CN105729303A - 摆动磨头驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摆动磨头驱动装置。它的特点是包括机壳，该机壳呈一端封闭、一端敞开的圆筒形，且其敞开端有盖板，机壳的封闭端和盖板上均有中心孔。机壳内有主轴，主轴分别穿过机壳封闭端和盖板的中心孔。机壳的内壁上固定有电机定子，机壳内的那段主轴上固定有电机转子。机壳封闭端的外侧固定有支撑座，机壳封闭端外侧的那段主轴通过轴承与该支撑座呈转动配合。盖板对应的主轴一端连接有编码器，编码器通过导线连接有伺服驱动器，伺服驱动器通过导线连接有电源。采用该装置驱动摆动磨头进行超精研加工，设备震动小，角度调整精确，磨削速度高，不会出现爬行、寸动问题，工件的加工精度较高，机构的养护成本较低。

Description

摆动磨头驱动装置

技术领域

本发明涉及一种磨削装置，具体说是用于对轴承支架的内外沟道进行超精研磨削加工的摆动磨头进行驱动的装置，也可适用于轴承其它部件的超精研磨削及高速摆幅运动机构。

背景技术

众所周知，轴承是现代机械设备中的一种重要的零部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。因此，轴承在生产过程中，其内沟道和外沟道都必须经历超精研的加工。以轴承内支架的外沟道加工为例，在进行超精研加工时，需要将超精研磨头设置在外沟道的表面，利用驱动装置驱动磨头沿外沟道横截面的圆弧线来回摆动，同时控制轴承内支架沿轴线转动即可。

如图1所示，传统的摆动磨头驱动机构都是采用曲柄连杆机构，即由电机1带动转盘2转动，使得转盘2上偏心铰接的连杆3带动曲柄盘4小幅摆动，从而带动固定在曲柄盘4上的磨头5摆动，对待加工的工件6进行超精研磨削。该机构由于结构简单，制造成本低，在超精研行业得到广泛使用。

然而，采用该机构驱动摆动磨头进行超精研加工时，存在以下几个问题：

1.由于该机构在运转时属于偏心运动，电机转速越高，磨削机床的震动就越大，对工件的加工精度影响较大；

2.磨头的摆幅角度的调整需要通过调整连杆的长度来实现，该调整过程只能通过角尺测量和操作人员的经验来进行，无法实现精确控制；

3.虽然多数磨削机床的标注磨削速度为1200次/分，但由于偏心运动造成的机械震动，以及高低速切换时所耗费的时间，使得机床实际运行时的磨削速度仅有700~800次/分；

4.该机构的电机驱动需要连接变频器，其低频速度扭矩小，不稳定，磨头摆动时容易出现爬行、寸动问题；

5.该机构长期处于偏心运动状态，其电机运转的负荷及负载阻力都较大，电机内用于支撑转轴的轴承易磨损、发热损坏，影响电机寿命，维修耗时，养护成本较高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种摆动磨头驱动装置，采用该装置驱动摆动磨头进行超精研加工，设备震动小，角度调整精确，磨削速度高，不会出现爬行、寸动问题，工件的加工精度较高，机构的养护成本较低。

为解决上述问题，采取以下技术方案：

本发明的摆动磨头驱动装置的特点是包括机壳，该机壳呈一端封闭、一端敞开的圆筒形，且其敞开端有盖板，机壳的封闭端和盖板上均有中心孔。所述机壳内有主轴，主轴分别穿过机壳封闭端和盖板的中心孔，且主轴与两中心孔间均有间隙。所述机壳的内壁上固定有电机定子，机壳内的那段主轴上固定有电机转子。所述机壳封闭端的外侧固定有支撑座，机壳封闭端外侧的那段主轴通过轴承与该支撑座呈转动配合，支撑座外侧对应的主轴一端用于与摆动磨头或摆动磨头基座相连。所述盖板对应的主轴一端连接有编码器，编码器通过导线连接有伺服驱动器，伺服驱动器通过导线连接有电源。

本发明的进一步改进方案是所述机壳外缠绕有水冷管。采用机壳外缠绕水冷管的结构可以对由主轴、电机转子和电机定子组成的电机部分进行降温，确保电机部分参数稳定，性能良好。

本发明的进一步改进方案是所述主轴为一体结构，位于机壳内的那段主轴上有轴套，所述电机转子固定在该轴套上。一体结构的主轴强度较高，可提高装置运转时的稳定性。

本发明的进一步改进方案是所述主轴为分体结构，其包括套轴和转轴。所述套轴位于机壳内，其一端位于机壳封闭端的中心孔内且两者间有间隙，套轴该端的中心有套孔。所述套轴的另一端一体连接有短轴，该短轴位于盖板的中心孔内且两者间有间隙。所述转轴的一端位于套轴的套孔内，且两者间呈固定连接，转轴的另一端通过轴承与所述支撑座呈转动配合。采用套轴和转轴相连的主轴结构，使得由套轴（主轴的一部分）、电机转子和电机定子组成的电机部分成为一个独立完整的无轴承电机，可便于其在整个驱动装置中的安装与拆卸。

