CN105563246B - 一种数控深孔磨床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数控深孔磨床，包括床身、工件主轴组件、传动组件、中心架、磨杵组件、测量组件和对刀组件；所述工件主轴组件包括固定在工作台上的床头箱和穿过床头箱的工件主轴，所述床头箱上还设有能驱动工件主轴转动的第一电机；所述传动组件包括中心轴和用于夹持固定工件端部的工件定位套，所述中心轴与工件定位套之间通过拨叉和拉紧弹簧连接，所述中心轴由工件主轴驱动；所述中心架固定于工作台上，用于支撑工件；所述磨杵组件和测量组件均固定在主轴箱上。本发明测量过程无需人为操纵，操作简单，加工效率高，有助于提高孔径的一致性，响应迅速，判断准确。

Description

一种数控深孔磨床
技术领域
本发明涉及一种磨削加工设备，具体涉及一种数控深孔磨床。
背景技术
作动筒将输入的液压能转化为机械能的能量转换装置，能做直线往复或者摆线运动的液压执行元件，通过该装置可以控制飞机上各类型控制面或者其他部件运动。作动筒的加工质量直接影响飞机上相关部件的使用性能，一旦作动筒出现泄露甚至卡死等故障，后果将不堪设想，这就要求加工时具有很高的精度。作动筒的活塞内孔必须精确制造，一般内孔尺寸公差和圆度要求在十微米之内，表面粗糙度要求达到亚微米。作动筒内孔的深径比较大，甚至超过10:1，属于典型的难加工深孔。传统的作动筒内孔精加工是在普通内圆磨床上进行磨削，由于磨杆细长，刚性严重不足，加工时，易产生振动、扭曲等问题。砂轮让刀严重，需要重复磨削多次，每次磨削后需要操作者使用内径千分尺进行孔径测量，根据前后孔径变化量和砂轮进给量以及操作者经验，确定砂轮的下一次进给量。深孔磨削和孔径测量交替重复进行，直至内孔达到加工要求。由于每次磨削前需要进行砂轮对刀，对刀的方法是操作者根据磨杆振动和噪音确定砂轮是否接触到工件，当听到接触声音，砂轮往往已经将工件磨削材料几微米去除量。采用传统的内孔磨削方法，孔径尺寸精度、位置精度、孔径一致性及表面粗糙度都难以保证，生产效率低、劳动强度大，对操作者技术要求高，质量不稳定，容易产生废品。
发明内容
本发明针对以上提出的孔径尺寸精度、位置精度、孔径一致性及表面粗糙度都难以保证，生产效率低、劳动强度大，对操作者技术要求高，质量不稳定，容易产生废品的问题，而研究设计一种数控深孔磨床。本发明采用的技术手段如下：
一种数控深孔磨床，包括床身、工件主轴组件、传动组件、中心架、磨杵组件、测量组件和对刀组件；
所述工件主轴组件包括固定在工作台上的床头箱和穿过床头箱的工件主轴，所述床头箱上还设有能驱动工件主轴转动的第一电机；
所述传动组件包括中心轴和用于夹持固定工件端部的工件定位套，所述中心轴与工件定位套之间通过拨叉和拉紧弹簧连接，所述中心轴由工件主轴驱动；
所述中心架固定于工作台上，用于支撑工件；
所述磨杵组件和测量组件均固定在主轴箱上，所述磨杵组件包括砂轮、固定在主轴箱外的支撑管和穿过支撑管并通过轴承固定在支撑管内部的转轴，所述砂轮固定在转轴的一端，转轴的另一端由设置于主轴箱内部的第二电机驱动，所述测量组件包括固定在主轴箱外的空心测量杆和设置于空心测量杆端部的长测针和短测针，所述长测针和短测针的设置方向相反，所述空心测量杆内部设有测针连接线，所述主轴箱设置于桥式横梁上并能沿桥式横梁横向滑动，所述桥式横梁固定在床身上，并能沿床身轴向滑动；
所述床身上设有能驱动工作台轴向运动的轴向进给组件，所述桥式横梁上设有能驱动主轴箱横向运动的横向进给组件，所述床身上设有能读取轴向进给组件的轴向坐标的第一光栅和能读取横向进给组件的横向坐标的第二光栅；
所述对刀组件包括能监测砂轮与工件接触状态的声发射传感器，所述声发射传感器固定在工作台上，所述工作台上还设有用于标定零点位置的基准块。
