CN105598757A - 大型曲轴随动磨床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型曲轴随动磨床，包括床身和支承在床身上的头架、尾架、砂轮架及至少一中心架；在床身上设置有头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨，该头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨相互平行设置，在导轨之间设置有磨削液回流通道；所述砂轮架上的砂轮固连在主轴一端，主轴通过静压轴承转动支承在砂轮支座上，在主轴另一端固连有传动带轮，该传动带轮还通过轴承转动支承在砂轮支座上，传动带轮与砂轮驱动电机传动连接；砂轮支座通过进给静压导轨活动支承在拖板上并通过直线电机与拖板传动连接。本发明的大型曲轴随动磨床具有较高的结构刚性，能满足大型曲轴采用随动磨削技术加工对砂轮架等部件运动灵活性及精度与刚性的要求。

Description

大型曲轴随动磨床

技术领域

本发明涉及一种机床，尤其涉及一种大型曲轴磨削加工用的磨床。

背景技术

大型曲轴是多缸式空压机、发动机内的关键部件，其长度超长，重量很重，各连杆颈与主轴颈偏心距公差要求高，作为大型曲轴的精加工工序，大型曲轴的磨削要求很高，与普通小型曲轴的磨削加工机床相比，大型曲轴磨床要求具有足够高的刚性，砂轮架在磨床全长上要求移动方便，且能保证在不同位置时具有位置精度的一致性；而为了更好地保证曲轴连杆颈与主轴颈的磨削要求，提高磨削加工效率，针对偏心轴磨削加工的随动磨削技术在曲轴加工上得到了较多的应用，并且在大型曲轴的加工中随动磨削技术同样有着广泛的应用前景。

随动磨削技术通过控制工件的旋转运动和砂轮的横向进给运动，使砂轮外圆与工件被加工表面轮廓始终相切，从而实现对偏心圆的磨削加工，这就要求砂轮不仅能在磨床全长上移动方便与位置精度的一致性，还要能实现精确、灵敏的横向进给运动，而现有的曲轴磨床尚不能适应采用随动磨削技术加工大型曲轴的磨削要求和整体刚性要求。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种大型曲轴随动磨床，它具有较高的结构刚性，能满足大型曲轴采用随动磨削技术加工对砂轮架运动灵活性及精度与刚性的要求。

为了解决上述技术问题，本发明的一种大型曲轴随动磨床，包括床身、头架、尾架及砂轮架，在所述床身上设置有头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨，该头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨相互平行设置；头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨均由两条导轨组合而成，头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨之间的连接部设置有磨削液回流通道，组成头尾架支承导轨的两条导轨之间的连接部也设置有磨削液回流通道；所述砂轮架包括砂轮和砂轮支座，所述砂轮固连在主轴一端，主轴通过静压轴承转动支承在砂轮支座上，在主轴另一端固连有传动带轮，该传动带轮还通过轴承转动支承在砂轮支座上，传动带轮与砂轮驱动电机传动连接；所述砂轮支座通过进给静压导轨活动支承在拖板上，砂轮支座通过直线电机与拖板传动连接；所述头架和尾架分别安装在头尾架支承导轨两端，在头架和尾架之间的头尾架支承导轨上还至少安装有一中心架；所述砂轮架安装在砂轮架支承导轨上。

在上述结构中，由于在所述床身上设置有头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨，该头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨相互平行设置；则在所述床身上不仅设置有常规的头尾架支承导轨，还专门设置有用于支承砂轮架的砂轮架支承导轨，从而能适应大型曲轴采用随动磨削技术进行磨削加工的磨床结构要求，头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨相互平行设置保证了大型曲轴随动磨床的砂轮架可以方便灵活且精确地移动加工位置来对大型曲轴的各连杆颈和主轴颈进行磨削，并且头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨共同设置于床身上，其整体刚性高，承载能力强，也更便于保证床身的自身精度；且由于头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨均由两条导轨组合而成，头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨之间的连接部设置有磨削液回流通道，组成头尾架支承导轨的两条导轨之间的连接部也设置有磨削液回流通道，则在整体结构的具有头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨两组导轨的床身中可以通过各磨削液回流通道来实现磨削液的正常流转运行，从而保证磨削过程的冷却效果，保证磨削加工精度。

