CN103934745A - 一种高精度半球研磨装置 - Google Patents

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Abstract

一种高精度半球研磨装置，由主轴组件、研磨头组件、研磨组件、压力调节器、传动机构、摆动机构、第一驱动机构、第二驱动机构和基座组成，其中压力调节器安装与研磨头组件连接，实时监测研磨压力；第一驱动机构通过摆动机构和传送机构与研磨头组件相互连接，为其提供往复回转运动；第二驱动机构与主轴组件连接，为其提供旋转运动；通过研磨头组件与主轴组件的相互调节，使得研磨工装与研磨零件表面相互抵靠，并使得研磨头沿两个自由度运动，保证稳定的研磨压力，且该研磨头的轴心通过零件的表面的研磨目标球面的曲率中心。本发明采用机械研磨代替人工研磨的方式，降低了对半球研磨个人技术的要求，提高了零件的加工速度和加工精度。

Description

一种高精度半球研磨装置
技术领域
本发明涉及一种高精度半球研磨装置，尤其适合于自动化、高精度半球研磨加工领域。
背景技术
半球动压马达作为一种气浮动压轴承支撑的马达，以其高可靠性、高稳定性、高精度和轴向、径向等刚度等优点已被美、俄、英等国广泛地应用于机械惯性仪表中。
作为动压马达的核心零件球碗和半球的质量(表面光洁度、五个截面圆度要求达到0.1μ)将直接影响到动压马达的起动、触地摩擦、惯性时间和起停寿命等相关参数，其直接影响到马达性能的好坏，同时影响到陀螺仪表等相关产品的精度，甚至影响到整个平台系统和火箭整体的性能。近几年来，半球马达的球碗和半球加工均采用全手动研磨的方式，这就要求研磨师傅有过硬的技术本领，对于普通工人来说无法达到，而且手工研磨的加工效率相对较低，对批量生产有一定困难。
发明内容
本发明的技术解决问题是：设计了一种高精度半球研磨装置，采用机械研磨代替人工研磨的方式，降低了对半球研磨个人技术的要求，提高了零件的加工速度和加工精度。
本发明的技术解决方案是：
一种高精度半球研磨装置，包括研磨头组件、研磨组件、主轴组件、压力调节器、传动机构、摆动机构、第一驱动机构、第二驱动机构和基座；
第一驱动机构和第二驱动机构均固定在基座内部，摆动机构位于基座侧方，主轴组件穿过基座的顶部并与基座固定连接，第一驱动机构驱动摆动机构做往复回转运动，第二驱动机构驱动主轴组件绕主轴组件的轴线做旋转运动；
传动机构固定在基座顶部上方，传动机构的两端分别与摆动机构和研磨头组件连接，压力调节器一端与传动机构连接，另一端与研磨头组件连接，摆动机构通过传动机构带动压力调节器和研磨头组件做往复回转运动；
研磨组件同轴安装于主轴组件的顶部，且随着主轴组件旋转，研磨头组件和研磨组件相互接触，通过压力调节器调节研磨头组件和研磨组件之间的研磨压力。
所述研磨头组件包括研磨头主支架、销钉固定件、连接件、研磨头控制件、研磨头支架、支架连接件、研磨头部和研磨工装；
连接件通过销钉固定件与研磨头主支架固定连接，且连接件与传动机构的端部连接，研磨头控制件通过研磨头支架固定在研磨头主支架端部，且研磨头控制件可绕着研磨头支架的连接轴转动，研磨头部通过支架连接件与研磨头主支架连接，且研磨头部和支架连接件采用轴孔连接；研磨工装与研磨头部采用轴孔连接。
所述研磨组件包括主轴芯套、研磨件芯轴和研磨零件；
研磨组件的主轴芯套与研磨件芯轴通过轴孔配合，研磨件芯轴与研磨零件通过轴孔锥度配合，将研磨件芯轴与研磨零件连接成一个整体，防止在研磨过程中研磨零件因受力产生任意方向不规则运动。
所述压力调节器包括压力调节杆、调节螺母、调节弹簧、压力传感器、传感器连接电缆和传感器显示模块；
压力调节器通过调节螺母将压力调节杆和研磨头主支架固定连接，通过调整调节螺母调节研磨压力的大小；压力传感器通过调节弹簧获取压力调节杆上的压力值，并将压力值通过传感器连接电缆传给传感器显示模块。
所述传动机构包括前轴承座、后轴承座、轴承端盖、传动轴和传送轴承；前轴承座和后轴承座固定安装在基座上，且前轴承座的轴线与后轴承座的轴线重合，传动机构的轴与研磨头组件连接；前轴承座下部有一个120度的圆弧孔，调节弹簧在圆弧孔内摆动。
所述摆动机构包括下传动件、摆动连接件、上传动件、锁紧螺母和轴连接器；第一驱动机构包括驱动电机和摆动轮；
摆动轮通过过盈压装在驱动电机的驱动轴上，下传动件通过锁紧螺母紧固在摆动轮的偏心位置，驱动电机通过摆动轮使得摆动机构做往复回转运动；
