CN103962960A - 金刚石砂轮的自动化修整装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金刚石砂轮的自动化修整装置，主要由工作台，卡盘，筒体组成，卡盘固定在工作台的上顶板下方，卡盘包括相互啮合的小锥齿轮（11）与大锥齿轮（12），大锥齿轮与滑块（15）相连接，在滑块上安装换能器（9）、变幅杆（13）与金刚石笔（14），换能器与超声波发生器相连，滚珠丝杠穿过静支撑板与伺服电机相连，导向轴穿过动支撑板与上筒体、静支撑板相连接，三相异步电机通过主轴与砂轮（23）相连，电路板的一端与接近开关相连，另一端分别与伺服电机和三相异步电机相连。本发明能实现金刚石笔的超声波椭圆振动，提高砂轮的加工效率与加工精度，增强切削系统的刚度与稳定性，且能延长金刚石笔使用寿命，比较适合材质较硬砂轮的修整。

Description

金刚石砂轮的自动化修整装置

技术领域

本发明涉及一种金刚石砂轮的多点超声椭圆振动自动化修整装置，属于机械加工技术领域。

背景技术

目前，国内外常用的砂轮修整方法对于高硬度难加工砂轮来说普遍存在着修整效率低，修整精度低，修整费用高的缺点。此外，对于此类砂轮来说，常用的高效修整方法也各有特点。ELID在线电解修整法虽然可以使其处于实时控制修整阶段，使砂轮获得较高的修整精度，但是加工设备过于庞大，加工成本较高。杯型砂轮修整主要是依靠杯型砂轮自身脱落的磨料来进行修整，所以砂轮修整精度难以直接控制，表面修整质量低。激光砂轮修整则利用激光束对砂轮的局部加热，使其结合剂熔融，气化从而实现外形的修整，不会损伤高硬度难加工砂轮的磨粒，因此砂轮磨粒可以获得一定的修锐效果，但激光砂轮修整的自动控制技术并不完善，此外整套设备价格不菲。单点超声波砂轮修整则是对单个金刚石笔或砂轮施加超声波振动，此类修整装置结构简单，操作简便，但是在该修整过程中金刚石笔由于需要承受较大的切削力与切削热，使其服役期限受到一定的限制。此外，由于单点超声波砂轮修整装置中电机输出轴的刚度较弱，所以使得砂轮最终修整的精度很难满足设计要求。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种金刚石砂轮的多点超声波椭圆振动自动化修整装置，尤其适用于类似密实型金刚石砂轮及陶瓷结合剂金刚石砂轮等超、高硬度砂轮的高效高精度的修整。

本发明为解决上述技术问题所提供的技术方案如下：

一种金刚石砂轮的自动化修整装置，主要由工作台，卡盘，筒体组成，其中：

所述工作台包括上顶板，立板和底板，

所述卡盘固定在上顶板下方，卡盘包括相互啮合的小锥齿轮与大锥齿轮，大锥齿轮与滑块相连接，在滑块上分别安装换能器、变幅杆与金刚石笔，其中换能器与超声波发生器相连，

所述筒体由上、下两个半筒体组成，下筒体安装在底板上，上、下筒体连接处设置静支撑板，下筒体底部设置伺服电机，滚珠丝杠穿过静支撑板与伺服电机相连，滚珠丝杠上端设置方螺母，动支撑板安装在方螺母上，导向轴穿过动支撑板与上筒体、静支撑板相连接，在动支撑板上设置三相异步电机，三相异步电机通过主轴与砂轮相连，所述砂轮在径向上与金刚石笔的端头相对应，在下筒体底部设置电路板，在上筒体内设置接近开关，电路板的一端与接近开关相连，另一端分别与伺服电机和三相异步电机相连。

进一步，所述大锥齿轮大端设置有平面矩形螺纹，滑块上设置平面矩形螺纹，滑块上的平面矩形螺纹螺距与大锥齿轮的平面矩形螺纹螺距相匹配，所述滑块为四个。

进一步，所述变幅杆通过螺栓固定在滑块上，变幅杆前端与后端分别与金刚石笔和换能器相连。

进一步，所述金刚石笔的数量与滑块的数量一致且对称布置，金刚石笔通过螺纹连接方式安装于变幅杆的前端。

进一步，所述换能器通过电缆与超声波发生器相连。

进一步，所述滚珠丝杠为阶梯轴形式。

进一步，在底板与立板连接处及立板与上顶板连接处分别设置加强筋。

再进一步，所述变幅杆为指数型、圆锥型、悬链型或阶梯型。

本发明的有益效果如下：与传统的金刚石砂轮修整方法相比，本发明的特点在于：

1.与砂轮的单点修整方法相比，本发明由四个金刚石笔同时参与切削，砂轮的修整时间缩短为原来的1/4，极大的提高了砂轮的加工效率。此外，在砂轮的修整过程中，由于金刚石笔的对称布置，使得砂轮输出轴所承担的切削力相互抵消，增大了切削系统的刚度与稳定性，提高砂轮的加工精度。

