CN105817968B - 砂轮修整及光学元件磨边机 - Google Patents

砂轮修整及光学元件磨边机 Download PDF

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Abstract

砂轮修整及光学元件磨边机，涉及修整机。设有摆臂摆动模块、回转四方架模块、光学元件回转模块、机床底座、数控系统；所述摆臂摆动模块设有摆臂摆动模块底座、摆臂电机、摆臂滑台、摆臂、十字滑台组件、X向丝杆、Y向丝杆、X向导轨副、Y向导轨副、Z向导轨副、X向伺服电机、Y向伺服电机、杯形砂轮电机底座、杯形砂轮电机、杯形砂轮、杯形砂轮联轴器、摆臂联轴器；所述回转四方架模块设有回转四方架、金刚石砂轮电机、金刚石砂轮、金刚石砂轮联轴器、支撑组件；所述光学元件回转模块设有光学元件回转台底座、回转伺服电机、回转矩台、蜗轮、蜗杆、轴承、蜗杆联轴器。提高机床的利用率，改善机床加工性能，集砂轮修整与光学元件磨边于一体。

Description

砂轮修整及光学元件磨边机
技术领域
本发明涉及修整机，尤其是涉及一种砂轮修整及光学元件磨边机。
背景技术
砂轮的精密磨削对砂轮的面型要求极高，尤其是在精密光学元件的磨削当中。面型砂轮磨削面通常为弧面，在加工过程中不可避免的会产生砂轮的不均匀磨损，使得加工砂轮截面弧形的不均匀复印在所加工工件的表面上，因此砂轮的修整必不可少。而传统砂轮修整通常采用在位修整方式，如单点金刚石车削、在线电解磨削(ELID)等，这些技术在一定层面上具有其优点，但同样具有局限性，例如占据机床使用时间、修整效果不佳、效率低、产生机床腐蚀等缺点。
杯形砂轮修整法最先由日本东北大学庄司克雄应用于面型砂轮修整,并取得一定成果，杯形砂轮修整法利用杯形砂轮的摆动，使其磨削面包络出一个所需要的面型砂轮截面形状。杯形砂轮修整机理与普通传统修整的差别在于，由于杯形砂轮磨粒的硬度低于金刚石,砂轮颗粒脱落,在压力下对金刚石颗粒及其结合剂进行冲击与研磨,使金刚石砂轮表层结合剂破碎,已磨损金刚石颗粒脱落,露出新的锋利的金刚石颗粒,完成研磨过程。一般情况下，砂轮修整效率与杯形砂轮磨粒粒度有关，粒度越大，修整效率越高，同时也会带来杯形砂轮磨损过快，修整所得砂轮表面粗糙度过大、磨削力上升等问题。
磨削是目前加工陶瓷、玻璃、硅衬底等硬脆性材料的极其重要的加工方法，已有一套较成熟的磨削理论体系。杯形砂轮作为一种较新的砂轮磨削手段，其优秀的修整及磨削性能被广泛认可。
对于其他修整方法的局限性，提出一种集离线砂轮修整与光学元件磨削于一体的机床，借鉴在位砂轮修整的方式，节约了修整砂轮所占用的机床时间，同时不用于砂轮修整的机床时间可用于光学元件的磨边，实现了机床利用率的最大化，同时保证了机床加工性能。
发明内容
本发明的目的在于可提高机床的利用率，改善机床加工性能，集砂轮修整与光学元件磨边于一体的一种砂轮修整及光学元件磨边机。
本发明设有摆臂摆动模块、回转四方架模块、光学元件回转模块、机床底座、数控系统；
所述摆臂摆动模块设有摆臂摆动模块底座、摆臂电机、摆臂滑台、摆臂、十字滑台组件、X向丝杆、Y向丝杆、X向导轨副、Y向导轨副、Z向导轨副、X向伺服电机、Y向伺服电机、杯形砂轮电机底座、杯形砂轮电机、杯形砂轮、杯形砂轮联轴器、摆臂联轴器；
所述回转四方架模块设有回转四方架、金刚石砂轮电机、金刚石砂轮、金刚石砂轮联轴器、支撑组件；