本发明的更进一步改进方案是所述机壳与主轴间或盖板与主轴间有电子刹车装置。采用电子刹车装置可控制主轴在由运转到停止的过程中，不出现超出磨削角度范围的摆动，确保超精研磨削的加工精度。同时，主轴与摆动磨头或磨头支座连接后，其整体的重心通常都会发生偏移，电子刹车装置可在装置静止状态下确保摆动磨头不会出现自由摆动。

采取上述方案，具有以下优点：

本发明的摆动磨头驱动装置包括机壳，机壳的封闭端上和敞开端的盖板上均有中心孔；机壳内有主轴，主轴分别穿过机壳封闭端和盖板的中心孔，且主轴与两中心孔间均有间隙；机壳的内壁上固定有电机定子，机壳内的那段主轴上固定有电机转子；机壳封闭端的外侧固定有支撑座，机壳封闭端外侧的那段主轴通过轴承与该支撑座呈转动配合，支撑座外侧对应的主轴一端用于与摆动磨头或摆动磨头基座相连；盖板外侧的主轴一端连接有编码器，编码器通过导线连接有伺服驱动器，伺服驱动器通过导线连接有电源。使用时，将超精研摆动磨头直接或通过支座固定在支撑座外侧对应的主轴一端，同时在伺服驱动器上预先设置好摆动磨头的摆动值（即磨削角度，也是主轴的转动角度）。之后启动电源，伺服驱动器驱动主轴带动摆动磨头进行超精研磨削作业。主轴在转动时，伺服驱动器能够通过编码器实时检测主轴的位置值，再根据预设值实时修正电机转子转动的位置，同时确保主轴在转动到拐点位置时不出现停顿和过冲现象。由此可知：1.该驱动装置在运转时，主轴和摆动磨头不作偏心运动，几乎不会产生震动，可确保工件的加工精度；2.伺服驱动器可直接设定摆动磨头的摆动值，不需要人为测量，可实现精确控制；3.该驱动装置运转时不产生震动，且伺服驱动器、编码器控制主轴转动，高低速切换时间可降至0，从而可大大提高磨削速度；4.采用伺服驱动器、编码器控制主轴转动，高低频速度对扭矩均无影响，不会出现爬行、寸动问题；5.该驱动装置不作偏心运动，其电机部分运转负荷、负载阻力都较小，且其轴承相对电机部分外置，电机部分及轴承均不易损坏，使用寿命较长，轴承更换耗时短，养护成本较低。

附图说明

图1是传统的摆动磨头驱动机构的结构示意图；

图2是本发明的摆动磨头驱动装置的实施例一的结构示意图；

图3是本发明的摆动磨头驱动装置的实施例二的结构示意图；

图4是本发明的摆动磨头驱动装置使用状态的立体示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图2所示，本发明的摆动磨头驱动装置包括机壳9，该机壳9为圆筒形，其一端封闭、一端敞开，且其敞开端上有盖板10，机壳9的封闭端和盖板10上均有中心孔。所述机壳9内有主轴18，主轴18分别穿过机壳9封闭端和盖板10的中心孔，且主轴18与两中心孔间均有间隙。所述机壳9的内壁上固定有电机定子15，机壳9内的那段主轴18上固定有电机转子16。所述机壳9封闭端的外侧固定有支撑座19，机壳9封闭端外侧的那段主轴18穿过该支撑座19，且主轴18与支撑座19间通过轴承7呈转动配合，支撑座19外侧对应的主轴18一端用于与摆动磨头21或摆动磨头基座20相连，本实施例中主轴18的该端通过摆动磨头基座20与摆动磨头21相连。所述盖板10对应的主轴18一端连接有编码器11，编码器11通过导线连接有伺服驱动器13，伺服驱动器13通过导线连接有电源12。所述机壳9外缠绕有水冷管8。

其中，所述主轴18为一体结构，位于机壳9内的那段主轴18上有轴套17，所述电机转子16固定在该轴套17上。

所述机壳9与主轴18间或盖板10与主轴18间有电子刹车装置14。本实施例的电子刹车装置14设置在盖板10与主轴18之间。

实施例二

如图3所示，本发明的摆动磨头驱动装置包括机壳9，该机壳9为圆筒形，其一端封闭、一端敞开，且其敞开端上有盖板10，机壳9的封闭端和盖板10上均有中心孔。所述机壳9内有主轴18，主轴18分别穿过机壳9封闭端和盖板10的中心孔，且主轴18与两中心孔间均有间隙。所述机壳9的内壁上固定有电机定子15，机壳9内的那段主轴18上固定有电机转子16。所述机壳9封闭端的外侧固定有支撑座19，机壳9封闭端外侧的那段主轴18穿过该支撑座19，且主轴18与支撑座19间通过轴承7呈转动配合，支撑座19外侧对应的主轴18一端用于与摆动磨头21或摆动磨头基座20相连，本实施例中主轴18的该端通过摆动磨头基座20与摆动磨头21相连。所述盖板10对应的主轴18一端连接有编码器11，编码器11通过导线连接有伺服驱动器13，伺服驱动器13通过导线连接有电源12。所述机壳9外缠绕有水冷管8。