又由于所述砂轮架包括砂轮和砂轮支座，所述砂轮固连在主轴一端，主轴通过静压轴承转动支承在砂轮支座上，在主轴另一端固连有传动带轮，该传动带轮还通过轴承转动支承在砂轮支座上，传动带轮与砂轮驱动电机传动连接，则由静压轴承支承的主轴旋转精度高、承载能力强，能适应大型曲轴磨削的精度要求与刚性要求，且结构紧凑，轴承与主轴液体润滑，摩擦磨损小，能保证砂轮长期稳定地高速运转；为主轴提供旋转动力的传动带轮只为主轴传递扭矩，而传动带轮所受到的传动带的张紧力则通过轴承传递到砂轮支座上，主轴不会承受任何径向力，也就不会产生弯曲挠度，使主轴具有很高的回转精度，且带轮传动结构简单、运转平稳、震动冲击小、成本低。

还由于所述砂轮支座通过进给静压导轨活动支承在拖板上，砂轮支座通过直线电机与拖板传动连接；则由于采用静压导轨支承砂轮支座，支承在砂轮支座上的砂轮在磨削进给过程中运动平稳，摩擦阻力极小，加之砂轮支座通过直线电机与拖板传动连接，更使得砂轮进给运行灵敏、精准，从而能保证砂轮架运动灵活性及精度与刚性的要求。

再由于所述头架和尾架分别安装在头尾架支承导轨两端，在头架和尾架之间的头尾架支承导轨上还至少安装有一中心架；则头架和尾架分别夹持待磨削的大型曲轴的两端，曲轴的中间部位通过至少一中心架来托持支承，可使大型曲轴在磨削加工过程中由于自重或磨削力所产生的挠曲变形降至最低，从而保证大型曲轴在磨削过程中运转平稳，磨削精度高。

更由于所述砂轮架安装在砂轮架支承导轨上，则砂轮架通过专用支承导轨安装，不仅可方便地在整个磨床长度上调节安装位置，而且可以通过砂轮架支承导轨来保证砂轮架在沿磨床长度任意位置上与头架尾架中心连线的相对位置精度从而保证磨床的加工精度。

因此，采用上述技术方案后，可以保证大型曲轴随动磨床具有较高的结构刚性，能满足大型曲轴采用随动磨削技术加工对砂轮架等部件运动灵活性及精度与刚性的要求。

本发明的一种优选实施方式，所述头尾架支承导轨由一条三角形导轨和一条平面导轨组合而成；在所述三角形导轨和平面导轨上设置有T型槽；组成头尾架支承导轨的两条导轨之间的连接部倾斜设置，所述磨削液回流通道处于倾斜设置的连接部的最低处。采用该实施方式，由三角形导轨与平面导轨组合而成的头尾架支承导轨制造方便，磨损后能自动补偿，导向精度高；在三角形导轨和平面导轨上所设置的T型槽可使头架、尾架及中心架等部件与头尾架支承导轨之间位置调节更方便、连接接触更可靠，精度更易保证；并且能保证流淌到组成头尾架支承导轨的两条导轨之间的磨削液能顺利回流。

本发明的另一种优选实施方式，所述砂轮架支承导轨由二条平面导轨组合而成；在所述每一平面导轨的一侧均设置有高于平面导轨面的限位台阶。采用该实施方式，平面导轨加工方便，精度高，可在其上安装直线导轨副，保证砂轮架的运动精度与运动的灵敏度；限位台阶的设置可便于对直线导轨副的直线导轨加以安装定位。

本发明的又一种优选实施方式，在所述头尾架支承导轨与砂轮架支承导轨外侧的床身上沿长度方向设置有凹槽，凹槽内设置有磨削液回流通道；在床身前后两侧面设置有回流出口，该回流出口与各磨削液回流通道通连。采用该实施方式，凹槽及其内的磨削液回流通道的设置能避免磨削液流淌到床身之外，保护工作环境；而回流出口的设置则可使回流到各磨削液回流通道的磨削液通过回流出口与磨削液供给系统通连，保障磨削液的持续供给。

本发明进一步的优选实施方式，所述主轴通过两静压轴承转动支承在砂轮支座上，砂轮支座在两静压轴承之间设置有回油腔。采用该实施方式，采用两静压轴承可保证主轴得到稳定可靠的支承，两静压轴承之间的回油腔可使两静压轴承的油路系统得到简化。

本发明另一进一步的优选实施方式，所述静压轴承与主轴通过圆锥面配合连接，在静压轴承与主轴之间设置有迷宫密封槽，该迷宫密封槽设置于静压轴承的外侧端；在所述静压轴承上设置有与各迷宫密封槽通连的回油孔，该回油孔通过砂轮支座上的回油通道与回油腔通连。采用该实施方式，静压轴承与主轴通过圆锥面配合连接可保证主轴与静压轴承之间的同轴度，使主轴运转稳定，位于静压轴承外侧端的迷宫密封槽的设置可保证静压轴承得到可靠的密封，有效防止了压力油的泄漏；同时静压轴承外侧端渗出的压力油可通过回油孔及回油通道顺利地回流到回油腔内，进一步保证了静压轴承的密封。