所述光学元件回转模块设有光学元件回转台底座、回转伺服电机、回转矩台、蜗轮、蜗杆、轴承、蜗杆联轴器；
所述摆臂摆动模块底座通过X向丝杆、X向导轨副与机床底座联接；X向丝杠与X向伺服电机联接，X向伺服电机驱动X向丝杆转动并带动摆臂摆动模块底座产生X向进给；摆臂滑台通过Y向丝杆、Y向导轨副与摆臂摆动模块底座联接；Y向丝杆与Y向伺服电机联接，Y向伺服电机驱动Y向丝杆转动并带动摆臂滑台产生Y向进给；摆臂电机的主轴通过轴承与摆臂滑台联接，摆臂电机的往返运动驱动摆臂来回摆动，摆臂电机摆动时摆臂滑台不动；摆臂与摆臂电机的主轴通过摆臂联轴器联接，采用过盈配合；十字滑台组件与摆臂、杯形砂轮电机底座联接；杯形砂轮电机与杯形砂轮电机底座联接；杯形砂轮电机的主轴与杯形砂轮电机底座通过轴承联接，允许杯形砂轮电机做定轴转动；杯形砂轮与杯形砂轮电机由杯形砂轮联轴器联接，并采用过盈配合，在杯形砂轮电机驱动下带动杯形砂轮绕杯形砂轮电机轴转动；
所述回转四方架通过螺栓固定在机床底座上；金刚石砂轮电机固定在回转四方架上，可由回转四方架的分度运动将金刚石砂轮电机转离加工位；金刚石砂轮电机的主轴通过轴承与支撑组件联接，金刚石砂轮电机的主轴转动时支撑组件不动；金刚石砂轮通过金刚石砂轮联轴器与金刚石砂轮电机联接，金刚石砂轮在金刚石砂轮电机的驱动下绕金刚石砂轮电机轴转动。
所述光学元件回转台底座与机床底座分别设有凹凸状燕尾型导轨，并采用过盈配合将光学元件回转台底座固定于机床底座上；回转伺服电机的主轴通过蜗杆联轴器与蜗杆联接，由数控系统控制回转伺服电机带动蜗杆转动；回转矩台通过轴承与光学元件回转台底座联接，通过蜗轮蜗杆传动驱动回转矩台绕蜗轮轴分度运动。
所述摆臂滑台可由丝杆的转动控制摆臂相对机床底座位置，可满足不同半径的砂轮修整，允许砂轮半径为250～350mm；通过摆臂上十字滑台的调整，可改变杯形砂轮磨削面包络面的投影半径，从而匹配各种金刚石砂轮截面弧形半径。
本发明的传动方式包括丝杆传动、蜗轮蜗杆传动、联轴器传动方式。在修整砂轮过程中，将杯形砂轮、金刚石砂轮的转速调至低速状态，通过对摆臂滑台、十字滑台的不断修正，使杯形砂轮切削面的包络面为准确的、所需的包络面。砂轮修整工序可分解为砂轮各自的转动、摆臂的摆动、丝杆的进给这三个动作的协作完成。
在非砂轮修整工序中，将回转四方架转过一定角度，使金刚石砂轮电机转离加工位，此时机床可用作光学元件磨边机，此时摆臂固定在一定角度，使杯形砂轮磨削面与光学元件边缘面平行，通过摆臂滑台Y向进给及摆臂摆动模块底座X向进给调整，完成光学元件的磨边功能。
本发明的结构遵从模块化设计的思想，在一些模块不用的情况下可将该模块卸下，避免了加工过程干涉的发生，机床满足加工行程的同时使机床结构紧凑。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明实施例的摆臂摆动模块结构组成局部剖视图及其放大图。
图3为本发明实施例的回转四方架模块结构组成及局部剖视图及其放大图。
图4为本发明实施例的光学元件回转模块剖视图。
图5为本发明实施例中砂轮修整运动原理图。
图6为本发明实施例中许用金刚石砂轮尺寸示意图。
图7为本发明实施例中许用光学元件尺寸示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1～7，本发明实施例设有摆臂摆动模块、回转四方架模块、光学元件回转模块、机床底座、数控系统。
