CN103447921A - 石英坩埚打磨装置 - Google Patents

Abstract

一种石英坩埚打磨装置，主运动机构的第一滑轨截面形状为矩形，第二滑轨截面形状为三角形；龙门架固定安装于底座，第一方向拖板可滑动地设置于第一方向滑轨，第二方向滑板可滑动设置于第二方向滑轨，第一方向滑轨远离底座的滑轨截面为矩形，第一方向滑轨靠近底座的滑轨截面形状为燕尾形，第二方向滑轨的截面形状均为燕尾形，主轴电机安装于第二方向滑板，主轴电机驱动平面磨头，伺服电机组件通过滚珠丝杠驱动工作台、第一方向拖板和第二方向滑板；伺服电机通过滚珠丝杠驱动方式，摩擦损失小，降低了故障率，且传动效率高；机械滑轨刚度好，抗震性能高，进给量稳定，慢速无爬行，高速无震动，且运行过程中安全性能高，机械故障率低。

Description

石英坩埚打磨装置

技术领域

本发明涉及打磨装置，特别是涉及一种石英坩埚打磨装置。

背景技术

数控机床是一种装有程序控制的自动化机床，其控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或者其他符号指令的程序，并将其译玛，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸自动加工零件。

目前，用于打磨石英坩埚的数控打磨机床，其机械部分通常由机床床身和工作台构成，在床身的两侧固定安装有滑轨座，底座通过直线滑轨分别安装在两侧的滑轨座上。滑轨座上分别设置有齿条，传动轴两端固定有齿轮，齿轮分别于对应齿条啮合，传动轴上带有支架，主轴安装在支架上，伺服电机带动传动轴转动，实现支架往复运动。但是，由于齿轮传动精度较差，稳定性低而导致机械故障率高。

发明内容

基于此，有必要针对传动精度低、机械故障率高的问题，提供一种石英坩埚打磨装置。

一种石英坩埚打磨装置，包括：

主运动机构，包括底座和工作台，所述底座两侧相对开设有第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨截面形状呈矩形，所述第二滑轨截面形状呈V形，所述工作台可滑动地设置于所述第一滑轨和第二滑轨；

进给机构，包括十字拖板机构、第一方向滑轨、第二方向滑轨、第二方向滑板和龙门架，所述第一方向滑轨和第二方向滑轨均为两个，所述龙门架固定安装于所述底座，所述第一方向滑轨固定于所述龙门架，所述十字拖板机构包括第一方向拖板、第二方向拖板，所述第一方向拖板可滑动地设置于所述第一方向滑轨，所述第二方向拖板固定于所述第一方向拖板远离所述第一方向滑轨一侧，所述第二方向滑轨固定安装于所述第二方向拖板，所述第二方向滑板可滑动地设置于所述第二方向滑轨，所述第一方向滑轨远离所述底座的滑轨截面为矩形，所述第一方向滑轨靠近所述底座的滑轨截面形状为燕尾形，所述第二方向滑轨的截面形状均为燕尾形；

磨削机构，包括主轴电机和平面磨头，所述主轴电机安装于所述第二方向滑板，所述主轴电机驱动所述平面磨头；

伺服控制机构，包括伺服驱动器和伺服电机组件，伺服驱动器与所述伺服电机组件连接，所述伺服电机组件通过滚珠丝杠驱动所述工作台、所述第一方向拖板和所述第二方向滑板。

在其中一实施例中，所述第一滑轨和第二滑轨开设有导油槽，所述第一方向滑轨和第二方向滑轨均开设有加油孔。

在其中一实施例中，所述导油槽呈波浪状或网格状。

在其中一实施例中，所述第二滑轨截面顶角度数为90度～120度。

在其中一实施例中，所述第一方向滑轨靠近所述底座的滑轨和所述第二方向滑轨燕尾夹角为50度～60度。

在其中一实施例中，所述第一滑轨、第二滑轨、第一方向滑轨和第二方向滑轨均设有制动装置。

在其中一实施例中，所述第一滑轨、第二滑轨、第一方向滑轨和第二方向滑轨表面均贴设有抗磨减震层。

在其中一实施例中，所述工作台中空设置，且外围贴合有护板，所述工作台顶部设有支撑件以提供支撑力。

在其中一实施例中，所述工作台内置有顶出装置，所述顶出装置包括顶杆和接触板，所述顶杆底端与制动装置连接，所述顶杆顶端固定有所述接触板，所述接触板形状与产品形状相匹配。