2.本发明另外的一个比较鲜明的特点是采用的超声椭圆振动的辅助加工手段，本发明利用螺纹连接方式，将金刚石笔安装于变幅杆的顶端，并借助换能器的纵弯耦合振动，实现金刚石笔的超声波椭圆振动。与普通超声波砂轮修整方法相比，该方法的金刚石笔与砂轮进行切削的时间较短，两者之间产生的摩擦与切削热得到了有效降低，延长金刚石笔使用寿命。因此，该方法比较适合材质较硬砂轮的修整。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明中卡盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种金刚石砂轮的自动化修整装置，如图1所示，主要由工作台，卡盘，筒体组成，其中：所述工作台包括上顶板1，立板2和底板3。

如图3所示，卡盘固定在上顶板下方，卡盘包括相互啮合的小锥齿轮11与大锥齿轮12，大锥齿轮与滑块15相连接，在滑块上分别安装了换能器9、变幅杆13与金刚石笔14，换能器与超声波发生器相连，所述大锥齿轮大端设置有平面矩形螺纹，滑块15上设置平面矩形螺纹，滑块上的平面矩形螺纹螺距与大锥齿轮的平面矩形螺纹螺距相匹配，所述滑块15为四个，所述变幅杆13通过螺栓固定在滑块上，变幅杆前端与后端分别与金刚石笔14和换能器9相连，所述金刚石笔的数量与滑块的数量一致且对称布置，金刚石笔通过螺纹连接方式安装于变幅杆的前端。

如图1所示，所述筒体由上、下两个半筒体组成，下筒体安装在底板3上，上、下筒体连接处设置静支撑板6，下筒体底部设置伺服电机20，滚珠丝杠19穿过静支撑板与伺服电机相连，滚珠丝杠上端设置方螺母21，动支撑板18安装在方螺母上，导向轴16穿过动支撑板18与上筒体、静支撑板6相连接，在动支撑板上设置三相异步电机17，三相异步电机通过主轴与砂轮23相连，所述砂轮在径向上与四个金刚石笔端头相对应，在下筒体底部设置电路板4，在上筒体内设置接近开关8，电路板4的一端与接近开关相连，另一端分别与伺服电机和三相异步电机相连。

本发明在底板3与立板2连接处及立板2与上顶板1连接处分别设置加强筋，换能器9通过电缆与超声波发生器相连，滚珠丝杠19为阶梯轴形式，变幅杆13为指数型、圆锥型、悬链型或阶梯型。

图1-3中的附图标记说明：1为上顶板，2为立板，3为底板，4为电路板，5为下筒体、6为静支撑板，7为上筒体，8 为接近开关，9为换能器，10为卡盘，11为小锥齿轮，12为大锥齿轮，13为变幅杆，14为金钢石笔，15为滑块，16为导向轴，17为三相异步电机，18为动支撑板，19为滚珠丝杠，20为伺服电机，21为方螺母，22为主轴，23为砂轮。

在一个实施例中，一种金刚石砂轮的自动化修整装置，如图1所示，由工作台，卡盘，筒体三大部分组成。工作台包括上顶板1，立板2，底板3。为了增加装置的刚性，在底板与立板及立板与顶板之间的连接处分别设置加强筋。

卡盘10安装于上顶板下方，卡盘包括小锥齿轮11，大端带有平面矩形螺纹的大锥齿轮12，滑块15，变幅杆13，换能器9，金刚石笔14。其中在大锥齿轮的平面矩形螺纹上设置四个均匀分布的滑块15，变幅杆13通过螺栓固定在滑块上，变幅杆前端与后端分别与金刚石笔14和换能器9直接相连，换能器与超声波发生器通过电缆相连，实现超声波振动，卡盘的具体结构如图3所示。

筒体由上、下两个半筒体组成，上、下筒体连接处设置静支撑板6。下筒体安装在底板上，下筒体底部设置伺服电机20，滚珠丝杆19与伺服电机相连，导向轴16和滚珠丝杠穿过动支撑板18，而动支撑板18则安装在方螺母21上，并通过滚珠丝杠19与导向轴16实现动支撑板18的上下运动。主轴22与三相异步电机17相连，输出端是砂轮23，输入端则是三相异步电机17。三相异步电机17放在动支撑板上，并通过主轴22实现与砂轮23的连接，筒体内具体结构如图2所示。

本发明所述装置通过伏打扳手、小锥齿轮、大锥齿轮以及滑块等零件实现了安装于滑块上的换能器、变幅杆与金刚石笔的径向同步运动。

本发明所述装置中的超声波发生器、纵弯型换能器以及变幅杆等零件能够实现安装于变幅杆前端的金刚石笔进行超声波椭圆振动。其中，变幅杆可以为指数型、圆锥型、悬链型及阶梯型等。