其中，所述主轴18为分体结构，其包括套轴1801和转轴1802。所述套轴1801位于机壳9内，其一端位于机壳9封闭端的中心孔内且两者间有间隙，套轴1801该端的中心有套孔。所述套轴1801的另一端一体连接有短轴1803，该短轴1803位于盖板10的中心孔内且两者间有间隙。所述电机转子16固定在所述套轴1801的外周。所述转轴1802的一端位于套轴1801的套孔内，且两者间呈固定连接，转轴1802的另一端通过轴承7与所述支撑座19呈转动配合。

所述机壳9与套轴1801（主轴18的一部分）间或盖板10与短轴1803（主轴18的一部分）间有电子刹车装置14。本实施例的电子刹车装置14设置在盖板10与短轴1803（主轴18的一部分）之间。

上述两个实施例的外部构造相同，它们的使用状态均如图4所示。

使用时，将超精研摆动磨头21直接或通过摆动磨头基座20固定在支撑座19外侧对应的主轴18一端，同时在伺服驱动器13上预先设置好摆动磨头21的摆动值（即磨削角度，也是主轴18的转动角度）。之后启动电源12，伺服驱动器13驱动主轴18带动摆动磨头21来回摆动，摆动磨头21的先端就可对工件6进行超精研磨削作业。

该驱动装置在运行时，伺服驱动器13能够通过编码器11实时检测主轴18转动的位置值，再根据预设值实时修正电机转子16转动的位置，同时确保主轴18在转动到拐点位置时不出现停顿和过冲现象。

本发明的摆动磨头驱动装置与如图1所示传统的摆动磨头驱动机构相比，具有以下优点：

1.本发明的摆动磨头驱动装置在运转时，主轴18和摆动磨头都是做特定角度范围内的来回旋转，其旋转的中心即为主轴18的中心，该动作不属于偏心运动，运转时几乎不会产生震动，能够确保工件的加工精度；

2.本发明的摆动磨头驱动装置中，摆动磨头的摆动值可直接通过伺服驱动器13设定，不需要通过角尺测量或人为凭经验来确定，可实现数字化精确控制；

3.本发明的摆动磨头驱动装置在运转时不产生震动，且伺服驱动器13通过编码器11控制主轴18转动可使高低速切换的时间降至0，从而可大大提高磨削机床运行时的磨削速度，实测其最高磨削速度可达到1500次/分；

4.本发明的摆动磨头驱动装置采用伺服驱动器13、编码器11控制主轴18转动，其高低频速度对扭矩均无影响，不会出现爬行、寸动问题，可始终保持高扭矩的大切削状态；

5.本发明的摆动磨头驱动装置的运转不属于偏心运动，由主轴18、电机转子16和电机定子15组成的电机部分运转负荷、负载阻力都较小，且该装置相对于电机部分采用轴承7外置的结构，电机部分及轴承7均不易损坏，使用寿命较长，轴承7更换耗时短，养护成本较低。

Claims (5)

1.摆动磨头驱动装置，其特征在于包括机壳（9），该机壳（9）呈一端封闭、一端敞开的圆筒形，且其敞开端有盖板（10），机壳（9）的封闭端和盖板（10）上均有中心孔；所述机壳（9）内有主轴（18），主轴（18）分别穿过机壳（9）封闭端和盖板（10）的中心孔，且主轴（18）与两中心孔间均有间隙；所述机壳（9）的内壁上固定有电机定子（15），机壳（9）内的那段主轴（18）上固定有电机转子（16）；所述机壳（9）封闭端的外侧固定有支撑座（19），机壳（9）封闭端外侧的那段主轴（18）通过轴承（7）与该支撑座（19）呈转动配合，支撑座（19）外侧对应的主轴（18）一端用于与摆动磨头或摆动磨头基座相连；所述盖板（10）对应的主轴（18）一端连接有编码器（11），编码器（11）通过导线连接有伺服驱动器（13），伺服驱动器（13）通过导线连接有电源（12）。

2.如权利要求1所述的摆动磨头驱动装置，其特征在于所述机壳（9）外缠绕有水冷管（8）。

3.如权利要求1所述的摆动磨头驱动装置，其特征在于所述主轴（18）为一体结构，位于机壳（9）内的那段主轴（18）上有轴套（17），所述电机转子（16）固定在该轴套（17）上。

4.如权利要求1所述的摆动磨头驱动装置，其特征在于所述主轴（18）为分体结构，其包括套轴（1801）和转轴（1802）；所述套轴（1801）位于机壳（9）内，其一端位于机壳（9）封闭端的中心孔内且两者间有间隙，套轴（1801）该端的中心有套孔；所述套轴（1801）的另一端一体连接有短轴（1803），该短轴（1803）位于盖板（10）的中心孔内且两者间有间隙；所述转轴（1802）的一端位于套轴（1801）的套孔内，且两者间呈固定连接，转轴（1802）的另一端通过轴承（7）与所述支撑座（19）呈转动配合。

5.如权利要求1至4中任一项所述的摆动磨头驱动装置，其特征在于所述机壳（9）与主轴（18）间或盖板（10）与主轴（18）间有电子刹车装置（14）。