CN110695838B - 一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置 - Google Patents

Abstract

一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置，包括底座、立柱，所述立柱固定安装在底座的顶端平面上，所述底座的顶端平面上安装有水平移动机构，水平移动机构的顶端平面上安装有导辊旋转驱动机构，立柱的一侧端面上装配固定有磨头升降机构，磨头升降机构的横梁外侧平面上安装有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的输出端安装有研抛加工装置。本发明采用无心加工原理来实现对阶梯状不规则外观的轴零件的超精研磨和抛光，修正其外轮廓几何形状误差，降低其表面粗糙度，改变微观表面纹理，保证精密轴零件几何形状和表面质量的高精度。

Description

一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置

技术领域

本发明涉及一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置。

背景技术

机械装备中众多的关键基础件都是阶梯状轴类结构，如液压阀芯、精密减速器的传动轴、精密活塞杆，其精度和表面质量的加工要求很高。这些精密轴零件的加工质量对重大装备和主机产品的性能、寿命和可靠性有很大影响。传统加工方法中，小型精密轴零件多采用外圆车削或外圆磨削进行加工，加工时工件轴心一直保持固定，但是需要多次装夹，变更工件的位置致使装夹基准多次变动，使得轴零件的两端中心存在较大的同轴误差。如果轴零件形状为细长型，传统外圆车削或磨削时还容易导致轴零件弯曲变形，增大几何形状误差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种能够解决上述问题的精密轴零件的无心超精研抛加工装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置，包括底座、立柱，所述立柱固定安装在底座的顶端平面上，所述底座的顶端平面上安装有水平移动机构，水平移动机构的顶端平面上安装有导辊旋转驱动机构，立柱的一侧端面上装配固定有磨头升降机构，磨头升降机构的横梁外侧平面上安装有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的输出端安装有研抛加工装置。

上述技术方案中，所述水平移动机构包括水平移动平台、平移导轨、平移丝杠装置,平移导轨的底部贴合固定在底座的顶端平面上，平移导轨的数量为两条，两条平移导轨呈平行地并排分布，水平移动平台的底部固定形成有两对定位滑块和一个螺纹套，定位滑块插接固定在平移导轨上，水平移动平台通过定位滑块在平移导轨上呈滑动连接，平移丝杠装置固定安装在底座的顶端平面上。

上述技术方案中，所述平移丝杠装置包括传动丝杠和驱动电机，传动丝杠的一端与驱动电机的输出端固定连接为一体结构，传动丝杠穿过水平移动平台的螺纹套后呈旋转连接，驱动电机固定安装在底座的顶端平面上，驱动电机通过线路连接在外电源上。

上述技术方案中，所述导辊旋转驱动机构包括导辊支座、导辊、导辊驱动电机，导辊支座为两个，两个导辊支座的底部固定安装在水平移动平台的顶端平面上，两个导辊支座的内侧端面上固定安装有两个导辊，两个导辊之间留有间距，精密轴零件叠放在两个导辊上，每一个导辊的一侧端面向外延伸到导辊支座外侧端面的外部，导辊的延伸端与导辊驱动电机的输出端固定连接在一起，导辊驱动电机的底部固定安装在水平移动平台的顶端平面上，导辊驱动电机通过线路与外电源连接。

上述技术方案中，所述磨头升降机构包括升降丝杠、第一同步带轮、升降导轨、升降驱动电机，每个立柱的一侧端面上固定安装有两个丝杠固定套和一个升降导轨，其中一个丝杠固定套置于另一个丝杠固定套的正上方，两个丝杠固定套中插接固定有升降丝杠，升降导轨置于升降丝杠的一侧外，其中的一个升降丝杠的底端固定连接有升降驱动电机，升降驱动电机通过线路与外电源连接起来。

上述技术方案中，所述升降丝杠的顶部上套接固定有第一同步带轮，第一同步带轮的外侧圆弧面内套有皮带，两个升降丝杠通过皮带连接成一体结构后，升降丝杠上套接有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的内侧端面上固定形成有定位滑块，定位滑块插接在升降导轨上。