本发明所述装置中的上筒体内设有接近开关8，用于识别动支撑板的上升高度，当动支撑板到达接近开关的感应区域时，接近开关向电路板4中的控制电路发出电信号，并通过控制电路中的循环程序以及电路板中的驱动电路实现砂轮的上下运动。

本发明所述装置所安装的滚珠丝杠19为阶梯轴形式，避免因设备突然断电，动支撑板对静支撑板直接冲击。

具体实施时，根据金刚石砂轮修整要求，首先用伏打扳手旋转小锥齿轮11，从而带动与其啮合的大锥齿轮12旋转，因为大锥齿轮12的平面矩形螺纹螺距相等，所以使得滑块15与金刚石笔14沿径向同步进给到指定位置。其次开启超声波发生器，将超声波电信号传递给换能器9，使换能器9产生压电效应，将电信号转化为纵弯耦合的机械振动，并利用变幅杆13的振幅放大功能，使得安装于变幅杆13前端金刚石笔14产生超声椭圆振动；接着启动三相异步电机17，并通过主轴22带动砂轮23进行高速旋转；随后启动伺服电机20，带动滚珠丝杠19旋转，方螺母21将滚珠丝杠19的回转运动转化为直线运动从而实现动支撑板18和砂轮23的上下往复切削。此外，上筒体内还设有接近开关8，当动支撑板18上升到接近开关8感应区域时，接近开关8通过电缆向电路板4中的控制电路发送电信号指令，并通过控制电路中的循环程序以及电路板4中的驱动电路使得伺服电机20正转与反转，进而实现动支撑板18反复上下运动，从而实现多点超声椭圆振动对超、高硬砂轮修整的目的。

本发明与传统的金刚石砂轮修整方法相比，特点在于：

1.与砂轮的单点修整方法相比，本发明由四个金刚石笔同时参与切削，砂轮的修整时间缩短为原来的1/4，极大的提高了砂轮的加工效率。此外，在砂轮的修整过程中，由于金刚石笔的对称布置，使得砂轮输出轴所承担的切削力相互抵消，增大了切削系统的刚度与稳定性，提高砂轮的加工精度。

2.本发明另外的一个比较鲜明的特点是采用的超声椭圆振动的辅助加工手段，本发明利用螺纹连接方式，将金刚石笔安装于变幅杆的顶端，并借助换能器的纵弯耦合振动，实现金刚石笔的超声波椭圆振动。与普通超声波砂轮修整方法相比，该方法的金刚石笔与砂轮进行切削的时间较短，两者之间产生的摩擦与切削热得到了有效降低，延长金刚石笔使用寿命。因此，该方法比较适合材质较硬砂轮的修整。

本发明保护范围不限于上述实施方式，凡是依据本发明技术原理所作的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，主要由工作台，卡盘，筒体组成，其中：

所述工作台包括上顶板（1），立板（2）和底板（3），

所述卡盘固定在上顶板下方，卡盘包括相互啮合的小锥齿轮（11）与大锥齿轮（12），大锥齿轮与滑块（15）相连接，在滑块上分别安装换能器（9）、变幅杆（13）与金刚石笔（14），其中换能器与超声波发生器相连，

所述筒体由上、下两个半筒体组成，下筒体安装在底板（3）上，上、下筒体连接处设置静支撑板（6），下筒体底部设置伺服电机（20），滚珠丝杠（19）穿过静支撑板与伺服电机相连，滚珠丝杠上端设置方螺母（21），动支撑板（18）安装在方螺母上，导向轴（16）穿过动支撑板（18）与上筒体、静支撑板（6）相连接，在动支撑板上设置三相异步电机（17），三相异步电机通过主轴与砂轮（23）相连，所述砂轮在径向上与金刚石笔的端头相对应，

在下筒体底部设置电路板（4），在上筒体内设置接近开关（8），电路板（4）的一端与接近开关相连，另一端分别与伺服电机和三相异步电机相连。

2.根据权利要求1所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，所述大锥齿轮大端设置有平面矩形螺纹，滑块（15）上设置平面矩形螺纹，滑块上的平面矩形螺纹螺距与大锥齿轮的平面矩形螺纹螺距相匹配，所述滑块（15）为四个。

3.根据权利要求2所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，所述变幅杆（13）通过螺栓固定在滑块上，变幅杆前端与后端分别与金刚石笔（14）和换能器（9）相连。

4.根据权利要求3所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，所述金刚石笔的数量与滑块的数量一致且对称布置，金刚石笔通过螺纹连接方式安装于变幅杆的前端。

5.根据权利要求1-4之一所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，所述换能器（9）通过电缆与超声波发生器相连。

6.根据权利要求1-4之一所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，所述滚珠丝杠（19）为阶梯轴形式。

7.根据权利要求1-4之一所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，在底板（3）与立板（2）连接处及立板（2）与上顶板（1）连接处分别设置加强筋。

8.根据权利要求1-4之一所述的金刚石砂轮的自动化修整装置，其特征在于，所述变幅杆（13）为指数型、圆锥型、悬链型或阶梯型。