机床展览会上(2001年)，上海机床厂有限公司在其数控花键轴磨床上展出过一套CNC砂轮修整装置，汉江机床有限公司的数控螺纹磨床也配备了数控砂轮修整装置，之后再没有相关信息报道，也没有形成批量生产。国内研究的很多砂轮修整装置虽然也具有了数控功能，但很多都是导轨式的，不能适应复杂曲线的修整。

CBN砂轮常用于成形磨削加工中，由于成形磨削加工的各种零件形状不同，而且近年来加工的零件具有小批量、形状复杂、形位精度要求高、生产周期短等趋势，所以就需要大量具有不同截面轮廓曲线的CBN砂轮来磨削对应的零件。目前的CBN砂轮修整系统不能满足现有的需求。

发明内容

本发明的目的是解决目前的数控砂轮修整装置不能适应复杂曲线修整，无法批量生产的问题，提供一种高效、柔性、精度高的CBN砂轮轨迹修整装置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，包括磨床导轨，磨床导轨上设有过渡板，过渡板上设有十字平台，十字平台通过托板与旋转平台连接，旋转平台上设有金刚石滚轮装置。

优选地，所述的十字平台包括十字平台的X轴，十字平台的X轴上设有与其十字交叉的十字平台的Z轴，十字平台的Z轴上设有托板。

优选地，所述旋转平台的上部与平板连接，平板通过支架与支撑板连接，支撑板上设有金刚石滚轮装置。

优选地，所述的金刚石滚轮装置包括金刚石滚轮，金刚石滚轮通过滚轮轴与电主轴连接。

优选地，所述的金刚石滚轮通过对刀装置将金刚石滚轮刃口圆弧的圆心设于旋转平台的回转中心线上，使金刚石滚轮在旋转完成后，其刃口恰好能与CBN砂轮接触。

优选地，所述的对刀装置包括对刀杆，对刀杆设于旋转平台上，对刀杆的轴心线与旋转平台的回转中心线重合，对刀杆的圆周面上设有一个凹槽，凹槽的高度等于对刀杆的半径与金刚石滚轮刃口圆弧的半径之和。

优选地，所述的金刚石滚轮的中心高度与其一侧CBN砂轮的中心高度相同。

本发明用于CBN成型砂轮的修整，应简单可靠、易操作、修整精度高；旋转平台可以带动金刚石滚轮做回转运动，并通过调整十字平台的X轴和Z轴，能修整具有不同截面轮廓曲线的CBN砂轮，即柔性好；通过本发明还可以对零件进行批量加工，效率高；本发明的布局、功能能适应不同种类、不同尺寸的砂轮修整的要求。

附图说明

图1为一种CBN砂轮轨迹修整装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为对刀装置的结构示意图；

图4为一种CBN砂轮轨迹修整装置的运动控制系统示意图；

图5为一种CBN砂轮轨迹修整装置的软件流程图。

附图标记说明

1为磨床导轨，2为过渡板，3为十字平台的X轴，4为X轴伺服电机，5为十字平台的Z轴，6为托板，7为CBN砂轮，8为旋转平台，9为电主轴，10为金刚石滚轮，11为滚轮轴，12为Z轴伺服电机，13为对刀杆，14为运动控制器，15为交流伺服驱动器，16为丝杠，17为螺母，18为支架，19为支撑板，20为旋转伺服电机，21为蜗杆，22为蜗轮，23为砂轮架，24为平板，25为变频器。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明为一种CBN砂轮轨迹修整装置，如图1、图2所示，为一种CBN砂轮轨迹修整装置的结构示意图。十字平台安装在过渡板2上，过渡板2固定在磨床导轨1上，托板6分别与十字平台和旋转平台8固定。十字平台主要包括十字平台的X轴3和十字平台的Z轴5，十字平台的X轴3上安装有与其十字交叉的十字平台的Z轴5，托板6固定在十字平台的Z轴5上。旋转平台8通过底部的螺纹凸缘与托板6相连，旋转平台8的上部通过螺栓连接着平板24。支撑板19通过4个均匀分布的支架18固定在平板24上，金刚石滚轮装置安装在支撑板19上。金刚石滚轮装置的金刚石滚轮10与滚轮轴11的一端连接，金刚石滚轮10通过滚轮轴11与电主轴9连接，从而实现金刚石滚轮5000～10000r/min的旋转速度。