在其中一实施例中，还包括防护罩，所述防护罩套设于所述底座，且开设有控制安全门。

上述石英坩埚打磨装置，伺服电机通过滚珠丝杠驱动方式，摩擦损失小，传动效率高，传动精度高且降低了故障率，且滚珠丝杠传动为封闭式的传动方式，水和粉尘污不易进入，避免了轴承磨损较快，机械故障率低。机械滑轨刚度好，抗震性能高，进给量稳定，慢速无爬行，高速无震动，传动精度高，且运行过程中安全性能高，机械故障率低，且安装调整方便，便于维修和维护，降低了加工成本和维修成本。此外，在机械磨削过程中，机床要承受有运动部件的自重、磨削力、驱动力、惯性力、摩擦阻力等，采用龙门架结和十字拖板机构，通过安装在龙门架上的十字拖板机构和滑轨的配合，可使磨头在进给方向进给，结构简单，强度高，刚度高，从而提高抗震性和传动精度。

附图说明

图1为一实施方式的石英坩埚打磨装置的底座结构示意图；

图2为图1所示的一实施方式的石英坩埚打磨装置的底座的另一视角结构示意图；

图3为一实施方式的石英坩埚打磨装置的工作台和底座装配示意图；

图4为一实施方式的石英坩埚打磨装置的第一方向滑轨和龙门架的装配示意图；

图5为一实施方式的石英坩埚打磨装置的第一方向导轨和第一方向拖板的装配示意图；

图6为一实施方式的石英坩埚打磨装置的第二方向导轨和第二方向滑板的装配示意图。

具体实施方式

如图1、图3、图4和图6所示，一种石英坩埚打磨装置，包括主运动机构、进给机构、磨削机构和伺服控制机构。

主动机构包括底座112和工作台114，底座112固定放置在地面或者放置面上，保持一定的水平和稳定性。底座112两侧相对开设有第一滑轨1122和第二滑轨1124，所述滑轨的进给方向为主运动机构的进给方向，第一滑轨1122的截面形状为矩形，第二滑轨1124的截面形状为三角形，工作台114底部设有与第一滑轨1122和第二滑轨1124相配合的滑块，使工作台114可滑动地连接于第一滑轨1122和第二滑轨1124。可以理解的是，第一滑轨1122可以是凸出滑轨平面的矩形，也可以使凹陷的矩形，第二滑轨1124截面形状可以使正三角，也可以是倒三角，在本实施例中，第一滑轨1122为凹陷的矩形，第二滑轨为倒三角形。第一滑轨1122和第二滑轨1124采用淬火钢，使其具有一定的刚度，提高抗震性能。在主运动机构还可以设置减速和制动装置，以保证其可以快速停止且减小机械磨损。具体地，伺服电机上有抱闸装置，可以控制滑板不因自重而从滑轨掉下，且可保证滑板在滑轨上可以快速停止，也可以在滚珠丝杠设置有减速制动装置。

进给机构包括十字拖板机构122、第一方向滑轨124、第二方向滑轨126、龙门架128和第二方向滑板129。十字拖板机机构122包括第一方向拖板1222、第二方向拖板1224。其中，第一方向滑轨124和第二方向滑轨126均为两个，龙门架128两端通过固定螺丝或铆钉固定安装于底座112的中部，第一方向滑轨124固定于龙门架128立柱。第一方向滑轨和龙门架128的固定连接采用固定螺丝，为了提高刚度，每边三个固定螺丝，可以采用较大的M6或者M8的螺丝，第一方向滑轨124的滑轨方向和龙门架128的横梁平行。十字拖板机构的第一方向拖板1222和第二方向拖板1224垂直固定连接，第一方向拖板1222可滑动地设置于第一方向滑轨124，第一方向滑轨124远离底座112的滑轨截面为矩形，第一方向滑轨124靠近底座的滑轨截面为燕尾形。第一方向拖板1222与第一方向滑轨124连接的一面设有与第一方向滑轨124相配合的滑块，使第一方向拖板1222可滑动的连接于第一方向滑轨124。第二方向滑轨126固定安装于第二方向拖板1224，第二方向滑轨的截面形状均为燕尾形，第二方向滑板129可滑动地连接于第二方向滑轨126。第一方向滑轨124和第二方向滑轨126还设置了减速和制动装置，防止其因其自重和惯性而导致震动和磨损，甚至从滑轨落下，提高了安全性能，还延长了装置的使用寿命。

