CN107263322A - 磨料砂轮外圆加工装置及加工方法 - Google Patents

磨料砂轮外圆加工装置及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磨料砂轮外圆加工装置及加工方法，尤其涉及一种对普通磨料砂轮的外圆进行磨削加工的外圆加工装置及方法。磨料砂轮外圆加工装置包括砂轮装夹轴，还包括与砂轮装夹轴沿轴向间隔设置以让出砂轮工件的上下料空间的顶紧装置，顶紧装置包括顶紧装置座，顶紧装置座上转动装配有用于顶压距离挡止定位结构最远的砂轮工件的外侧端面的顶紧头，顶紧头与砂轮装夹轴同轴布置并沿砂轮装夹轴的轴向活动设置。该装置将砂轮工件固定在砂轮安装轴上的装置与砂轮安装轴的相互分离，上下料时仅沿砂轮安装轴轴线移动顶紧头即可实现砂轮工件的装夹和释放，从而能够实现自动上下料，自动化程度高，能够提高作业效率，并可进一步实现自动加工、自动测量。

Description

磨料砂轮外圆加工装置及加工方法
技术领域
本发明涉及磨料砂轮外圆加工装置及加工方法，尤其涉及一种对普通磨料砂轮的外圆进行磨削加工的外圆加工装置及方法。
背景技术
在普通磨具行业的后处理加工工艺中，一般先对普通磨料砂轮坯料的端面进行磨削加工，再以磨削加工后的端面为基准对其内孔进行磨削加工，最后以内孔和端面定位对其外圆进行磨削加工，以此得到符合国家标准的砂轮。
目前加工外圆的机床种类很多，但是其加工对象为金属，工件的装夹方式是专门为金属设计，一般采用通过卡盘夹紧外圆面的方式装夹，而砂轮为复合材料，如果采用现有机床装夹砂轮工件，会造成砂轮工件损坏，如破裂、崩边等，难以满足加工普通磨料砂轮的要求。因此，目前加工普通磨料砂轮外圆的机床都是改进的专用机床和专用的夹具，夹具采用供砂轮工件套设并在径向上定位的砂轮装夹轴，砂轮装夹轴上设有与砂轮工件的其中一侧端面沿轴向定位配合的挡止定位结构，还设有用于顶压砂轮工件的另一侧面以将砂轮工件压紧固定在砂轮装夹轴的上压紧结构，例如垫片和锁紧螺母。使用时砂轮装夹轴通过卡盘装夹在机床的主轴上。机床上设有进给装置，进给装置上设有磨削砂轮工件的外圆的磨轮。加工时，将砂轮工件定位套设在相应的砂轮装夹轴上并通过压紧结构实现砂轮在砂轮装夹轴上的固定，机床的主轴带动砂轮装夹轴和砂轮工件转动，依靠进给装置实现对砂轮的加工。
对于金属工件，现有技术中一般可以采用卡盘装夹的方式，能够很容易地实现三爪卡盘的自动卡紧和放松，进而能够配合机械手对工件进行转移以实现自动上下料，而由于砂轮工件需要采用锁紧结构锁紧到砂轮安装轴上，因此对现有的普通磨料砂轮进行加工时均采用的是手动上料，操作者劳动强度大，作业效率低。另外，加工时，单片砂轮工件采用人工作业的方式固定在砂轮安装轴上，对单片砂轮工件进行加工后人工测量一下尺寸，如果不符合要求再接着进刀加工，由于人工测量的尺寸每次都会有差异，并且各片砂轮装夹状况不一致，因此同一批次砂轮外径尺寸相差较大，造成加工完成后的砂轮尺寸一致性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种普通磨料砂轮外圆加工装置，以解决现有的普通磨料砂轮外圆加工装置无法实现自动上下料的问题。同时，本发明还提供了一种普通磨料砂轮外圆加工方法。
为实现上述目的，本发明中采用的技术方案是：磨料砂轮外圆加工装置，包括供砂轮工件套设的砂轮装夹轴，所述砂轮装夹轴具有用于对砂轮工件的其中一侧端面沿轴向挡止定位的挡止定位结构，还包括与所述砂轮装夹轴沿轴向间隔设置以让出砂轮工件的上下料空间的顶紧装置，所述顶紧装置包括顶紧装置座，顶紧装置座上转动装配有用于顶压距离所述挡止定位结构最远的砂轮工件的外侧端面的顶紧头，所述顶紧头与砂轮装夹轴同轴布置并沿砂轮装夹轴的轴向活动设置。