上述技术方案中，所述磨头倾摆机构包括升降横梁以及固定安装在升降横梁外侧端面上的研抛加工装置，升降横梁的内侧端面上固定形成有螺纹套，升降横梁通过螺纹套配合固定在升降丝杠上；同时由定位滑块呈滑动地贴合在升降导轨上，升降横梁的外侧端面上固定安装有带轮固定块，带轮固定块的数量为两个，另一个带轮固定块的底部固定连接有锥齿轮减速器，锥齿轮减速器的输出端与研抛加工装置的输入端固定连接起来，研抛加工装置置于两个带轮固定块之间。

上述技术方案中，两个所述带轮固定块的顶部上插接固定有第二同步带轮，两个第二同步带轮通过皮带连接为一体结构，每个第二同步带轮的轴心上固定连接有传动轴，其中的一个带轮固定块的底部固定连接有磨头倾摆驱动电机，磨头倾摆驱动电机通过线路与外电源连接起来，磨头倾摆驱动电机的输出端与第二同步带轮的传动轴固定连接，另一个第二同步带轮的传动轴啮合连接在锥齿轮减速器的内部齿轮上。

上述技术方案中，所述研抛加工装置包括固定座及安装在固定座上的磨头杆，磨头杆的主体为圆桶结构；主体的底部向外延伸形成有扁平喷口，扁平喷口的一侧端面上贴合有磨具，所述磨头杆的主体留有接口，通过接口接入到冷却液供给系统中，磨具的另一侧端面上贴合有夹紧板，夹紧板上开设有若干固定孔，固定孔中穿有固定螺栓，磨具与夹紧板依次贴合安装在扁平喷口的一侧端面后，通过固定螺栓固结为一体结构。

上述技术方案中，所述磨具为含有磨粒的油石或薄膜抛光垫，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼。

有益效果：本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

本发明无心超精研抛加工装置中，当磨具对轴零件进行加工时，具有特定几何形状的导辊与轴零件的各个阶梯外圆表面始终接触贴合，轴零件的径向定位基准为导辊的外圆轮廓且始终不变，且无需装夹即可一次完成轴零件各个阶梯外圆表面的精密加工，且导辊形状与轴零件贴合，对其均匀支承和定位，减少加工时轴零件变形，因此可减小轴零件两端以及各个阶梯外圆表面的同轴度误差，并提高轴零件的几何形状精度，磨具安装有超细磨粒的油石或抛光垫，可采用固着研抛工艺对轴零件进行精密加工，因此可明显提高轴零件外圆表面的表面质量，此外本发明的水平平移机构、磨头升降机构和磨头倾摆机构与数控加工系统相结合后，可实现磨具的水平平移、垂直升降和倾角摆动，从而可实现对不规则外观轴零件的超精研抛加工。

附图说明

图1为精密轴零件的无心超精研抛加工装置的结构图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图。

具体实施方式

请参阅图1-图3，一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置，包括底座1、立柱2，所述立柱2固定安装在底座1的顶端平面上，所述底座1的顶端平面上安装有水平移动机构，水平移动机构的顶端平面上安装有导辊旋转驱动机构，立柱2的一侧端面上装配固定有磨头升降机构，磨头升降机构的横梁外侧平面上安装有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的输出端安装有研抛加工装置。导辊旋转驱动机构托住精密轴零件的底端，磨头升降机构挤压住精密轴零件的顶端，从而确定了精密轴零件的空间位置，研抛加工装置可对精密轴外轮廓进行超精研抛，修正其外轮廓几何形状误差，降低其表面粗糙度，改变微观表面纹理，保证精密轴零件几何形状和表面质量的高精度。

磨头升降机构包括升降丝杠21、第一同步带轮22、升降导轨23、升降驱动电机24，每一立柱2的一侧端面上固定安装有两个丝杠固定套(图未标)和一个升降导轨23，其中一个丝杠固定套置于另一个丝杠固定套的正上方，两个丝杠固定套中插接固定有升降丝杠21，升降导轨23置于升降丝杠21的一侧外，其中的一个升降丝杠21的底端固定连接有升降驱动电机24，升降驱动电机24通过线路与外电源连接起来，升降丝杠21的顶部上套接固定有第一同步带轮22，第一同步带轮22的外侧圆弧面内套有皮带，两个升降丝杠21通过皮带连接成一体结构后，升降丝杠21可同步转动，升降丝杠21上套接有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的内侧端面上固定形成有定位滑块(图未标)，定位滑块插接在升降导轨23上。升降驱动电机24通电后可带动升降丝杠21正转或反转，从而可带动磨头倾摆机构沿着升降导轨23上升或下降，直到磨头倾摆机构的底部贴合在精密轴零件的侧圆弧面上，确保对精密轴进行超精研抛。