所述摆臂摆动模块设有摆臂摆动模块底座30、摆臂电机27、摆臂滑台29、摆臂25、十字滑台组件16、X向丝杆2、Y向丝杆33、X向导轨副1、Y向导轨副31、Z向导轨副14、X向伺服电机3、Y向伺服电机32、杯形砂轮电机底座11、杯形砂轮电机12、杯形砂轮13、杯形砂轮联轴器、摆臂联轴器。
所述回转四方架模块设有回转四方架35、金刚石砂轮电机4、金刚石砂轮8、金刚石砂轮联轴器、支撑组件5。
所述光学元件回转模块设有光学元件回转台底座21、回转伺服电机20、回转矩台19、蜗轮22、蜗杆23、轴承、蜗杆联轴器24。
所述摆臂摆动模块底座30通过X向丝杆2、X向导轨副1与机床底座34联接；X向丝杠2与X向伺服电机3联接，X向伺服电机3驱动X向丝杆2转动并带动摆臂摆动模块底座30产生X向进给(标记为28)；摆臂滑台29通过Y向丝杆33、Y向导轨副31与摆臂摆动模块底座30联接；Y向丝杆33与Y向伺服电机32联接，Y向伺服电机32驱动Y向丝杆33转动并带动摆臂滑台29产生Y向进给(标记为9)；摆臂电机27的主轴通过轴承与摆臂滑台29联接，摆臂电机27的往返运动驱动摆臂25来回摆动(标记为26)，摆臂电机27摆动时摆臂滑台29不动；摆臂25与摆臂电机27的主轴通过摆臂联轴器联接，采用过盈配合；十字滑台组件16与摆臂25、杯形砂轮电机底座11联接；杯形砂轮电机12与杯形砂轮电机底座11联接；杯形砂轮电机12的主轴与杯形砂轮电机底座11通过轴承联接，允许杯形砂轮电机12做定轴转动；杯形砂轮13与杯形砂轮电机12由杯形砂轮联轴器联接，并采用过盈配合，在杯形砂轮电机12驱动下带动杯形砂轮13绕杯形砂轮电机轴转动(标记为10)。
所述回转四方架35通过螺栓固定在机床底座34上；金刚石砂轮电机4固定在回转四方架35上，可由回转四方架35的分度运动(标记为6)将金刚石砂轮电机4转离加工位；金刚石砂轮电机4的主轴通过轴承与支撑组件5联接，金刚石砂轮电机4的主轴转动时支撑组件5不动；金刚石砂轮8通过金刚石砂轮联轴器与金刚石砂轮电机4联接，金刚石砂轮8在金刚石砂轮电机4的驱动下绕金刚石砂轮电机轴转动(标记为7)。
所述光学元件回转台底座21与机床底座34分别设有凹凸状燕尾型导轨，并采用过盈配合将光学元件回转台底座21固定于机床底座34上；回转伺服电机20的主轴通过蜗杆联轴器24与蜗杆23联接，由数控系统控制回转伺服电机20带动蜗杆23转动；回转矩台19通过轴承与光学元件回转台底座21联接，通过蜗轮22与蜗杆23传动驱动回转矩台19绕蜗轮轴分度运动(标记为18)。
所述摆臂滑台29可由丝杆的转动控制摆臂25相对机床底座34位置，满足不同半径的砂轮修整，允许砂轮半径为250～350mm；通过摆臂25上的十字滑台组件16的调整，可改变杯形砂轮磨削面包络面的投影半径，从而匹配各种金刚石砂轮截面弧形半径。