进一步地，所述中心轴与工件定位套之间设有至少三个拉紧弹簧，所述工件定位套为弹簧夹头或顶丝定位套。
进一步地，所述工作台上设有两个中心架。
进一步地，所述轴向进给组件包括第一溜板、与第一溜板配合的第一丝杠和驱动第一丝杠转动的第一伺服电机，所述工作台固定在第一溜板上，所述横向进给组件包括第二丝杠和驱动第二丝杠转动的第二伺服电机，所述床身上设有第一导轨，所述工作台和桥式横梁均能能沿第一导轨滑动，所述桥式横梁上设有第二导轨，所述主轴箱能沿第二导轨滑动。
进一步地，所述工作台与第一溜板之间通过销轴固定，所述工作台能绕销轴转动。
进一步地，所述工作台上设有砂轮修整器。
进一步地，所述长测针和短测针均为径向水平设置，所述长测针和短测针的角度为180度。
进一步地，所述工件主轴的的端部设有卡盘，所述卡盘对中心轴进行夹持固定。
进一步地，所述支撑管的中心轴与空心测量杆的中心轴在同一水平面上。
与现有技术比较，本发明所述的一种数控深孔磨床具有以下优点：
1、可以精确在位测量孔径、台阶面位置和型腔弧面轮廓，砂轮进给量根据测量值进行计算，测量过程无需人为操纵，操作简单，加工效率高；
2、轴向进给组件和横向进给组件分体设置，进给运动相互独立，有助于提高孔径的一致性；
3、对刀组件能实时准确地检测到砂轮与工件的接触信号，该信号可用于砂轮的自动对刀，也可用于防止恶性碰撞，响应迅速，判断准确。
附图说明
图1是本发明实施例所述的数控深孔磨床的结构示意图。
图2是本发明实施例所述的数控深孔磨床的主视结构示意图。
图3是图2的A-A剖视示意图。
图4是图3的B-B剖视示意图。
图5是本发明实施例的内径测量原理示意图。
图6是本发明实施例的台阶面测量原理示意图。
图7是本发明实施例的型腔弧面测量原理示意图。
图8是本发明实施例所述的砂轮对刀原理示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种数控深孔磨床，包括床身1、工件主轴组件6、传动组件8、中心架47、磨杵组件13、测量组件12和对刀组件9，本实施例中床身1为长方体结构。
所述工件主轴组件6包括固定在工作台4上的床头箱29和穿过床头箱29的工件主轴7，所述床头箱29上还设有能驱动工件主轴7转动的第一电机33，第一电机33上设有主动带轮32，工件主轴7的端部设有从动带轮31，所述主动带轮32和从动带轮31通过传动带配合；
所述传动组件8包括中心轴35和用于夹持固定工件10端部的工件定位套42，所述中心轴35与工件定位套42之间通过拨叉39和拉紧弹簧37连接，所述中心轴35由工件主轴7驱动。本实施例中使用圆周方向均布的三组拉紧弹簧37、主动拉钉36和从动拉钉38，主动拉钉36固定在中心轴35上，从动拉钉38固定在加持工件的工件定位套42上，拉紧弹簧37右端固定在从动拉钉38上，拉紧弹簧37左端固定在主动拉钉36上，拉紧弹簧37的作用是将工件定位套42压紧在限位球41上，限位球41镶嵌在中心轴35右端的凹槽内，只保证工件10轴向定位，而在径向上不限制工件10；工件定位套42的中心孔径比工件10直径稍大，在工件定位套42周向分布的锁紧螺钉43将插入到工件定位套42的中心孔的工件10夹紧，卸工件时旋松锁紧螺钉43移出工件10；拨叉39固定在中心轴35上，传动销40固定在工件定位套42上，拨叉39拨动传动销40，将卡盘34的转动传递到工件10上，驱动工件10同步旋转，工件10由中心架47支撑，本实施例设有两个中心架47。