磨头倾摆机构包括升降横梁31以及固定安装在升降横梁31外侧端面上的研抛加工装置，升降横梁31的内侧端面上固定形成有螺纹套(图未示)，升降横梁31通过螺纹套配合固定在升降丝杠21上；同时由定位滑块呈滑动地贴合在升降导轨23上，升降横梁31的外侧端面上固定安装有带轮固定块32，带轮固定块32的数量为两个，两个带轮固定块32的顶部上插接固定有第二同步带轮34，两个第二同步带轮34通过皮带连接为一体结构，每个第二同步带轮34的轴心上固定连接有传动轴(图未示)，其中的一个带轮固定块32的底部固定连接有磨头倾摆驱动电机33，磨头倾摆驱动电机33通过线路与外电源连接起来，磨头倾摆驱动电机33的输出端与第二同步带轮34的传动轴固定连接，另一个带轮固定块32的底部固定连接有锥齿轮减速器36，另一个第二同步带轮34的传动轴啮合连接在锥齿轮减速器36的内部齿轮上，锥齿轮减速器36的输出端与研抛加工装置的输入端固定连接起来，研抛加工装置置于两个带轮固定块32之间。磨头倾摆驱动电机33通过第二同步带轮34驱动锥齿轮减速器36的输出轴转动，可改变研抛加工装置中磨具38的角度位置，或者使磨具38在确定角度范围内做往复倾角摆动，磨头倾摆驱动电机33通电后带动一个第二同步带轮34转动，另一个第二同步带轮34通过皮带同步转动，另一个第二同步带轮34将驱动力传递到锥齿轮减速器36的内部齿轮，锥齿轮减速器36的内部齿轮通过多级减速将驱动力平缓传递到研抛加工装置中，研抛加工装置可保持稳定的空间位置，确保对精密轴进行超精研抛。

研抛加工装置包括固定座及安装在固定座上的磨头杆35，磨头杆35中插有转动轴，转动轴的两端插接在固定座上；其中的一端向外延伸并与锥齿轮减速器36的输出端固定连接起来，磨头杆35的主体为圆桶结构；主体的底部向外延伸形成有扁平喷口，扁平喷口的一侧端面上贴合有磨具38，磨具38的另一侧端面上贴合有夹紧板37，夹紧板37上开设有若干固定孔，固定孔中穿有固定螺栓，磨具38与夹紧板37依次贴合安装在扁平喷口的一侧端面后，通过固定螺栓固结为一体结构，磨头杆35的主体留有接口，通过接口接入到冷却系统中。磨头杆35的扁平喷口可将冷却液喷到磨具38的底端面上，锥齿轮减速器36将动力传递到磨头杆35的转动轴后，可旋转磨头杆35的空间位置，磨头杆35可同时带动磨具38偏转一定的角度，从而使得磨具38更好地贴合到精密轴零件侧端面上，能够对不规则外观的精密轴零件进行超精研抛，磨具38为含有磨粒的油石或薄膜抛光垫，磨具38材料选用含有磨粒的油石或者薄膜抛光垫，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼，加工时需在磨具和工件的接触区域喷射冷却液。

水平移动机构包括水平移动平台41、平移导轨42、平移丝杠装置43、以及固定安装在水平移动平台41顶端平面上的导辊装置,平移导轨42的底部贴合固定在底座1的顶端平面上，平移导轨42的数量为两条，两条平移导轨42呈平行地并排分布，水平移动平台41的底部固定形成有两对定位滑块和一个螺纹套，定位滑块插接固定在平移导轨42上，水平移动平台41通过定位滑块在平移导轨42上呈滑动连接，平移丝杠装置43固定安装在底座1的顶端平面上，平移丝杠装置43包括传动丝杠和驱动电机，传动丝杠的一端与驱动电机的输出端固定连接为一体结构，传动丝杠穿过水平移动平台41的螺纹套后呈旋转连接，驱动电机固定安装在底座1的顶端平面上，驱动电机通过线路连接在外电源上。驱动电机通电后带动传动丝杠旋转，传动丝杠可推动水平移动平台41在平移导轨42上平稳地往复移动，确保导辊装置移动位置的精确度。