所述摆臂摆动模块底座30由X向导轨副1与机床底座34联接，并由X向伺服电机3驱动X向丝杆2转动带动摆动模块底座30作X向进给(标记为28)；摆臂滑台29由Y向导轨副31与摆动模块底座30联接，并由Y向伺服电机32驱动Y向丝杆33转动带动摆臂滑台29作Y向进给(标记为9)；摆动电机27通过轴承与摆臂滑台29联接，摆动电机27摆动过程中摆臂滑台29不移动；摆臂25通过摆臂联轴器与摆动电机27联接，采用过盈配合，由摆动电机27的摆动驱动摆臂25往返摆动(标记为26)；十字滑台组件16通过Z向导轨副14、十字滑台内置丝杆与摆臂25联接；杯形砂轮电机12用圆柱内六角螺栓固定在杯形砂轮电机底座11上，并由十字滑台组件16的Z向进给(标记为17)、V向进给(标记为15)带动杯形砂轮电机做Z向移动、V向移动；杯形砂轮电机12主轴由杯形砂轮联轴器与杯形砂轮13联接，并由杯形砂轮电机12带动杯形砂轮13转动(标记为10)。
回转四方架35由螺栓固定在机床底座34上；金刚石砂轮电机4用圆柱内六角螺栓固定在回转四方架35上，当装置作用于非修正工序时，可由回转四方架分度运动(标记为6)将金刚石砂轮电机4转离加工位；金刚石砂轮8由金刚石砂轮联轴器与金刚石砂轮电机4联接，并由金刚石砂轮电机4带动金刚石砂轮8转动(标记为7)。
光学元件回转台底座21与机床底座34分别设有凹凸燕尾型导轨，并采用过盈配合将光学元件回转台底座21固定在机床底座34上，回转伺服电机20主轴通过蜗杆联轴器24与蜗杆23联接，由数控系统控制回转伺服电机20带动蜗杆23转动；回转矩台19通过轴承与光学元件回转台底座21联接，并由蜗轮蜗杆传动驱动回转矩台19产生轴分度运动(标记为18)。
图5给出本发明修整金刚石砂轮的运动原理图，本发明的传动方式包括连接器传动，丝杆螺母传动，蜗轮蜗杆传动。其金刚石砂轮修整工序中包含杯形砂轮绕轴转动、金刚石砂轮绕轴转动、摆臂绕轴摆动，以及X向进给、Y向进给、Z向进给、V向进给运动。通过多杯形砂轮位置的调整，以及摆臂的往返摆动，使杯形砂轮切削作用面包络出一个满足金刚石砂轮截面弧形半径的圆柱面；修整过程中，对V向施加微量进给，使杯形砂轮与金刚石砂轮接触面行程一定压力，并由杯形砂轮与金刚石砂轮的相对运动，使杯形砂轮磨粒脱落，冲击金刚石砂轮结合剂桥，露出崭新的、锋利的磨粒，从而完成修整工作。
本发明摆臂滑台的位置调整能保证摆臂摆动轴线与金刚石砂轮截面弧形圆心处于同一条直线上；杯十字滑台结构能保证杯形砂轮摆动的半径等于面型砂轮截面弧形半径；具备了上述两个条件，杯形砂轮磨削面形成的包络面可与面型砂轮截面弧形处于同一圆柱面上，保证了修整过程的有效、快速进行。
砂轮修整及光学元件磨边步骤如下：
针对金刚石砂轮修整工序，首先降低杯形砂轮及金刚石砂轮转速并由X向进给使杯形砂轮轴线移至金刚石砂轮径向对称面处；由Y向进给使摆臂摆动轴线与金刚石砂轮截面弧形圆心处于接近直线上；摆动电机开始工作并使由V向进给使杯形砂轮磨削包络面尽量贴合金刚石砂轮弧面；提高杯形砂轮及金刚石砂轮转速并驱动摆臂滑台做微量Y向进给，使金刚石砂轮及杯形砂轮接触面产生一定压力，由杯形砂轮、金刚石砂轮相对转动完成磨削。
光学元件磨边工序，由回转四方架将金刚石砂轮电机转离加工位，将光学元件固定在回转台上，将杯形砂轮转速调至较低转速并通过摆臂滑台Y向进给使杯形砂轮贴近光学元件边缘；将杯形砂轮转速调至工作转速，摆臂摆动模块的整体移动带动杯形砂轮往返运动进行磨削；最后由蜗轮蜗杆完成分度动作并重复前一步骤，直至完成对光学元件四个边线的磨边工序。
所述金刚石砂轮电机主轴与支撑组件采用轴承联接，金刚石砂轮电机转动时支撑组件不动；金刚石砂轮电机主轴通过联轴器与金刚石砂轮联接，在金刚石砂轮电机驱动下，金刚石砂轮绕金刚石砂轮电机轴转动；金刚石砂轮电机固定于回转四方架上，由回转四方架的分度运动将金刚石砂轮电机转至(转离)加工位。