所述顶紧装置座包括装置座主体和沿砂轮装夹轴的轴向导向装配在装置座主体上的伸缩轴，所述顶紧头转动装配在伸缩轴上。
所述顶紧装置座上设有用于驱动伸缩轴伸缩的顶紧气缸。
所述顶紧头包括顶紧底盘和凸设在顶紧底盘上的顶紧块，所述顶紧块具有用于顶压砂轮工件的外侧端面的顶面。
所述顶紧块沿周向均布并相互间隔，各顶紧块围成用于避让砂轮装夹轴的避让空间。
所述磨料砂轮外圆加工装置还包括自动上下料装置，所述自动上下料装置包括与砂轮装夹轴轴线垂直的上下料导轨，上下料导轨上导向装配有移动座，移动座上设有沿平行于砂轮装夹轴轴线的方向活动设置的砂轮真空吸盘。
所述上下料导轨的侧方设有与砂轮装夹轴平行布置的进料装置和收料装置，进料装置和收料装置均包括供砂轮工件以平行于砂轮装夹轴的方式放置的工件仓，进料装置还包括用于将相应工件仓中的工件移动至靠近上下料导轨的取料工位的进料机构，收料装置还包括用于将进入相应工件仓中的工件向远离上下料导轨的一侧移动以让出工件放置空间的收料机构。
磨料砂轮外圆加工方法，包括装夹砂轮工件的步骤，装夹砂轮工件的步骤包括将砂轮工件套设在砂轮安装轴上并使砂轮工件的其中一侧端面与砂轮安装轴上的挡止定位面定位配合的步骤，所述砂轮工件是通过与砂轮装夹轴沿轴向间隔设置以让出砂轮工件的上下料空间的顶紧装置顶紧固定在砂轮安装轴上，所述顶紧装置包括顶紧装置座，顶紧装置座上转动装配有用于顶压距离所述挡止定位结构最远的砂轮工件的外侧端面的顶紧头，所述顶紧头与砂轮装夹轴同轴布置并沿砂轮装夹轴的轴向活动设置。
所述顶紧装置是依靠气缸驱动以顶紧砂轮工件和释放砂轮工件。
所述砂轮工件的上下料是通过真空吸盘对其端面的吸附和真空吸盘的移动而实现。
有益效果：本发明采用上述技术方案，通过与主轴间隔设置的顶紧装置能够让出供砂轮工件上下料的上下料空间，并且顶紧装置的顶紧装置座上转动装配有与砂轮安装轴同轴布置的顶紧头，顶紧头沿砂轮安装轴的轴向活动设置，通过顶紧头能够将砂轮工件压紧固定在砂轮安装轴上实现砂轮工件的固定，与现有技术相比，通过沿砂轮安装轴轴线活动设置并能够转动的顶紧头，实现了将砂轮工件固定在砂轮安装轴上的装置与砂轮安装轴的相互分离，上下料时仅沿砂轮安装轴轴线移动顶紧头即可实现砂轮工件的装夹和释放，从而使得砂轮工件的自动上下料成为可能，有利于提高自动化程度、提高作业效率、降低劳动强度。
进一步地，顶紧头是依靠顶紧气缸驱动，结构简单，动作迅速、可靠。
进一步地，所述砂轮安装轴的轴向尺寸大于至少两只砂轮工件的轴向尺寸之和以同时套设两只以上的砂轮工件，能够实现多只砂轮工件在同一次装夹中完成加工，能够提高砂轮加工质量的一致性。
附图说明
图1是本发明中磨料砂轮外圆加工装置的一个实施例的主视图（图中隐藏了自动上下料装置和进给装置）；
图2是图1的俯视图。
图中各附图标记对应的名称为：10-底座，20-主轴装置，21-主轴，22-带轮，23-砂轮安装轴，24-轴肩，30-顶紧装置，31-装置座主体，32-伸缩轴，33-顶紧头，34-顶紧底盘，35-顶紧块，36-顶紧气缸，40-进给装置，41-金刚石磨轮，42-横向进给机构，43-径向进给机构，50-自动上下料装置，51-上下料导轨，52-上下料气缸，53-砂轮真空吸盘，54-取料气缸，55-进料装置，56-收料装置，57-工件仓，58-进料机构，59-收料机构，60-自动测量装置，61-测量装置架，62-测量传感器，70-砂轮工件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明中磨料砂轮外圆加工装置的一个实施例如图1~图2所示，是一种普通磨料砂轮外圆加工装置，包括底座10，底座10上设有主轴装置20、与主轴装置20共线布置的顶紧装置30、安装有金刚石磨轮41的进给装置40和用于实现砂轮工件70的上下料的自动上下料装置50。