在装配时，必须保证金刚石滚轮10的中心高度和砂轮架23上CBN砂轮7的中心高度相同，并且金刚石滚轮10刃口的圆弧圆心要在旋转平台8的旋转中心线上，以方便控制程序的设计。十字平台做X-Z方向的运动时，就可以带动金刚石滚轮10使其做相同的X-Z方向的运动，这样如果要使金刚石滚轮10的运动轨迹是某一条曲线，只要控制十字平台的X轴3和十字平台的Z轴5运动出这条曲线即可。因为金刚石滚轮装置固定在旋转平台8上，且金刚石滚轮10刃口的圆弧圆心在旋转平台8的旋转中心线上。当托板6上的旋转伺服电机20通过蜗轮22和蜗杆21带动旋转平台8转动一定角度时，金刚石滚轮10的刃口圆弧会被带动旋转相应的角度，可以防止金刚石滚轮10和CBN砂轮7发生干涉，从而使CBN砂轮7得到精确地形状精度。

如图3所示，为对刀装置的结构示意图。该装置能够使金刚石滚轮10刃口圆弧的圆心处于旋转平台8的回转中心线上，使金刚石滚轮10在旋转完成后，其刃口恰好能与CBN砂轮7接触，对刀装置的对刀杆13整体为圆柱形，在其圆周面上铣出一个凹槽，凹槽的高度等于对刀杆13的半径与金刚石滚轮10刃口圆弧半径之和。对CBN砂轮7修整前，在旋转平台8上先装上对刀杆13，使对刀杆13的轴心线与旋转平台8的回转中心线重合，然后将金刚石滚轮10慢速向凹槽移动，当金刚石滚轮10刃口弧顶到达凹槽底部，则金刚石滚轮10刃口圆弧的圆心落在旋转平台8的回转中心线上了。拆除对刀杆13后，即可对CBN砂轮7进行修整操作。

本发明主要有以下三部分组成：

1.X-Z两轴运动平台(即十字平台)，主要由金属槽体和滚珠丝杠构成。通过伺服电机驱动滚珠丝杠，从而带动与X-Z十字平台相联接的工作台(托板6)在X、Z方向做精确地定位运动。

2.电动的旋转平台8。其主要机构就是一套蜗轮机构，通过伺服电机驱动蜗杆转动，带动蜗轮旋转。蜗轮与驱动金刚石滚轮旋转的主轴机构相联接，从而带动主轴机构做回转运动。

3.驱动金刚石滚轮旋转的主轴机构(金刚石滚轮装置)。其主要功能是使金刚石滚轮10具有一定的旋转速度。

本发明采用光栅尺作为直线位移检测装置，直接获取X-Z十字平台的位移信息，此信息经过前置处理后得到相位差为90°的两路位移脉冲信号，其频率与十字平台位移速度成正比，其数量为工作台实际位移量除以脉冲当量。

如图4所示，为一种CBN砂轮轨迹修整装置的运动控制系统示意图。采用PC+运动控制器开放式数控系统。PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作，运动控制器14完成滚动轮位置调整的所有运动细节控制。当运动控制器14接收到PC机的指令后，向三台交流伺服驱动器15发出同步控制信号，经三台交流伺服驱动器15放大后分别驱动X轴伺服电机4、Z轴伺服电机12、旋转伺服电机20，使三台伺服电机按照相应的频率和角位移运行。光电编码器返回的脉冲信号(即速度反馈)进入交流伺服驱动器15构成速度环。X轴伺服电机4和Z轴伺服电机12分别与一个装有螺母17的丝杠16连接，其上分别对应安装有十字平台的X轴3和十字平台的Z轴5，分别对十字平台的X轴3和十字平台的Z轴5进行位置检测，经过前置处理后进入运动控制器14形成位置反馈，即光栅尺反馈的两路位移脉冲信号进入运动控制器14构成位置环旋转伺服电机20控制旋转平台8的旋转，并对其进行角度检测，经过前置处理后进入运动控制器14形成角度反馈，完成滚动轮的位置调整。在PC机向运动控制器14发送命令的同时也向变频器25发送命令，控制电主轴9的工作情况，从而实现对滚轮转速的控制。

位移脉冲被送入运动控制器14中的可逆计数器进行计数，该计数器中的计数值对于十字平台即表示了十字平台的X轴3和十字平台的Z轴5的当前实际位置，对于旋转平台8即表示旋转平台相对于起始位置的角度。

运动控制器14的作用是，根据位置给定值与位置反馈值之差，按预先设计的控制规律控制整个系统的运行，以保证X-Z十字台位移严格跟随同步指令值的变化。再利用X-Z十字运动平台上的光栅进行位置检测来反馈给运动控制器14，以保证运动定位精度。