可以理解的是，主运动方向为三维坐标轴的Y向，第一方向为X向，第二方向为Z向，第一滑轨1122、第二滑轨1124、第一方向滑轨124和第二方向滑轨126表面均进行淬火，提高精度和耐磨性。且第一方向滑轨124和第二方向滑轨均有凸凹两种方式，在本实施例中，第一方向滑轨124采用凸式，第二方向滑轨126采用凹式。在安装导轨时候，要清除机械安装面的毛边、污物以及表面伤痕，涂防锈油；其次，安装时要确认螺丝孔是否吻合，以避免不吻合强行锁紧螺栓导致偏位和精度降低。

磨削机构包括主轴电机和平面磨头，主轴电机安装于第二方向滑板129上，主轴电机连接轴承，轴承内从下到上依次加工有内六角螺纹，刀柄加工有内孔，外部加工成六棱与轴承内六棱间隙配合，六棱起到传递扭矩定心作用，用螺栓通过刀柄内孔将刀柄固定在轴承上，砂轮装在刀柄上，用螺栓连接固定，从而实现磨削动作。

伺服控制机构，伺服控制机构包括伺服驱动器和伺服电机组件，伺服驱动器与伺服电机组件连接，且控制伺服电机组件。伺服电机组件包括第一伺服电机142、第二伺服电机144和第三伺服电机146。第一伺服142电机安装于工作台，通过滚珠丝杠驱动工作台114在第一滑轨1122和第二滑轨1124上滑动，第二伺服电机144安装于十字拖板机构的第一方向推板1222上，通过滚珠丝杠驱动十字拖板机构在第一方向滑轨124上滑动，第三伺服电机146安装在第二方向滑板126上，通过滚珠丝杠驱动第二方向滑板129在第二方向导轨126上滑动。其中，滚珠丝杠与伺服电机连接，端部还设有轴承座，以将滚珠丝杠固定，防止其晃动和移动，影响传动精度。具体地，如图2所示的在主运动机构110的滚珠丝杠116端部设有轴承座118，本实施例中的伺服驱动器采用国产三轴数控系统，价格低，稳定性高，适合平面加工，此外，可根据加工的工艺需求编写相对应的加工程式写入伺服驱动器中，从而实现精确的加工磨削。

上述石英坩埚打磨装置，工件放置在工作台114，伺服驱动器通过已经编写的程式控制第一伺服电机142、第二伺服电机144和第三伺服电机146，第一伺服电机142驱动工作台在Y方向进给，第二伺服电机144驱动十字拖板机构的第一方向拖板1222在X方向沿第一方向滑轨124进给，同时，第三伺服电机驱动第二方向滑板1224在Y向沿第二方向滑轨126进给，主轴电机驱动平面磨头进行磨削动作。