所述磨杵组件13和测量组件12均固定在主轴箱15上，所述主轴箱15与磨杵组件13和测量组件12对应的位置分别设有磨杆孔57和测杆孔56，所述磨杵组件13包括砂轮52、固定在主轴箱15外的支撑管55和穿过支撑管55并通过轴承53固定在支撑管55内部的转轴54，所述砂轮52固定在转轴54的左端，转轴54的右端穿过磨杆孔57由设置于主轴箱15内部的第二电机59驱动，第二电机59通过联轴器驱动转轴54高速旋转从而带动砂轮52旋转磨削工件10的内孔。所述测量组件12包括固定在主轴箱15外的空心测量杆51和设置于空心测量杆51端部的测头49，所述测头49包括长测针71和短测针72，用于测量工件10孔径、台阶面和型腔弧面，本发明中所述的测针的长短只用于表明两个测针的长度不同，不对长度做具体的限定，设置一长一短两个测针可适用于更多不同形状的测量，防止两个测针之间的相互干扰，所述长测针71和短测针72均为径向设置，所述长测针71和短测针72呈180度水平设置，当长测针71或短测针72接触到工件时，测量组件12输出开关量，所述空心测量杆51内部设有测针连接线50，测针连接线50穿过测杆孔56与控制系统相连，所述支撑管55的中心轴与空心测量杆51的中心轴在同一水平面上，从而保证工件10的中心轴线、空心测量杆51轴线和砂轮的中心轴线位于同一水平线上，测量组件12和磨杆组件13一起随横向进给组件14移动。
上表面有T型槽的工作台4放置在第一溜板3上方，工作台4和第一溜板3中心设有销轴22，工作台4可绕销轴22进行磨削锥角度调整，拧松螺钉28，工作台4可以旋转一定角度，调整角度后，旋紧螺钉28将工作台4固定于第一溜板3上；轴向进给组件5右侧固定有不可变形的挡屑板2。
所述主轴箱15设置于桥式横梁16上并能沿桥式横梁16横向滑动，所述桥式横梁16固定在床身1上，并能沿床身1轴向滑动，本实施例中桥式横梁16为龙门状结构，床身1与桥式横梁16拼接为一体，整体结构为T形布局；
所述床身1上设有能驱动工作台4轴向运动的轴向进给组件5，所述桥式横梁16上设有能驱动主轴箱15横向运动的横向进给组件14，所述床身1上设有能读取轴向进给组件5的轴向坐标的第一光栅27和能读取横向进给组件14的横向坐标的第二光栅60。
所述对刀组件9设置于工件10的下方，包括能监测砂轮52与工件10接触状态的声发射传感器44，所述声发射传感器44通过支架45和支座46固定在工作台上，调节支架45在支座46上的位置，可以调整声发射传感器44与工件10的距离，保证声发射的接收效果。所述工作台4上还设有用于标定零点位置的基准块48。
所述床身1上设有第一导轨21，所述桥式横梁16上设有第二导轨67，所述轴向进给组件5包括第一溜板3、与第一溜板3配合的第一丝杠24、与第一丝杠24配合的第一螺母和驱动第一丝杠24转动的第一伺服电机17，所述第一丝杠24通过联轴器与固定在电机座19上的第一伺服电机17连接，所述工作台4固定于第一溜板3上，第一溜板3下方设有与第一导轨21配合的第一滑块25，第一伺服电机17驱动第一丝杠24转动推动第一溜板3进而推动工作台4，实现轴向进给，轴向进给组件5的轴向坐标由第一光栅27读取。
如图4所示，所述横向进给组件14包括第二丝杠64和驱动第二丝杠64转动的第二伺服电机61，所述工作台4和桥式横梁16均能能沿第一导轨21滑动，所述主轴箱15能沿第二导轨67滑动。所述主轴箱15固定在第二溜板70上，第二溜板70下方设有与第二导轨67配合的第二滑块66，所述第二丝杠64固定在桥式横梁16上，第二丝杠64通过联轴器与第二伺服电机61相连，第二伺服电机61驱动第二丝杠64转动进而驱动第二溜板70沿工件10的径向进行移动，横向进给组件14的横向坐标由固定在床身1上的第二光栅60读取。
所述工作台上设有砂轮修整器11，砂轮修整器11安装在工作台4上，用于修整砂轮52的圆柱面、端面和圆弧面；用于测量校准的基准块48固定在砂轮修整器11上。