本发明又一进一步的优选实施方式，所述传动带轮通过花键副与主轴固连；该花键副包括花键和花键法兰，所述花键设置在主轴轴端，与主轴轴端花键相套接的花键法兰固定安装在传动带轮上；所述传动带轮通过轴承安装在法兰式轴承座上，法兰式轴承座固定安装在砂轮支座上。采用该实施方式，花键副连接传递扭矩大，两连接件之间对中性能好，可保证传动带轮与主轴固连的同轴性与运转的平稳性；传动带轮通过花键法兰与主轴固定连接，结构简单，便于制造加工；传动带轮通过轴承安装在法兰式轴承座上、法兰式轴承座固定安装在砂轮支座上可方便地实现传动带轮与砂轮支座的转动支承安装，结构简洁。

本发明更进一步的优选实施方式，所述进给静压导轨包括一条静压V型导轨和一条静压平面导轨；所述直线电机安装在组合成进给静压导轨的二条导轨之间。采用该实施方式，静压V型导轨和静压平面导轨的静压导轨组合导向精度高，摩擦系数小，能满足砂轮架进给运动灵敏性的要求，直线电机安装在组合成进给静压导轨的二条导轨之间可保证直线电机对砂轮支座驱动作用力的分布合理性，提高砂轮支座进给运动的平稳性。

本发明另一更进一步的优选实施方式，在头架和尾架之间的头尾架支承导轨上安装有三中心架。采用该实施方式，三中心架可满足大型曲轴在磨削加工时在长度方向上的托持支承要求，保证磨削加工的精度。

本发明又一更进一步的优选实施方式，所述砂轮架通过两直线导轨副安装在砂轮架支承导轨上，直线导轨副的滑块安装在砂轮架的拖板底部，直线导轨副的直线导轨安装在砂轮架支承导轨上。采用该实施方式，直线导轨副摩擦阻力小、直线度高，可保证砂轮架运动的灵活性与砂轮架在磨床长度方向上移动的位置精度，从而进一步保证曲轴的磨削加工精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明的大型曲轴随动磨床作进一步的详细说明。

图1是本发明大型曲轴随动磨床一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示结构中床身的结构示意图；

图3是图2所示床身的横剖面示意图；

图4是图1所示结构中砂轮架的结构示意图；

图5是图4所示砂轮架中主轴部位的剖切示意图；

图6是图5所示结构中传动带轮及相邻静压轴承部位的放大示意图。

图中：1－床身底座、2－床身、22－头尾架支承导轨、23－T型槽、24－凹槽、25－砂轮架支承导轨、26－限位台阶、27－回流出口、28－磨削液回流通道、3－尾架、4－直线导轨副、5－砂轮架、51－拖板、52－传动带轮、53－砂轮、54－砂轮驱动电机、55－砂轮支座、56－进给静压导轨、57－直线电机、58－主轴、59－回油腔、510－静压轴承、511－迷宫密封槽、512－法兰式轴承座、513－花键副、514－回油通道、515－回油孔、516－花键法兰、517－花键、6－中心架、7－头架。

具体实施方式

在图1所示的大型曲轴随动磨床中，床身2支承在床身底座1上，在床身2上支承有夹持待磨削的大型曲轴的头架7和尾架3以及托持大型曲轴的三组中心架6，三组中心架6位于头架7和尾架3之间，在床身2上还通过两直线导轨副4支承有砂轮架5。

如图2和图3所示，床身2外形呈长方体形，其横截面为框形，在床身2横截面的框形中部设置有两条加强筋，两条加强筋贯穿设置于床身2长度方向，床身2两侧面分别设置有若干安装固定用螺栓孔，用以与床身底座1固定连接，在床身2上部设置有头尾架支承导轨22，用以支承分别位于两端的头架7、尾架3以及位于头架7和尾架3之间的中心架6，头尾架支承导轨22由一条三角形导轨和一条平面导轨组合而成，在三角形导轨顶面中部和平面导轨的中部设置有沿整个导轨长度方向的T型槽23，头架7和尾架3以及三组中心架6均利用该T型槽23固定安装在头尾架支承导轨22上，组成头尾架支承导轨22的两条导轨之间的连接部上设置有数个磨削液回流通道28，数个磨削液回流通道28沿床身2长度方向分布，该磨削液回流通道28为穿过连接部的圆孔，该组成头尾架支承导轨22的两条导轨之间的连接部倾斜设置，其上的磨削液回流通道28处于倾斜设置的连接部的最低处。