如图5所示，为一种CBN砂轮轨迹修整装置的软件流程图。与本发明适配的软件能识别Auto CAD图，打开并读取DXF文件信息，根据二维图和加工参数信息，对砂轮的截面曲线进行插补计算，生成刀位文件。再对文件类型进行分析，根据机床坐标系和工件坐标系之间的关系进行坐标转换和代码转换，生成NC代码指令。将加工代码发送给运动控制器，控制伺服控制系统产生相应的运动。

实施例1

本发明砂轮修整系统选用了刃口的半径为0.5mm、弧度为60°的金刚石滚轮10作为修整工具。

由高速旋转主轴带动CBN砂轮7高速旋转，作为主运动。另外，由数控系统控制两个正交的进给运动X，Z合成设定的运动轨迹，主运动和两个进给运动合成加工出CBN砂轮7的各种形状的截面曲线。另外在金刚石滚轮10可完成现有X-Z平面轨迹进给合成运动的基础上，增加一个垂直于X-Z平面的摆动轴Z，用于调整金刚石滚轮10在X-Z平面的角度。即用三个自由度描述金刚石滚轮10的姿态。使金刚石滚轮10尖端在CBN砂轮7截面曲线上某一点的指向始终与该点处的切线垂直。这样，就可以用金刚石滚轮10只进行一次装夹即可完成整个修形轨迹的加工，提高了CBN成形砂轮修整的效率，并且在修整过程中保证了金刚石滚轮10与CBN砂轮7不发生干涉，从而满足修整后的CBN成形砂轮的形状精度和平滑性。

将金刚石滚轮10的摆动轴心(运动中心)设置在其尖端过渡圆弧的圆心(几何中心)处，则CBN砂轮7修整器的摆动角度不会影响金刚石滚轮10与砂轮修整点的位置，CBN砂轮7修整时修整器的摆动中心沿CBN砂轮7轮廓等距线运动，编程时不用考虑金刚石滚轮10摆动角度对CBN砂轮7修整点位置的影响，简化了金刚石修整器轨迹的数控程序设计，并且利用金刚石滚轮10顶端的圆弧面不同部位参与砂轮修整可以提高其寿命。

表1则是本次发明与普通金刚石修整技术的效果对照表：

修整方法	普通金刚石笔修整技术	本发明
			径向跳动	＜0.03mm	＜0.005mm
轴向窜动	＜0.03mm	＜0.005mm
			每次进给量	0.02-0.04mm	0.001-0.005mm
金刚石寿命	1000～5000次	10000次以上
			适用范围	圆柱及锥面	圆柱、锥面及复杂曲线

表1

Claims (7)

1.一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，包括磨床导轨(1)，磨床导轨(1)上设有过渡板(2)，过渡板(2)上设有十字平台，十字平台通过托板(6)与旋转平台(8)连接，旋转平台(8)上设有金刚石滚轮装置。

2.如权利要求1所述的一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，所述的十字平台包括十字平台的X轴(3)，十字平台的X轴(3)上设有与其十字交叉的十字平台的Z轴(5)，十字平台的Z轴(5)上设有托板(6)。

3.如权利要求1所述的一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，所述旋转平台(8)的上部与平板(24)连接，平板(24)通过支架(18)与支撑板(19)连接，支撑板(19)上设有金刚石滚轮装置。

4.如权利要求3所述的一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，所述的金刚石滚轮装置包括金刚石滚轮(10)，金刚石滚轮(10)通过滚轮轴(11)与电主轴(9)连接。

5.如权利要求4所述的一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，所述的金刚石滚轮(10)通过对刀装置将金刚石滚轮(10)刃口圆弧的圆心设于旋转平台(8)的回转中心线上，使金刚石滚轮(10)在旋转完成后，其刃口恰好能与CBN砂轮(7)接触。

6.如权利要求5所述的一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，所述的对刀装置包括对刀杆(13)，对刀杆(13)设于旋转平台(8)上，对刀杆(13)的轴心线与旋转平台(8)的回转中心线重合，对刀杆(13)的圆周面上设有一个凹槽，凹槽的高度等于对刀杆(13)的半径与金刚石滚轮(10)刃口圆弧的半径之和。

7.如权利要求4所述的一种CBN砂轮轨迹修整装置，其特征在于，所述的金刚石滚轮(10)的中心高度与其一侧CBN砂轮(7)的中心高度相同。

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