如图5所示，本实施例可对工件10进行孔径在位测量，采用长测针71和短测针72进行测量，测量前，先标定长测针71和短测针72的端部之间距离H0，标定方法是：预先在磨床外部测量工件10的内径为D0，然后将工件10安装在中心架47中，控制轴向进给组件5，移动到标定处截面位置，控制横向进给组件14移动，使长测针71接触到工件10孔一侧内表面，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第二光栅60的当前值，然后控制横向进给组件14移动，短测针72接触到工件10孔另一侧内表面，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第二光栅60的当前值，第二光栅60前后两次记录下横向进给组件14移动的距离为X0，标定长测71和短测针72的端部之间距离H0＝D0-X0。
工件10的孔径的测量，可以安排在磨削前，也可以在磨削后，测量时，不需要卸下工件10，工件在深孔磨床的中心架47的支撑下，可在位测量孔径，测量孔径的方法是：控制轴向进给组件5移动到待测孔径横截面位置，控制横向进给组件14移动，使长测针71接触到工件10孔一侧内表面，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第二光栅60的当前值X1，然后控制横向进给组件14移动，短测针72接触到工件10孔另一侧内表面，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第二光栅60的当前值X2，孔径值D＝|X1-X2|+H0；工件转动一定角度，重复测量工件10的孔径，获得待测孔径横截面位置处水平轴截面的一组孔径值D1,D2,…,Dn，工件在待测孔径横截面位置处的孔径为以上数值的平均值，即：(D1+D2+…+Dn)/n。
如图6所示，本实施例可对工件10进行台阶面在位测量，采用短测针72进行测量，测量前，以基准块48的基准面75的轴向位置为零点，先标定工件10的工件基准面74轴向坐标，标定方法是：控制轴向进给组件5移动，使短测针72接触到基准块48的基准面75，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第一光栅27的当前值，令该值为加工坐标零点，然后，控制轴向进给组件5移动，使短测针72接触到工件基准面74，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第一光栅27的当前值Z1，令该值为工件坐标零点。
工件10的台阶面的测量，可以安排在磨削前，也可以在磨削后，测量时，不需要卸下工件10，工件在深孔磨床的中心架47的支撑下，可在位测量台阶面位置，测量台阶面位置的方法是：控制轴向进给组件5移动，使短测针72接触到台阶面73，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第一光栅27的当前值Z2，该水平面内，台阶面73到工件基准面74的距离L＝|Z1-Z2|；工件转动一定角度，重复测量工件10的台阶面73，获得台阶面在水平轴截面的一组数值Z1，Z2,…,Zn，台阶面73到工件基准面74的距离为以上数值的平均值，即：(Z1+Z2+…+Zn)/n。
如图7所示，本实施例可对工件10进行型腔弧面在位测量，包括复杂内表面的起始位置和轮廓形状，采用长测针71和短测针72进行测量，本实施例中以长测针71为例进行说明；工件10的型腔弧面的测量，可以安排在磨削前，也可以在磨削后，测量时，不需要卸下工件10，工件在深孔磨床的中心架47的支撑下，可在位测量型腔弧面轮廓，测量型腔弧面的方法是：控制轴向进给组件5等距离进给，控制横向进给组件14移动，使长测针71接触到型腔弧面76，测头49向控制系统发出开关信号，同时记录第一光栅27的当前值Z1，第二光栅60的当前值X1，然后重复控制轴向进给组件5和横向进给组件14移动，依次记录一系列第二光栅60的当前值Xn和第一光栅27的当前值Zn，将(X1,Z1),(X2,Z2),…,(Xn,Zn)拟合出测量曲线，再根据测头球径值，计算出在水平轴截面内的型腔弧面的轮廓，工件转动一定角度，重复测量工件10的型腔弧面76，获得在水平轴截面内的一组型腔弧面的轮廓。