导辊旋转驱动机构包括导辊支座44、导辊45、导辊驱动电机46，导辊支座44为两个，两个导辊支座44的底部固定安装在水平移动平台41的顶端平面上，两个导辊支座44的内侧端面上固定安装有两个导辊45，两个导辊45之间留有间距，精密轴零件叠放在两个导辊45上，两个导辊45的几何结构和尺寸相同，加工时同向同速旋转，具体为：精密轴零件母线形状可为阶梯曲线或不规则自由曲线，导辊45的母线形状有阶梯曲线或不规则自由曲线的凹槽，导辊45形状与精密轴零件形状可相互配合，使精密轴零件放入在导辊的凹槽中，并由导辊45凹槽的侧壁对精密轴零件轴线方向进行定位。每一个导辊45的一侧端面向外延伸到导辊支座44外侧端面的外部，导辊45的延伸端与导辊驱动电机46的输出端固定连接在一起，导辊驱动电机46的底部固定安装在水平移动平台41的顶端平面上，导辊驱动电机46通过线路与外电源连接起来。导辊驱动电机46通电后开始工作，导辊驱动电机46带动导辊45同步同向转动，精密轴零件通过与导辊45之间由摩擦力可同时反向转动。

无心超精研抛加工装置的横向平移机构和纵向移动机构运行后，可依次调节驱动导辊装置和研抛加工装置，同时轴零件作为工件放在两个导辊之间，通过横向平移机构移动驱动导辊装置调节到要加工的工件表面区域，然后通过纵向移动机构升降研抛加工装置的位置，使磨具38的磨削面贴合在工件的待加工面上，然后纵向移动机构微调研抛加工装置的位置，使磨具38对工件的加载力调节至合适大小，用压力传感器来控制纵向移动机构微调位置，同时磨头杆35向加工区域喷射磨削液，然后开启电源让两根导辊45同时、同向、同速度转动，此时工件会在两根导辊45的摩擦力驱动下转动，由于工件与磨具在加载力作用下产生相对位移，因此磨具38会对工件表面进行材料去除，直到磨具38修正工件的外轮廓几何形状误差和表面质量在合格范围内。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种精密轴零件的无心超精研抛加工装置，包括底座(1)、立柱(2)，所述立柱(2)固定安装在底座(1)的顶端平面上，其特征在于，所述底座(1)的顶端平面上安装有水平移动机构，水平移动机构的顶端平面上安装有导辊旋转驱动机构，精密轴零件作为工件放置在导辊旋转驱动机构上方，导辊旋转驱动机构驱动精密轴零件作无心转动，立柱(2)的一侧端面上装配固定有磨头升降机构，磨头升降机构的横梁外侧平面上安装有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的输出端安装有研抛加工装置，所述研抛加工装置包括固定座及安装在固定座上的磨头杆(35)，磨头杆(35)中插有转动轴，转动轴的两端插接在固定座上，其中的一端向外延伸并与一锥齿轮减速器(36)的输出端固定连接起来，磨头杆(35)的主体为圆桶结构；磨头杆(35)主体的底部向外延伸形成有扁平喷口，扁平喷口的一侧端面上贴合有磨具(38)，所述磨头杆(35)的主体留有接口，通过接口接入到冷却液供给系统中，磨具(38)的另一侧端面上贴合有夹紧板(37)，夹紧板(37)上开设有若干固定孔，固定孔中穿有固定螺栓，磨具(38)与夹紧板(37)依次贴合安装在扁平喷口的一侧端面后，通过固定螺栓固结为一体结构，磨头杆(35)的扁平喷口可将冷却液喷到磨具(38)的底端面上，锥齿轮减速器(36)将动力传递到磨头杆(35)的转动轴后，可旋转磨头杆(35)的空间位置，磨头杆(35)同时带动磨具(38)偏转一定的角度，使磨具(38)法向正压并贴合至精密轴零件的外轮廓表面上，以对不规则外观的精密轴零件进行超精研抛。