在床身2上部还设置有砂轮架支承导轨25，用以安装支承砂轮架5的直线导轨副4，头尾架支承导轨22与砂轮架支承导轨25相互平行设置，砂轮架支承导轨25由二条平面导轨组合而成，组合成砂轮架支承导轨25的每一平面导轨的一侧均设置有高于平面导轨面的限位台阶26，以便直线导轨副4的定位安装，头尾架支承导轨22与砂轮架支承导轨25之间的连接部也设置有磨削液回流通道28，数个磨削液回流通道28沿床身2长度方向分布，该磨削液回流通道28亦为穿过连接部的圆孔，头尾架支承导轨22与砂轮架支承导轨25之间的连接部同样倾斜设置，其上的磨削液回流通道28处于倾斜设置的连接部的最低处。

在头尾架支承导轨22与砂轮架支承导轨25外侧的床身2上沿长度方向设置有凹槽24，凹槽24内设置有数个磨削液回流通道28，数个磨削液回流通道28沿床身2长度方向分布，该磨削液回流通道28为穿过凹槽24底部的长方形孔。

在床身2前后两侧面设置有数个回流出口27，数个回流出口27沿床身2长度方向分布，该回流出口27为穿过床身2的侧壁的圆形孔，各回流出口27与各磨削液回流通道28通连，工作过程中的磨削液可通过各磨削液回流通道28经管路或经托盘等其它形式的载体从回流出口27流出到磨床的磨削液供给装置中。

如图4所示，砂轮架5包括砂轮53、砂轮支座55及拖板51等构件，砂轮53转动支承在砂轮支座55上，砂轮53通过传动带轮52由砂轮驱动电机54驱动旋转，砂轮驱动电机54安装固定在砂轮支座55上，砂轮支座55通过进给静压导轨56活动支承在拖板51上，进给静压导轨56包括一条静压V型导轨和一条静压平面导轨，砂轮支座55通过直线电机57与拖板51传动连接，直线电机57安装在组合成进给静压导轨56的二条导轨之间。

如图5及图6所示，砂轮53固连在主轴58一端，主轴58通过两静压轴承510转动支承在砂轮支座55上，静压轴承510与主轴58通过圆锥面配合连接，在静压轴承510内腔圆锥面上设置有静压腔，在砂轮支座55与静压轴承510上分别设置有相互通连的进油通道，该进油通道与静压轴承510上的静压腔通连；在静压轴承510与主轴58之间设置有迷宫密封槽511，该迷宫密封槽511设置于静压轴承510的外侧端，在静压轴承510上设置有与各迷宫密封槽511通连的回油孔515，砂轮支座55在两静压轴承510之间设置有回油腔59，静压轴承510上的回油孔515通过砂轮支座55上的回油通道514与回油腔59通连，静压轴承510通过外端的法兰边与砂轮支座55固定连接；在主轴58另一端通过花键副513固连有传动带轮52，花键副513包括花键517和花键法兰516，花键517设置在主轴58轴端，与主轴58轴端花键517相套接的花键法兰516固定安装在传动带轮52外侧端面上；传动带轮52还通过滚动轴承安装在法兰式轴承座512上，法兰式轴承座512通过法兰固定安装在砂轮支座55上，这样，传动带轮52通过轴承转动支承在砂轮支座55上，传动带轮52与砂轮驱动电机54传动连接。

拖板51的底部与直线导轨副4的滑块固定安装连接，直线导轨副4的直线导轨安装在砂轮架支承导轨25上，这样砂轮架5通过直线导轨副安装在床身2上，并可通过丝杠螺母或齿轮齿条等机构由驱动电机驱动方便、灵活、精确地实现沿磨床长度长度方向上的位置移动，以便实现对大型曲轴各连杆颈、主轴颈的磨削。

工作过程中，待磨削的大型曲轴通过头架7、尾架3及中心架6夹持而旋转，由砂轮53对其进行磨削，砂轮53由直线电机57驱动实现磨削时的径向运动，在磨床电控系统的调控下直线电机57以较高的动态响应性与曲轴的旋转运动形成良好的同步联动，使砂轮53外圆表面始终保持与曲轴被磨削表面轮廓相切，从而达到优良的磨削精度。