如图8所示，本实施例采用声发射流体传感器进行砂轮对刀、防碰撞和磨削状态监控，具体方法是：使用磨削液作为声发射传感器44的声传导介质，磨削液经过进水管78流入声发射传感器44，再喷向工件，当砂轮52磨削接触到工件10时，声发射传感器44将信号反馈给控制器79，同时记录第一光栅27的当前值Z，第二光栅60的当前值X，此时对刀位置为(X，Z)；在磨削过程中，磨削状态通过控制器79输出，当砂轮52意外碰撞到工件时，声发射传感器44将异常信号反馈给控制器79，控制系统发送回跳指令至伺服系统，同时控制报警灯和蜂鸣器报警，触摸显示屏上显示报警内容以提醒操作人员。
本发明的工作过程如下：
(1)采用中心架47支撑工件10，采用工件定位套42卡住工件10；
(2)调整中心架47，使工件10的旋转轴线与磨杆55中心线同轴，该过程在采用辅助工装对机床外部调试的过程中实现；
(3)利用测量组件12，依次测量工件10磨削前的孔径、台阶面位置和型腔弧面；
(4)采用砂轮修整组件11修整砂轮52的圆弧面、端面和过渡圆弧面；
(5)采用声发射传感器44进行砂轮52的对刀；
(6)控制轴向进给组件5和横向进给组件14移动，磨削工件10内孔、台阶面和型腔弧面；
(7)磨削完毕后，利用测量组件12，依次测量工件10磨削前的孔径、台阶面位置和型腔弧面；
(8)放松工件定位套42，将工件10从中心架47上取下。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种数控深孔磨床，其特征在于：包括床身、工件主轴组件、传动组件、中心架、磨杆组件、测量组件和对刀组件；
所述工件主轴组件包括固定在工作台上的床头箱和穿过床头箱的工件主轴，所述床头箱上还设有能驱动工件主轴转动的第一电机；
所述传动组件包括中心轴和用于夹持固定工件端部的工件定位套，所述中心轴与工件定位套之间通过拨叉和拉紧弹簧连接，所述中心轴由工件主轴驱动；
所述中心架固定于工作台上，用于支撑工件；
所述磨杆组件和测量组件均固定在主轴箱上，所述磨杆组件包括砂轮、固定在主轴箱外的支撑管和穿过支撑管并通过轴承固定在支撑管内部的转轴，所述砂轮固定在转轴的一端，转轴的另一端由设置于主轴箱内部的第二电机驱动，所述测量组件包括固定在主轴箱外的空心测量杆和设置于空心测量杆端部的长测针和短测针，所述长测针和短测针的设置方向相反，所述空心测量杆内部设有测针连接线，所述主轴箱设置于桥式横梁上并能沿桥式横梁横向滑动，所述桥式横梁固定在床身上，并能沿床身轴向滑动；
所述床身上设有能驱动工作台轴向运动的轴向进给组件，所述桥式横梁上设有能驱动主轴箱横向运动的横向进给组件，所述床身上设有能读取轴向进给组件的轴向坐标的第一光栅和能读取横向进给组件的横向坐标的第二光栅；
所述对刀组件包括能监测砂轮与工件接触状态的声发射传感器，所述声发射传感器固定在工作台上，所述工作台上还设有用于标定零点位置的基准块；
所述中心轴与工件定位套之间设有至少三个拉紧弹簧，所述工件定位套为弹簧夹头或顶丝定位套；
所述工作台上设有两个中心架；
所述工作台与第一溜板之间通过销轴固定，所述工作台能绕销轴转动；
所述工作台上设有砂轮修整器；
所述长测针和短测针均为径向水平设置，所述长测针和短测针的角度为180度；
所述工件主轴的端部设有卡盘，所述卡盘对中心轴进行夹持固定。
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