底座10为整个普通磨料砂轮外圆加工装置的基体，其上设有用于驱动主轴装置20的砂轮装夹轴23转动的电机，主轴装置20的主轴21左端设有带轮22，带轮22与电机连接，用于驱动主轴21旋转。主轴21的右端连接有卡盘，卡盘用于装夹砂轮装夹轴23。砂轮装夹轴23的左端部设有轴肩24，轴肩24的右端面形成与砂轮工件70的其中一侧端面定位配合的挡止定位结构，轴肩24右侧的部分供两只以上的砂轮工件70同轴并排套设，形成工件安装位，轴肩23左侧的部分形成装夹端，使用时悬伸装夹在卡盘上，形成悬伸形式的装夹轴。砂轮装夹轴23的右端设有锥度导向部分，便于砂轮工件70的顺利安装。本实施例中，砂轮装夹轴23上能够同时套设五只砂轮工件70，在其他实施例中，砂轮装夹轴23上套设的砂轮工件70数量可以增减，也可以仅套设一只砂轮工件70。砂轮工件套设到砂轮装夹轴23上以后，最外侧的砂轮工件的端面可以与砂轮装夹轴23的右端面平齐、位于砂轮装夹轴23的右端面左侧或者位于砂轮装夹轴23的右端面右侧。
顶紧装置30包括装置座主体31和沿主轴21的轴向导向装配在装置座主体31上的伸缩轴32，伸缩轴32依靠顶紧气缸36实现驱动。伸缩轴32靠近主轴21的一端转动装配有顶紧头33，顶紧头33的转动轴线与主轴21的轴线重合，顶紧头33包括顶紧底盘34和凸设在顶紧底盘34上的顶紧块35，顶紧块35通过螺钉固定在顶紧底盘34上，其左端面形成用于顶压砂轮工件70的端面以将砂轮工件70压紧固定在砂轮装夹轴23的挡止定位结构上的顶推面。设置顶推块能够避免顶紧头33与砂轮装夹轴23的端面发生干涉，导致砂轮工件70无法良好地固定，并能够选择硬度较低的材料，避免砂轮受损，并保证受力均匀。同时，顶紧头采用螺钉固定的方式还能够方便地更换。当然，在其他实施例中，顶紧头33上也可以不设置凸起的顶紧块35，依靠整个端面实现顶紧，或者在顶紧头33上设置用于避让砂轮装夹轴23的凹槽。
进给装置40上设有用于对砂轮工件70的外圆进行磨削的金刚石磨轮41，并能够通过横向进给机构42和径向进给机构43分别实现沿主轴21轴向的进给和沿主轴21径向的进给。
普通磨料砂轮外圆加工装置还包括自动上下料装置50，自动上下料装置50包括与主轴21轴线垂直的上下料导轨51，上下料导轨51上导向装配有移动座，移动座依靠上下料气缸52实现驱动。移动座上设有沿平行于主轴21轴线的方向活动设置的砂轮真空吸盘53，砂轮真空吸盘53由移动座上的取料气缸54实现驱动。
导轨的侧方设有与主轴21并排布置的进料装置55和收料装置56，进料装置55和收料装置56均包括供砂轮工件70以平行于主轴21的方式放置的工件仓57，进料装置55还包括用于将相应工件仓57中的工件移动至靠近上下料导轨51的上料位的进料机构58，收料装置56还包括用于将进入相应工件仓57中的工件向远离上下料导轨51的一侧移动以让出工件放置空间的收料机构59。本实施例中，进料机构58和收料机构59均为螺栓输送机构，包括托板，托板采用螺纹传动的形式依靠伺服电机驱动实现左右运动。自动上下料装置50安装有定位元件，能够对取料气缸54、进料机构58、收料机构59的运动位置进行定位，保证砂轮工件70顺利上下料。砂轮真空吸盘53的轴线高度可以为固定的与主轴21、进料装置55和收料装置56的轴线等高的高度，也可以通过设置竖直升降机构的驱动实现等高。作业前，将作为毛坯的砂轮工件的外形尺寸和加工后的尺寸输入到装置的控制系统，进料机构58根据输入的砂轮厚度，每次向右移动一个砂轮的厚度，向取料后形成的空闲取料工位补料，以待后续取料；收料机构59根据输入的砂轮厚度，在右侧砂轮工件装入后，向左移动一个砂轮的厚度，把送料工位空出，以待后续送料。