2.根据权利要求1所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述水平移动机构包括水平移动平台(41)、平移导轨(42)、平移丝杠装置(43),平移导轨(42)的底部贴合固定在底座(1)的顶端平面上，平移导轨(42)的数量为两条，两条平移导轨(42)呈平行地并排分布，水平移动平台(41)的底部固定形成有两对定位滑块和一个螺纹套，定位滑块插接固定在平移导轨(42)上，水平移动平台(41)通过定位滑块在平移导轨(42)上呈滑动连接，平移丝杠装置(43)固定安装在底座(1)的顶端平面上。

3.根据权利要求2所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述平移丝杠装置(43)包括传动丝杠和驱动电机，传动丝杠的一端与驱动电机的输出端固定连接为一体结构，传动丝杠穿过水平移动平台(41)的螺纹套后呈旋转连接，驱动电机固定安装在底座(1)的顶端平面上，驱动电机通过线路连接在外电源上。

4.根据权利要求1所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述导辊旋转驱动机构包括导辊支座(44)、导辊(45)、导辊驱动电机(46)，导辊支座(44)为两个，两个导辊支座(44)的底部固定安装在水平移动平台(41)的顶端平面上，两个导辊支座(44)的内侧端面上固定安装有两个导辊(45)，两个导辊(45)之间留有间距，精密轴零件叠放在两个导辊(45)上，每一个导辊(45)的一侧端面向外延伸到导辊支座(44)外侧端面的外部，导辊(45)的延伸端与导辊驱动电机(46)的输出端固定连接在一起，导辊驱动电机(46)的底部固定安装在水平移动平台(41)的顶端平面上，导辊驱动电机(46)通过线路与外电源连接。

5.根据权利要求1所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述磨头升降机构包括升降丝杠(21)、第一同步带轮(22)、升降导轨(23)、升降驱动电机(24)，每个立柱(2)的一侧端面上固定安装有两个丝杠固定套和一个升降导轨(23)，其中一个丝杠固定套置于另一个丝杠固定套的正上方，两个丝杠固定套中插接固定有升降丝杠(21)，升降导轨(23)置于升降丝杠(21)的一侧外，其中的一个升降丝杠(21)的底端固定连接有升降驱动电机(24)，升降驱动电机(24)通过线路与外电源连接起来。

6.根据权利要求5所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述升降丝杠(21)的顶部上套接固定有第一同步带轮(22)，第一同步带轮(22)的外侧圆弧面内套有皮带，两个升降丝杠(21)通过皮带连接成一体结构后，升降丝杠(21)上套接有磨头倾摆机构，磨头倾摆机构的内侧端面上固定形成有定位滑块，定位滑块插接在升降导轨(23)上。

7.根据权利要求6所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述磨头倾摆机构包括升降横梁(31)以及固定安装在升降横梁(31)外侧端面上的研抛加工装置，升降横梁(31)的内侧端面上固定形成有螺纹套，升降横梁(31)通过螺纹套配合固定在升降丝杠(21)上；同时由定位滑块呈滑动地贴合在升降导轨(23)上，升降横梁(31)的外侧端面上固定安装有带轮固定块(32)，带轮固定块(32)的数量为两个，另一个带轮固定块(32)的底部固定连接有锥齿轮减速器(36)，锥齿轮减速器(36)的输出端与研抛加工装置的输入端固定连接起来，研抛加工装置置于两个带轮固定块(32)之间。

8.根据权利要求7所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，两个所述带轮固定块(32)的顶部上插接固定有第二同步带轮(34)，两个第二同步带轮(34)通过皮带连接为一体结构，每个第二同步带轮(34)的轴心上固定连接有传动轴，其中的一个带轮固定块(32)的底部固定连接有磨头倾摆驱动电机(33)，磨头倾摆驱动电机(33)通过线路与外电源连接起来，磨头倾摆驱动电机(33)的输出端与第二同步带轮(34)的传动轴固定连接，另一个第二同步带轮(34)的传动轴啮合连接在锥齿轮减速器(36)的内部齿轮上。

9.根据权利要求1所述的精密轴零件的无心超精研抛加工装置，其特征在于，所述磨具(38)为含有磨粒的油石或薄膜抛光垫，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼。

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