如此，首先，伺服电机通过滚珠丝杠驱动工作台114、第一方向拖板1222和第二方向滑板126在机械滑轨上进给，由于相比较齿轮带动的传动，摩擦损失小，固运动平稳，不易出现爬行现象，且传动效率高，精度保持性高，使用寿命长，滚珠丝杠传动为封闭式的传动方式，水和粉尘污不易进入，避免了轴承磨损较快，机械故障率低。其次，主运动机构采用矩形滑轨和三角形滑轨的组合使用，矩形滑轨刚度和承载能力大，安装调整方便，三角形滑轨，导向性能高，在垂直载荷的作用下，导轨磨损后能自动补偿，采用其组合方式，在主运动方向可具有较强的承载力，且导向精度高，刚度好，抗震性能高，且制造方便成本低，维修保养方便。在进给机构的第一方向滑轨124远离底座112的滑轨截面为矩形，靠近底座112的滑轨截面为燕尾形，燕尾导轨为三角形导轨的变形，可承受较大颠覆力矩，结构紧凑，间隙调整方便，但是刚度差，而采用矩形和燕尾形的组合，矩形滑轨起主要支承作用，固其结构使用保证了滑轨的刚度，提高了防震性能，又可承受一定的颠覆力矩，使滑轨高速无爬行，慢速无震动，提高了传动精度，且不易磨损，机械故障率低，维修保养方便。

此外，第二方向滑轨截面均为燕尾形，保证其具有较高的传动精度，且维修保养方便。装置采用龙门架128结构，龙门架128两根立柱和横梁的对称结构，第一方向滑轨124固定安装在两根立柱上，进给机构120主要通过第一方向滑轨124和龙门架128与机床底座112连接，在机械磨削过程中，机床要承受有运动部件的自重、磨削力、驱动力、惯性力、摩擦阻力等，采用龙门架128和十字拖板机构122，龙门架128两立柱对称承受力，强度高，刚度高；十字拖板机构122和导轨的配合结构，简化了结构，减轻了运动部件的质量，从而增加了强度和刚度，提高了抗震性和传动精度，还可在龙门架增加筋条或隔板进一步增加其刚度，从而提高抗震性和传动精度。

请参阅图2、图5和图6，在其中一实施例中，在第一滑轨1122和第二滑轨1124开设有导油槽1126，第一方向滑轨124开设有第一加油孔123，第二方向滑轨126,开设有第二加油孔125。如此，通过导油槽1126和第一加油孔123、第二加油孔125添加润滑油，可降低导轨的摩擦力、减少磨损、降低导轨温度，防止生锈。在生产中还可以避免爬行现象，提高了导轨的使用寿命，增加了传动精度。具体地，可采用手工加润滑油润滑，也可以采用在导轨上方设置油杯，使油沿着导油槽或者加油流向或者滴向导轨面，还可以采用添加润滑泵，手动定时拉动润滑泵，或者通过程式定时会自动添加。导油槽1126可以呈波浪形，也可以呈网格状，只要实现润滑油均匀分布即可。可以理解的是，爬行现象是工作台在低俗、高负荷的滑动过程中，常常发生粘着和滑动互相交替，出现的现象称作爬行现象，工作台的爬行会影响加工的精度，也缩减导轨以及磨头的寿命。

请参阅图1、图5和图6，在其中一实施例中，第二滑轨1124截面三角形顶角度数为90度～120度，第一方向滑轨124靠近底座112的滑轨和第二方向滑轨124燕尾夹角为50度～60度。三角形导轨在磨损后，动导轨会自动下沉，自动补偿磨损量，不会产生间隙，导向性好，导向性能和三角形的顶角有关，经过实践发现，顶角角度越小，导向性能越好，但是承载能力降低，摩擦力增大，当三角形顶角度数在90度～120度之间时，三角形导轨导向性能好，且承载力高，摩擦力小，提高了传动精度，且减小了磨损，降低了机械故障率。

燕尾形导轨，包括底面和斜面，当承受垂直力时，底面为承载面，当承受其他方向力时，斜面为承载面。燕尾形导轨可承受较大的颠覆力矩，第一方向滑轨124靠近底座112的滑轨和第二方向滑轨126在X、Z方向滑动，固需要承受一定的颠覆力矩，第一方向滑轨124靠近底座112的滑轨和第二方向滑轨126承受的作用力的面为燕尾的斜面，固斜面相对底面的角度过大，则刚度增大，但摩擦力增加，角度过小，刚度过下，当燕尾角度为50度～60度时，可保证其具有一定的刚度且摩擦力小，提高了防震性能和传动精度，减小了机械磨损。