下传动件通过摆动连接件与上传动件连接，上传动件通过轴连接器与传动机构固定连接，从而将摆动机构的往复回转运动传递到研磨头组件；通过调节摆动连接件的长短调整摆动机构做往复回转运动角度的大小。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)设计了一种高精度半球研磨装置，采用机械研磨代替人工研磨的方式，降低了对半球研磨个人技术的要求，提高了零件的加工速度、加工质量。
(2)研磨头组件和主轴组件多个位置可调，降低了操作难度，同时保证了通过研磨头组件与主轴组件的相互调节能够使得研磨头与零件表面相互抵靠，且该研磨头的轴心通过零件的表面的研磨目标球面的曲率中心。
(3)各个转动轴系的回转精度高，保证研磨质量的稳定性；并可通过压力调节器实时调整和监测研磨压力。
(4)同时通过驱动电机分别控制摆动机构和主轴的旋转，提高了重复性切削的概率，保证了研磨半球面的高质量，通过变频器对驱动电机实时控制，保证了研磨速度的可调节性。
附图说明
图1为本发明装置的主视图；
图2为研磨头组件主视图；
图3为研磨组件截面图；
图4为零件研磨组件位置的工作原理图；
图5为主轴组件主视图；
图6为压力调节器主视图；
图7为传动机构结构图，其中图7(a)为前轴承座的侧视图，图7(b)为传动机构主视图(原图中两部分分开画，增加清晰度)；
图8为摆动机构主视图；
图9为第一驱动机构主视图；
图10为第二驱动机构主视图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明的实施进行说明。
本发明给出了一种高精度半球研磨装置，其结构如图1所示，包括研磨头组件1、研磨组件2、主轴组件3、压力调节器4、传动机构5、摆动机构6、第一驱动机构7、第二驱动机构8和基座9；
第一驱动机构7和第二驱动机构8均固定安装在基座9内部，摆动机构6位于基座9侧方，主轴组件3穿过基座9的顶部与基座9固定连接，第一驱动机构7驱动摆动机构6做往复回转运动，第二驱动机构8驱动主轴组件3绕主轴组件3的轴线做旋转运动；
传动机构5固定在基座9顶部，传动机构5的两端分别与摆动机构6和研磨头组件1连接，压力调节器4一端与传动机构5连接，另一端与研磨头组件1连接，摆动机构6通过传动机构5带动压力调节器4和研磨头组件1做往复回转运动；
研磨组件2同轴安装在主轴组件3顶部，且随着主轴组件3旋转，研磨头组件1和研磨组件2相互接触，通过压力调节器4调节研磨头组件1和研磨组件2之间的研磨压力。
研磨头组件1如图2所示，包括研磨头主支架101、销钉固定件102、连接件103、研磨头控制件104、研磨头支架105、支架连接件106、研磨工装107和研磨头部108；
销钉固定件102通过螺钉固定在研磨头主支架101上，连接件103通过销钉固定件102固定在研磨头主支架101的中心位置；研磨头支架105与研磨头主支架101固定安装；研磨头控制件104通过销钉于研磨头支架105连接，且可绕研磨头支架105转动；支架连接件106与研磨头主支架101固定连接；研磨头部107与支架连接件106采用轴孔间隙配合，来实现研磨工装108与研磨组件2在传动机构5轴线方向上的调整；研磨工装108与研磨头部107通过轴孔配合，来实现研磨工装108与研磨组件2在研磨组件2轴线方向上的调整。
研磨组件2如图3所示，包括主轴芯套201、研磨件芯轴202和研磨零件203；
主轴芯套201与研磨件芯轴202通过轴孔配合，来实现研磨组件2与研磨零件203在研磨组件2轴线方向上的调整；研磨件芯轴202与研磨零件203通过轴孔锥度配合将其连接成一个整体，防止在研磨过程中研磨零件203因受力产生任意方向不规则运动。
主轴组件3如图5所示，包括主轴301、主轴皮带轮302、主轴紧固件303和主轴芯套紧固件304；
主轴皮带轮302安装在主轴下测，通过主轴紧固件303来调节其在研磨组件2轴线方向上的位置，并固定在主轴301上，防止第二驱动机构8拖动主轴301转动时产生不规律丢转现象；主轴芯套紧固件304安装在主轴301上方主轴芯套201外侧，用于紧固主轴芯套201，防止主轴301旋转时与主轴芯套201产生不规律丢转现象。
压力调节器4如图6所示，包括压力调节杆401、调节螺母402、调节弹簧403、压力传感器404、传感器连接电缆405和传感器显示模块406；