另外，普通磨料砂轮外圆加工装置还包括自动测量装置60，自动测量装置60包括测量装置架61和固定在测量装置架61上的测量传感器62，测量传感器62用于对砂轮工件70的外圆尺寸进行检测，并将检测结果传递给控制装置，由控制装置实现对进给装置40的控制，实现自动检测，有利于避免人工测量的不一致性。测量传感器62可以设置分别与各砂轮工件70对应的多个，或者设置成能够横向移动的形式。由于砂轮是非均质多元复合材料，既有高硬度磨料，也有低硬度结合剂和气孔，其表面粗糙，为了避免现有的对金属工件外圆进行测量的测量仪器的触头较小而易嵌入砂轮的粗糙表面导致测量数据严重失真，本实施例中在测量仪器与砂轮外圆面之间设置一个过渡件，过渡件导向装配在一个导向支架上，其一端的端面与被检测砂轮的外圆面接触，另一端的端面与测量仪器的触头接触，测量仪器触头垂直于过渡件的相应端面，测量仪器的触头、被检测砂轮的旋转中心和过渡件与砂轮的切点位于同一直线上，可避免砂轮表面粗糙度的干扰以及测量仪器的磨损及卡死，增加了测量过程的稳定性和准确性。上述过渡件为现有技术，可以具体参考授权公告号为CN104175221 B的中国发明专利。
工作原理：作业时，首先工人将需要进行外圆加工的砂轮工件70放到进料装置55上，由进料装置55通过螺纹传动带动托板横向移动，推动砂轮工件70的左端面将砂轮工件70自动输送到工件仓57右端，即取料工位，砂轮工件70到取料工位以后取料气缸54活塞杆伸出带动砂轮真空吸盘53横向移动，使砂轮真空吸盘53贴合在砂轮工件70的右侧，砂轮真空吸盘53动作使真空吸盘内产生负压，将砂轮工件70吸住，吸住砂轮工件70后取料气缸54活塞杆缩回，至此完成一次自动进料和一次自动取料动作。
取料完成后，上下料气缸52活塞杆伸出驱动取料气缸54、砂轮真空吸盘53及吸住后的砂轮工件70沿着上下料导轨51由取料工位向上料工位移动，上料工位即与主轴21同轴的工位。到上料工位以后，取料气缸54的活塞杆伸出，驱动砂轮真空吸盘53及吸住后的砂轮工件70横向移动，同时砂轮内孔沿着砂轮装夹轴23的锥度导向部分移动，使砂轮工件70内孔与砂轮装夹轴23外圆贴合，实现砂轮工件70的上料，然后砂轮真空吸盘53动作使砂轮真空吸盘53内的气压由负压转为零或者正压，进而使砂轮工件70脱离砂轮真空吸盘53，脱离后取料气缸54活塞杆缩回，至此完成一次自动上料动作。上料完成以后，上下料气缸52活塞杆缩回驱动取料气缸54、砂轮真空吸盘53沿着上下料导轨51由上料工位向取料工位移动，到取料工位以后重复前述自动进料、自动取料和自动上料动作，直至完成设定好的砂轮工件70的片数。
自动上料完成以后，顶紧气缸36的活塞杆伸出，驱动顶紧头33横向移动，直至顶紧头33将各砂轮工件70顶紧固定，以此实现砂轮工件70的夹紧。砂轮工件70夹紧以后，由电机驱动的带轮22旋转，以此驱动主轴21旋转，进而带动砂轮装夹轴23及砂轮工件70旋转，同时卡盘部件右侧部分跟着旋转，砂轮工件70旋转以后，进给装置40上的金刚石磨轮41通过电机驱动旋转，配合横向进给和径向进给对砂轮进行磨削。磨削过程中。按照在测量装置上的测量传感器62实时测量砂轮工件70的外径，并将结果反馈给控制系统，控制系统再控制进给装置40的进刀量对砂轮工件70进行加工，直至测量传感器62测量尺寸与设定值一致，至此完成砂轮工件70的外圆加工。
外圆加工完成以后，顶紧气缸36活塞杆缩回，带动夹紧部件和卡盘部件横向移动至初始位置。此时上下料气缸52驱动取料气缸54、砂轮真空吸盘53沿着上下料导轨51由取料工位向上料工位移动，到上料工位以后取料气缸54活塞杆伸出驱动砂轮真空吸盘53横向移动，使砂轮真空吸盘53的左侧贴合在砂轮工件70的右侧，砂轮真空吸盘53动作使真空吸盘内产生负压，将砂轮工件70吸住，吸住砂轮工件70后取料气缸54活塞杆缩回，实现砂轮工件70的收料，完成后上下料气缸52活塞杆缩回驱动取料气缸54、砂轮真空吸盘53及吸住后的砂轮工件70沿着上下料导轨51由上料工位向收料工位移动，到收料工位以后取料气缸54活塞杆伸出驱动砂轮真空吸盘53及吸住后的砂轮工件70横向移动，当砂轮工件70与放置到收料装置56上以后，砂轮真空吸盘53动作使砂轮真空吸盘53内的气压由负压转为零或者正压，进而使砂轮工件70脱离砂轮真空吸盘53，脱离后取料气缸54活塞杆缩回，同时收料机构59横向移动一个砂轮工件70的厚度，保持收料工位没有砂轮工件70，至此完成一次自动收料动作，并以此循环进行自动收料，直至所有加工完成后的工位砂轮取完。