所述回转台底座与机床底座分别加工出凹凸状的燕尾型导轨结构，并采用过盈配合将回转台底座固定于机床底座上；所述光学元件回转台底座上设有回转伺服电机，其主轴通过蜗杆联轴器与蜗杆联接，采用过盈配合，通过蜗轮蜗杆传动驱动回转矩台与蜗轮产生同轴转动。
本发明采用卧轴矩台结构，设置修整功能及磨边功能，金刚石砂轮侧面圆弧包络修整，光学元件平放工作台上，可保证机床结构紧凑。
本发明采用杯形砂轮加工，杯形砂轮直径75～150mm，对应可修整金刚石砂轮直径250～350mm，可实现400～500mm光学元件磨边加工。
本发明设置了回转四方架结构，在非修正工序中，可加工金刚石砂轮及其电机转离加工位，保证光学元件磨边加工行程的同时使机床结构紧凑。

Claims (2)

1.砂轮修整及光学元件磨边机，其特征在于设有摆臂摆动模块、回转四方架模块、光学元件回转模块、机床底座、数控系统；
所述摆臂摆动模块设有摆臂摆动模块底座、摆臂电机、摆臂滑台、摆臂、十字滑台组件、X向丝杆、Y向丝杆、X向导轨副、Y向导轨副、Z向导轨副、X向伺服电机、Y向伺服电机、杯形砂轮电机底座、杯形砂轮电机、杯形砂轮、杯形砂轮联轴器、摆臂联轴器；
所述回转四方架模块设有回转四方架、金刚石砂轮电机、金刚石砂轮、金刚石砂轮联轴器、支撑组件；
所述光学元件回转模块设有光学元件回转台底座、回转伺服电机、回转矩台、蜗轮、蜗杆、轴承、蜗杆联轴器；
所述摆臂摆动模块底座通过X向丝杆、X向导轨副与机床底座联接；X向丝杠与X向伺服电机联接，X向伺服电机驱动X向丝杆转动并带动摆臂摆动模块底座产生X向进给；摆臂滑台通过Y向丝杆、Y向导轨副与摆臂摆动模块底座联接；Y向丝杆与Y向伺服电机联接，Y向伺服电机驱动Y向丝杆转动并带动摆臂滑台产生Y向进给；摆臂电机的主轴通过轴承与摆臂滑台联接，摆臂电机的往返运动驱动摆臂来回摆动，摆臂电机摆动时摆臂滑台不动；摆臂与摆臂电机的主轴通过摆臂联轴器联接，采用过盈配合；十字滑台组件与摆臂、杯形砂轮电机底座联接；杯形砂轮电机与杯形砂轮电机底座联接；杯形砂轮电机的主轴与杯形砂轮电机底座通过轴承联接，允许杯形砂轮电机做定轴转动；杯形砂轮与杯形砂轮电机由杯形砂轮联轴器联接，并采用过盈配合，在杯形砂轮电机驱动下带动杯形砂轮绕杯形砂轮电机轴转动；
所述回转四方架通过螺栓固定在机床底座上；金刚石砂轮电机固定在回转四方架上，由回转四方架的分度运动将金刚石砂轮电机转离加工位；金刚石砂轮电机的主轴通过轴承与支撑组件联接，金刚石砂轮电机的主轴转动时支撑组件不动；金刚石砂轮通过金刚石砂轮联轴器与金刚石砂轮电机联接，金刚石砂轮在金刚石砂轮电机的驱动下绕金刚石砂轮电机轴转动；
所述光学元件回转台底座与机床底座分别设有凹凸状燕尾型导轨，并采用过盈配合将光学元件回转台底座固定于机床底座上；回转伺服电机的主轴通过蜗杆联轴器与蜗杆联接，由数控系统控制回转伺服电机带动蜗杆转动；回转矩台通过轴承与光学元件回转台底座联接，通过蜗轮蜗杆传动驱动回转矩台绕蜗轮轴分度运动。
2.如权利要求1所述砂轮修整及光学元件磨边机，其特征在于所述摆臂滑台由Y向丝杆的转动控制摆臂相对机床底座位置，满足不同半径的砂轮修整，通过摆臂上十字滑台的调整，改变杯形砂轮磨削面包络面的投影半径，从而匹配各种金刚石砂轮截面弧形半径。
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