压力调节器4通过调节螺母402将压力调节杆401与研磨头主支架101固定连接，同时通过调整调节螺母402前后位置来使得研磨头组件1沿销钉固定件102芯轴位置转动，从而调节研磨压力的大小；压力传感器404通过调节弹簧403获取压力调节杆401上的压力值，压力传感器404通过传感器连接电缆405从传感器显示模块406获得驱动电压，同时将压力电压值反馈到显示模块406实时显示出研磨压力值。
传动机构5如图7所示，包括前轴承座501、后轴承座502、轴承端盖503、传动轴504和传送轴承505；
传动轴承505安装在前轴承座501和后轴承座502内，并通过轴承端盖503压紧；传动轴504通过传动轴承505安装在前轴承座501和后轴承座502上，前轴承座501和后轴承座502在基座9上，安装时需保证前轴承座501和后轴承座502的轴芯在同一水平线上,通过连接件103与传动机构的轴504相互连接使得研磨头组件1与传动机构5相互连接；前轴承座501下方有一个120度的圆弧孔，其为保证压力传感器组件4的调节弹簧403穿过，并保证其沿轴承座轴芯摆动不受干涉。
摆动机构6如图8所示，包括下传动件601、摆动连接件602、上传动件603、锁紧螺母604和轴连接器605；
下传动件601通过锁紧螺母604将摆动机构6紧固在第一驱动机构7上，下传动件603通过摆动连接件602与上传动件603相互连接，并通过调节摆动连接件602的长短调整摆动角度的大小，上传动件603通过螺母紧固在轴连接器605上，轴连接器605与传动机构5的传动轴504相互连接，从而将摆动的往复摆动传递到研磨头组件1上。
第一驱动机构7如图9所示，包括驱动电机701和摆动轮702；
摆动轮702通过过盈压装在驱动电机701的驱动轴上，下传动件601通过锁紧螺母604将摆动机构6紧固在摆动轮702的偏心位置，驱动电机701通过摆动轮702使得摆动机构6做往复回转运动。
第二驱动机构8如图10所示，包括驱动电机801、变速器皮带轮802、皮带换向机构803和拖动皮带804；
变速器皮带轮802通过过盈压装在驱动电机801的驱动轴上，拖动皮带804通过皮带换向机构803将驱动电机801沿传动机构5轴线方向的旋转运动转换为主轴301的沿研磨组件2轴线方向旋转运动。
本发明的工作原理是：
通过研磨头组件1与主轴组件3的相互调节，用来保证研磨工装108与研磨零件203表面相互接触，并使得研磨工装108的轴心通过研磨零件203表面研磨目标球面的曲率中心且被研磨零件203表面研磨目标球面的曲率中心通过研磨头组件1的摆动回转中心轴；第二驱动机构8通过拖动皮带804驱动主轴组件3沿主轴组件3的轴线做旋转运动；同时，第一驱动机构7通过摆动机构6、传动机构5与研磨头组件1的相互连接，驱动研磨头组件1绕传动机构5的轴线做一定角度范围内的往复回转运动；研磨工装108通过与研磨零件203表面的相互摩擦力产生旋转运动；从而在研磨工装108与研磨零件203的表面产生A、B、C三个自动度的运动，如图4所示，从而达到高精度半球研磨效果。此时通过安装在研磨头组件1上的压力调节器4实时显示研磨压力的变化，并通过变频器分别控制驱动电机701和驱动电机801的旋转。
研磨头组件1可沿销钉固定件102的轴心旋转，通过调节压力传感器器4前端调节螺母402的前后位置使得研磨头组件1沿销钉固定件102的轴线旋转，从而调节研磨压力的大小；压力调节杆401通过调节弹簧403将压力传送到压力传感器404上；压力传感器404通过传感器连接电缆405从传感器显示模块406获得驱动电压，同时将压力电压值反馈到显示模块406实时显示出研磨压力值。
第一驱动机构7的驱动电机701通过摆动机构6下方的摆动轮702驱动摆动机构6运动，摆动轮702上有一槽22，通过安装在槽上的锁紧螺母604和调节摆动连接件602的长短，从而控制摆动机构6上传动件603沿传动机构5的轴线a’来回往复的角度；上传动件603则通过传动机构5将此往复回转运动传递至研磨头组件1，从而使得研磨头组件1按一定角度往复回转运动。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种高精度半球研磨装置，其特征在于包括研磨头组件(1)、研磨组件(2)、主轴组件(3)、压力调节器(4)、传动机构(5)、摆动机构(6)、第一驱动机构(7)、第二驱动机构(8)和基座(9)；