本发明中磨料砂轮外圆加工方法的一个实施例即上述磨料砂轮外圆加工装置的作业方法，此处不再赘述。
在上述实施例中，自动上下料装置50采用上下料导轨51和砂轮真空吸盘53的单只上下料形式，在本发明的其他实施例中，上下料装置也可以替换为其他形式，例如采用机械手，机械手夹持砂轮工件后进行移动实现上下料。另外，在其他实施例中，上述加工装置和加工方法也可以适用于超硬磨料砂轮的加工。

Claims (10)

1.磨料砂轮外圆加工装置，包括供砂轮工件套设的砂轮装夹轴，所述砂轮装夹轴具有用于对砂轮工件的其中一侧端面沿轴向挡止定位的挡止定位结构，其特征在于：还包括与所述砂轮装夹轴沿轴向间隔设置以让出砂轮工件的上下料空间的顶紧装置，所述顶紧装置包括顶紧装置座，顶紧装置座上转动装配有用于顶压距离所述挡止定位结构最远的砂轮工件的外侧端面的顶紧头，所述顶紧头与砂轮装夹轴同轴布置并沿砂轮装夹轴的轴向活动设置。
2.根据权利要求1所述的磨料砂轮外圆加工装置，其特征在于：所述顶紧装置座包括装置座主体和沿砂轮装夹轴的轴向导向装配在装置座主体上的伸缩轴，所述顶紧头转动装配在伸缩轴上。
3.根据权利要求2所述的磨料砂轮外圆加工装置，其特征在于：所述顶紧装置座上设有用于驱动伸缩轴伸缩的顶紧气缸。
4.根据权利要求2所述的磨料砂轮外圆加工装置，其特征在于：所述顶紧头包括顶紧底盘和凸设在顶紧底盘上的顶紧块，所述顶紧块具有用于顶压砂轮工件的外侧端面的顶面。
5.根据权利要求4所述的磨料砂轮外圆加工装置，其特征在于：所述顶紧块沿周向均布并相互间隔，各顶紧块围成用于避让砂轮装夹轴的避让空间。
6.根据权利要求1—5的任意一项所述的磨料砂轮外圆加工装置，其特征在于：所述磨料砂轮外圆加工装置还包括自动上下料装置，所述自动上下料装置包括与砂轮装夹轴轴线垂直的上下料导轨，上下料导轨上导向装配有移动座，移动座上设有沿平行于砂轮装夹轴轴线的方向活动设置的砂轮真空吸盘。
7.根据权利要求6所述的磨料砂轮外圆加工装置，其特征在于：所述上下料导轨的侧方设有与砂轮装夹轴平行布置的进料装置和收料装置，进料装置和收料装置均包括供砂轮工件以平行于砂轮装夹轴的方式放置的工件仓，进料装置还包括用于将相应工件仓中的工件移动至靠近上下料导轨的取料工位的进料机构，收料装置还包括用于将进入相应工件仓中的工件向远离上下料导轨的一侧移动以让出工件放置空间的收料机构。
8.磨料砂轮外圆加工方法，包括装夹砂轮工件的步骤，装夹砂轮工件的步骤包括将砂轮工件套设在砂轮安装轴上并使砂轮工件的其中一侧端面与砂轮安装轴上的挡止定位面定位配合的步骤，其特征在于，所述砂轮工件是通过与砂轮装夹轴沿轴向间隔设置以让出砂轮工件的上下料空间的顶紧装置顶紧固定在砂轮安装轴上，所述顶紧装置包括顶紧装置座，顶紧装置座上转动装配有用于顶压距离所述挡止定位结构最远的砂轮工件的外侧端面的顶紧头，所述顶紧头与砂轮装夹轴同轴布置并沿砂轮装夹轴的轴向活动设置。
9.根据权利要求8所述的磨料砂轮外圆加工方法，其特征在于：所述顶紧装置是依靠气缸驱动以顶紧砂轮工件和释放砂轮工件。
10.根据权利要求8或9所述的磨料砂轮外圆加工方法，其特征在于：所述砂轮工件的上下料是通过真空吸盘对其端面的吸附和真空吸盘的移动而实现。
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