以上仅列出了本发明的一些具体实施方式，但本发明并不仅限于此，还可以作出较多的改进与变换，如所述中心架6的数量也可以不是三组，而可以是一组或二组或更多；所述头尾架支承导轨22也可以不是由一条三角形导轨和一条平面导轨组合而成，而是可以由二条三角形导轨或二条矩形导轨等组合形式组合而成；所述主轴58也可以不是通过花键副513与传动带轮52固连，而是可以通过平键或双平键来固定连接。如此等等，只要是在本发明基本原理基础上所作出的改进与变换，均应视为落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大型曲轴随动磨床，包括床身（2）、头架（7）、尾架（3）及砂轮架（5），其特征在于：在所述床身（2）上设置有头尾架支承导轨（22）与砂轮架支承导轨（25），该头尾架支承导轨（22）与砂轮架支承导轨（25）相互平行设置；头尾架支承导轨（22）与砂轮架支承导轨（25）均由两条导轨组合而成，头尾架支承导轨（22）与砂轮架支承导轨（25）之间的连接部设置有磨削液回流通道（28），组成头尾架支承导轨（22）的两条导轨之间的连接部也设置有磨削液回流通道（28）；所述砂轮架（5）包括砂轮（53）和砂轮支座（55），所述砂轮（53）固连在主轴（58）一端，主轴（58）通过静压轴承（510）转动支承在砂轮支座（55）上，在主轴（58）另一端固连有传动带轮（52），该传动带轮（52）还通过轴承转动支承在砂轮支座（55）上，传动带轮（52）与砂轮驱动电机（54）传动连接；所述砂轮支座（55）通过进给静压导轨（56）活动支承在拖板（51）上，砂轮支座（55）通过直线电机（57）与拖板（51）传动连接；所述头架（7）和尾架（3）分别安装在头尾架支承导轨（22）两端，在头架（7）和尾架（3）之间的头尾架支承导轨（22）上还至少安装有一中心架（6）；所述砂轮架（5）安装在砂轮架支承导轨（25）上。

2.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述头尾架支承导轨（22）由一条三角形导轨和一条平面导轨组合而成；在所述三角形导轨和平面导轨上设置有T型槽（23）；组成头尾架支承导轨（22）的两条导轨之间的连接部倾斜设置，所述磨削液回流通道（28）处于倾斜设置的连接部的最低处。

3.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述砂轮架支承导轨（25）由二条平面导轨组合而成；在所述每一平面导轨的一侧均设置有高于平面导轨面的限位台阶（26）。

4.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：在所述头尾架支承导轨（22）与砂轮架支承导轨（25）外侧的床身（2）上沿长度方向设置有凹槽（24），凹槽（24）内设置有磨削液回流通道（28）；在床身（2）前后两侧面设置有回流出口（27），该回流出口（27）与各磨削液回流通道（28）通连。

5.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述主轴（58）通过两静压轴承（510）转动支承在砂轮支座（55）上，砂轮支座（55）在两静压轴承（510）之间设置有回油腔（59）。

6.根据权利要求1或5所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述静压轴承（510）与主轴（58）通过圆锥面配合连接，在静压轴承（510）与主轴（58）之间设置有迷宫密封槽（511），该迷宫密封槽（511）设置于静压轴承（510）的外侧端；在所述静压轴承（510）上设置有与各迷宫密封槽（511）通连的回油孔（515），该回油孔（515）通过砂轮支座（55）上的回油通道（514）与回油腔（59）通连。

7.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述传动带轮（52）通过花键副（513）与主轴（58）固连；该花键副（513）包括花键（517）和花键法兰（516），所述花键（517）设置在主轴（58）轴端，与主轴（58）轴端花键（517）相套接的花键法兰（516）固定安装在传动带轮（52）上；所述传动带轮（52）通过轴承安装在法兰式轴承座（512）上，法兰式轴承座（512）固定安装在砂轮支座（55）上。

8.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述进给静压导轨（56）包括一条静压V型导轨和一条静压平面导轨；所述直线电机（57）安装在组合成进给静压导轨（56）的二条导轨之间。

9.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：在头架（7）和尾架（3）之间的头尾架支承导轨（22）上安装有三中心架（6）。

10.根据权利要求1所述的大型曲轴随动磨床，其特征在于：所述砂轮架（5）通过两直线导轨副（4）安装在砂轮架支承导轨（25）上，直线导轨副（4）的滑块安装在砂轮架（5）的拖板（51）底部，直线导轨副（4）的直线导轨安装在砂轮架支承导轨（25）上。