第一驱动机构(7)和第二驱动机构(8)均固定在基座(9)内部，摆动机构(6)位于基座(9)侧方，主轴组件(3)穿过基座(9)的顶部并与基座(9)固定连接，第一驱动机构(7)驱动摆动机构(6)做往复回转运动，第二驱动机构(8)驱动主轴组件(3)绕主轴组件(3)的轴线做旋转运动；
传动机构(5)固定在基座(9)顶部上方，传动机构(5)的两端分别与摆动机构(6)和研磨头组件(1)连接，压力调节器(4)一端与传动机构(5)连接，另一端与研磨头组件(1)连接，摆动机构(6)通过传动机构(5)带动压力调节器(4)和研磨头组件(1)做往复回转运动；
研磨组件(2)同轴安装于主轴组件(3)的顶部，且随着主轴组件(3)旋转，研磨头组件(1)和研磨组件(2)相互接触，通过压力调节器(4)调节研磨头组件(1)和研磨组件(2)之间的研磨压力。
2.根据权利要求1所述的一种高精度半球研磨装置，其特征在于：所述研磨头组件(1)包括研磨头主支架(101)、销钉固定件(102)、连接件(103)、研磨头控制件(104)、研磨头支架(105)、支架连接件(106)、研磨头部(107)和研磨工装(108)；
连接件(103)通过销钉固定件(102)与研磨头主支架(101)固定连接，且连接件(103)与传动机构(5)的端部连接，研磨头控制件(104)通过研磨头支架(105)固定在研磨头主支架(101)端部，且研磨头控制件(104)可绕着研磨头支架(105)的连接轴转动，研磨头部(107)通过支架连接件(106)与研磨头主支架(101)连接，且研磨头部(107)和支架连接件(106)采用轴孔连接；研磨工装(108)与研磨头部(107)采用轴孔连接。
3.根据权利要求1所述的一种高精度半球研磨装置，其特征在于：所述研磨组件(2)包括主轴芯套(201)、研磨件芯轴(202)和研磨零件(203)；
研磨组件(2)的主轴芯套(201)与研磨件芯轴(202)通过轴孔配合，研磨件芯轴(202)与研磨零件(203)通过轴孔锥度配合，将研磨件芯轴(202)与研磨零件(203)连接成一个整体，防止在研磨过程中研磨零件(203)因受力产生任意方向不规则运动。
4.根据权利要求1所述的一种高精度半球研磨装置，其特征在于：所述压力调节器(4)包括压力调节杆(401)、调节螺母(402)、调节弹簧(403)、压力传感器(404)、传感器连接电缆(405)和传感器显示模块(406)；
压力调节器(4)通过调节螺母(402)将压力调节杆(401)和研磨头主支架(101)固定连接，通过调整调节螺母(402)调节研磨压力的大小；压力传感器(404)通过调节弹簧(403)获取压力调节杆(401)上的压力值，并将压力值通过传感器连接电缆(405)传给传感器显示模块(406)。
5.根据权利要求4所述的一种高精度半球研磨装置，其特征在于：所述传动机构(5)包括前轴承座(501)、后轴承座(502)、轴承端盖(503)、传动轴(504)和传送轴承(505)；前轴承座(501)和后轴承座(502)固定安装在基座(9)上，且前轴承座(501)的轴线与后轴承座(502)的轴线重合，传动机构的轴(504)与研磨头组件(1)连接；前轴承座(501)下部有一个120度的圆弧孔，调节弹簧(403)在圆弧孔内摆动。
6.根据权利要求1所述的一种高精度半球研磨装置，其特征在于：所述摆动机构(6)包括下传动件(601)、摆动连接件(602)、上传动件(603)、锁紧螺母(604)和轴连接器(605)；第一驱动机构(7)包括驱动电机(701)和摆动轮(702)；
摆动轮(702)通过过盈压装在驱动电机(701)的驱动轴上，下传动件(601)通过锁紧螺母(604)紧固在摆动轮(702)的偏心位置，驱动电机(701)通过摆动轮(702)使得摆动机构(6)做往复回转运动；
下传动件(601)通过摆动连接件(602)与上传动件(603)连接，上传动件(603)通过轴连接器(605)与传动机构(5)固定连接，从而将摆动机构(6)的往复回转运动传递到研磨头组件(1)；通过调节摆动连接件(602)的长短调整摆动机构(6)做往复回转运动角度的大小。
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