在其中一实施例中，第一滑轨1122、第二滑轨1124、第一方向滑轨124和第二方向滑轨126表面均贴设有抗磨减震层。如此，可降低导轨表面的摩擦系数，从而降低摩擦力，增加了耐磨性，减震性能好，且提高了传动精度。抗磨减震层可以采用抗磨塑料软带，具体到本实施例中，塑料软带是以聚四氟乙烯（PTFE）为基材，青铜粉、二氧化钼和石墨等填充剂混合制成，并做成带状。聚四佛乙烯是现有材料中摩擦因数最小的一种，达到0.04，但是耐磨性较低，添加填充剂之后，增加了耐磨性。塑料软袋可切成任意大小和形状，用粘结剂粘结在导轨面上。首先，聚四氟乙烯摩擦因数小，低俗能防止爬行现象，使运动平稳获得高的精度，其次，塑料的阻尼特性好，可起到减震的效果，提高了防震性能和传动精度。此外，塑料导轨具有自润滑作用，本实施例中的材料中含有青铜粉、二氧化钼和石墨等润滑性能好的材料，可减小摩擦力，延长使用寿命。塑料导轨还具有耐低温、耐强酸、强碱，具有良好的化学稳定性，延长其使用寿命。

具体地，先将导轨粘贴面加工至表面粗糙度Ra3.2～1.6，将导轨粘贴面加工成0.5～1mm深的凹槽，然后用汽油或金属清洁剂或丙酮清洗粘贴面，将已经切割成形的导轨软带清洗后用胶粘剂粘贴，固化1～2h后，再合拢到固定导轨或专用夹具上，施加一定的压力，在室温下固化24h，取下清除余胶即可开油槽进行精加工。

在其中一实施例中，工作台114中空设置，外围贴合有护板，工作台114顶部设有支撑件以提供支撑力。护板可采用质量较轻，但具有一定强度的材料制成，如尼龙板、合金板等；支撑件可采用质量较轻，具有较高强度，且具有一定减震效果的材料制成。具体到本实施例，护板采用呢绒板，支撑件采用硅胶条。工作台114可采用钢结构框架，使工作台具有一定刚度且可使废屑产生的热量快速散发，外围贴合有呢绒板，呢绒板质量轻且可对框架起到保护和支撑作用，同时构成封闭的箱形结构，增加了其刚度。工作台114顶部设有硅胶条提供支撑力，硅胶条具有一定弹性，提高了防震性，使工件或者夹具在进给过程中不易晃动和震动，从而提高了传动精度和加工精度，且拆卸方便，便于维修，硅胶条还起到隔离作用，使温度较高的废屑或者粉尘与滑轨隔开，减小热源对传动精度的影响。钢结构框架结构，重量轻但具有一定刚度，对第一滑轨1122和第二滑轨1124的压力小，机械磨损小，增加了传动精度，且与底座和其他支承件的共振频率相差较大，减小了共振对机床传动精度的影响。进一步，可在钢结构框架添加筋或者隔板从而增强其刚度，且减小铸造过程中的收缩应力，从而延长了使用寿命。

在其中一实施例中，工作台内设置有顶出装置，顶出装置位于工作台中部，顶出装置包括顶杆和接触板，顶杆底端与制动装置连接，顶杆顶端固定有接触板，接触板形状与产品形状相匹配。可根据坩埚的形状从而选择不同的接触板，以实现坩埚的顶出，便于拿放，增加了使用的便利性，避免操机人员触碰机械元件而受伤，提高了安全性。制动装置可以是气动装置，也可以是液压装置，只要实现顶杆的制动即可。

在其中一实施例中，还包括冷却装置，所述冷却装置包括与压力水泵连接的水管，电机主轴连接轴承的外部安装遮水遮尘护罩，在护罩内部均匀分布三根水管，水管对准磨头喷出有压力泵提供的压力水雾，水管可延伸，可随着第二方向滑板129进给，水管一端连接有压力泵，水管为三根，，可朝向平面磨头喷射压力水雾，减小粉尘污染并冷却磨头或刀具。粉尘易进入轴承等运动副的器件里，造成机械磨损，影响传动精度及定位精度，粉尘易对磨头或刀具的磨削或切割造成一定的影响，影响工件的表面粗糙度，冷却装置朝磨头喷射水雾可减小粉尘污染，减小机械磨损，提高传动精度和定位精度，还可以冷却磨头或刀具，防止其长时间高温变形或失效，提高加工精度且延长其使用寿命。

在其中一实施例中，石英坩埚打磨装置还包括防护罩，防护罩套设于底座112，形成一容纳空间，石英坩埚打磨装置主体收容于防护罩内，防护罩包括顶罩和侧罩，顶罩为薄壳钢制构件，顶罩的截面为梯形，在顶罩的两侧开设有通风孔；侧罩为三面围框状的薄板钢制构件，在侧罩的边缘设有可移动的控制安全门，控制安全门采用透明有机玻璃制成，控制安全门通过导轨可导向的开合。防护罩内还设有温度调节装置，可根据季节和气候的不同从而调节防护罩内的温度，从而提高了装置的使用寿命。此外，还在防护罩内设置有放电灯，可使在光线不好或者夜间工作时，可时刻监测加工过程，增加了便利性和安全性。可以理解的是，控制安全门可为气动或者电机驱动，所述控制安全门开设有控制开关，当加工过程中，无法开启，当加工停止时，触碰控制开关，即可开启控制安全门。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种石英坩埚打磨装置，其特征在于，包括：

主运动机构，包括底座和工作台，所述底座两侧相对开设有第一滑轨和第二滑轨，所述第一滑轨截面形状呈矩形，所述第二滑轨截面形状呈V形，所述工作台可滑动地设置于所述第一滑轨和第二滑轨；

进给机构，包括十字拖板机构、第一方向滑轨、第二方向滑轨、第二方向滑板和龙门架，所述第一方向滑轨和第二方向滑轨均为两个，所述龙门架固定安装于所述底座，所述第一方向滑轨固定于所述龙门架，所述十字拖板机构包括第一方向拖板、第二方向拖板，所述第一方向拖板可滑动地设置于所述第一方向滑轨，所述第二方向拖板固定于所述第一方向拖板远离所述第一方向滑轨一侧，所述第二方向滑轨固定安装于所述第二方向拖板，所述第二方向滑板可滑动地设置于所述第二方向滑轨，所述第一方向滑轨远离所述底座的滑轨截面为矩形，所述第一方向滑轨靠近所述底座的滑轨截面形状为燕尾形，所述第二方向滑轨的截面形状均为燕尾形；

磨削机构，包括主轴电机和平面磨头，所述主轴电机安装于所述第二方向滑板，所述主轴电机驱动所述平面磨头；

伺服控制机构，包括伺服驱动器和伺服电机组件，伺服驱动器与所述伺服电机组件连接，所述伺服电机组件通过滚珠丝杠驱动所述工作台、所述第一方向拖板和所述第二方向滑板。

2.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述第一滑轨和第二滑轨开设有导油槽，所述第一方向滑轨和第二方向滑轨均开设有加油孔。

3.根据权利要求2所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述导油槽呈波浪状或网格状。

4.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述第二滑轨截面顶角度数为90度～120度。

5.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述第一方向滑轨靠近所述底座的滑轨和所述第二方向滑轨燕尾夹角为50度～60度。

6.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述第一滑轨、第二滑轨、第一方向滑轨和第二方向滑轨均设有制动装置。

7.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述第一滑轨、第二滑轨、第一方向滑轨和第二方向滑轨表面均贴设有抗磨减震层。

8.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述工作台中空设置，且外围贴合有护板，所述工作台顶部设有支撑件以提供支撑力。

9.根据权利要求1所述的石英坩埚打磨装置，其特征在于，所述工作台内置有顶出装置，所述顶出装置包括顶杆和接触板，所述顶杆底端与制动装置连接，所述顶杆顶端固定有所述接触板，所述接触板形状与产品形状相匹配。

10.根据权利要求1～9任意一项所述石英坩埚打磨装置，其特征在于，还包括防护罩，所述防护罩套设于所述底座，且开设有控制安全门。

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