CN110712074A - 一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，属于机床维修技术领域，主要针对数控机床主轴因锥孔严重损伤致基准丧失的修复工作；适用于因数控机床主轴锥孔损伤造成基准丧失的维修。结构简单、稳定性好，依靠机床进给实现每次修磨量的精准控制，避免主轴锥孔过量磨削，大幅降低维修成本，提升主轴锥孔修复质量；采用包括底座、导轨底板、轴承、回转轴、导轨、进给拖板、丝杠、丝杠支撑、手轮；电机带动主动皮带轮转动，传动皮带绕过主动皮带轮、从动皮带轮；手轮带动丝杠转动；导轨与进给拖板具有配合结构，相对轴向移动。包含使用自磨机、机床精度检测、砂轮修磨路径。

Description

一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法
技术领域
本发明属于机床维修技术领域，适用于数控机床主轴锥孔损伤造成基准丧失，利用自磨装置进行修复的方法。
背景技术
与本发明具有相同目的以及相似技术手段的产品及方法，主要有以下两种：
示例1：专利号：CN 101829933 A
名称：机床主轴锥孔自磨工具
通过手柄19控制纵向丝杆部件6、磨头座7、磨头9、磨杆10组成的整体进行进给；滑座5与磨头支座7由55°燕尾导轨相连，用纵向传动部件6进行进给传动。
示例2：专利号：CN 106736927 A
名称：一种用于数控机床主轴锥孔自磨修复的装置
本发明通过松开回转架相对面上设置的锁紧螺栓，手动实现主轴部分从水平到竖直90度范围内回转；同时，通过对以上两个自由度的调整，使该装置主轴轴线与机床主轴锥孔的母线平行，完成装置找正。通过数控机床的编程加工功能使机床走出7:24(按照主轴锥孔母线的角度确定)的斜线，配合本装置的旋转磨削功能，完成主轴锥孔的自修磨加工。图1现有的装置。
背景技术的缺陷
【示例1】
结合图1、2，此专利采用的是“一面加导向面”的定位方式，即底面为第一定位基准，限制了锥孔自磨工具的X、Y、Z方向的自由度，并且砂轮的磨削进给都是通过人工摇动手柄进行控制，依靠修磨工具本身的精度来保证锥孔的磨削精度，误差因素大。其次，通过人工调整导向角度，无法保证锥度的精准磨削。
【示例2】
结合图3，此专利装置自由度过多，必然造成结构刚性差，影响磨削精度。其次，虽然采用数控编程完成7:24完成磨削进给，但并未给出明确的锥度计算公式及详实可靠的磨削工艺。造成最终锥度修复精度无法准确检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，主要针对数控机床主轴因锥孔严重损伤致基准丧失的修复工作。包含自磨机成套设备、机床精度检测方法、砂轮修磨路径计算。相较现有的示例而言，具有结构简单、计算精准、使用方便的优点。
本发明的技术方案：一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，该方法的步骤是：
S1：修整砂轮，选择柱状砂轮；
S2：确定机床各轴定位精度和重复定位精度；
S3：去掉机床主轴端面的定位块，在待修机床工作台上安装自磨机；
修复卧式主轴锥孔时，自磨机安装在机床平台上；
修复立式主轴锥孔时，首先把两个面成90°角度的弯板的一面固定在待修机床工作台上，然后将自磨机按主轴锥孔角度固定在弯板的另一个面上；
松开锁紧旋转轴的压板，微调砂轮与主轴锥孔的平行度；调正好后锁紧压板；
S4：调整机床主轴高度，使自磨机砂轮主轴与待修机床主轴锥孔中心高度相同，或者误差2mm以内；
S5：松开自磨机的压板，旋转导轨和导轨底板一定角度，使自磨机砂轮表面与机床待修主轴锥孔的锥面平行度，然后压板压紧；
S6：设定待修锥孔的轴向长度Y，移动机床，使砂轮位于主轴锥孔的最里端，直到砂轮前端面的外侧与主轴锥孔的退刀槽平齐；则此时，砂轮外侧上与主轴锥孔最近的点对应的空间上的点作为原点；
通过机床伺服轴的进给，移动机床主轴，得出Y值，即测量出锥孔轴线的长度，通过锥度比例换算公式，换算出主轴锥孔在该长度上的底圆半径L，得到要待修锥孔的锥度，其中，L为主轴锥孔大端面的底圆半径；
S7：根据计算所得的机床主轴起始点和终点移动的坐标，编辑修复主轴锥孔的程序，按照程序进行磨削；
磨削程序如下：确定机床主轴运动定位起点，即起A位置，选择坐标原点，或者坐标原点附近的点，在A位置基础上，机床主轴向右偏置进给量0.01-0.02 毫米，一次进给完成后到达运动终点B位置，B位置是：在轴向方向上距离起始点为Y距离的平面上，在该平面上距离定位起点为L距离的点，其中，L和Y满足锥度比例换算公式；机床主轴继续偏置相同进给量；
进行循环几次操作，即执行几次磨削程序，进行下一步操作；
S8：分别检查主轴摆差及正母线和侧母线精度是否合格；
S9：合格，则完成磨削，不合格继续重复磨削程序。
进一步地，步骤S9还包括，调整程序磨削变量：磨削过程中进行多次检测，根据检测结果，调整程序磨削变量，直至磨削合格。
进一步地，步骤S9之后还包括S10：若主轴端面有损伤，在自磨机上更换碗状砂轮，磨削主轴端面。
进一步地，步骤S3具体还包括，修复卧式主轴锥孔时，首先，把自磨机放在待修机床的工作台上，按主轴锥孔的角度去摆放底座位置；通过手轮摇动丝杠使进给托板前后运动，观察砂轮与主轴锥孔是否平行；调整砂轮与主轴锥孔平行；然后，通过压板把自磨机底座与待修机床工作台固定；通过手轮将进给托板摇到导轨最前端，顶住前端丝杠支撑。
进一步地，步骤S7中，磨削程序中，起初，砂轮不接触主轴锥孔进行磨削，通过偏置进给接触主轴锥孔。
进一步地，步骤S3中，修复立式主轴锥孔时，首先把90°弯板固定在待修机床工作台上，然后将自磨机按主轴锥孔角度固定在弯板上，松开锁紧旋转轴的压板2和压板，微调砂轮与主轴锥孔的平行度；调正好后锁紧压板，此后按卧式锥孔磨削步骤进行修复工作。
进一步地，步骤S6具体限定：设定待修锥孔的轴向长度Y，移动机床，使砂轮位于主轴锥孔的最里端，直到砂轮前端面的外侧与主轴锥孔的退刀槽平齐；记录机床操作面板上主轴移动的值Y1，相反方向机床移动主轴，直到砂轮前端面外侧从主轴锥孔外端露出1-2mm,再次记录床操作面板上主轴移动的值Y2；得到Y值＝Y2-Y1。
进一步地，步骤S6具体限定：Y值精度依靠于机床定位精度，精确到小数点后三位。
进一步地，上述方法采用的自磨机，包括底座、导轨底板、轴承、回转轴、导轨、进给拖板、丝杠、丝杠支撑、手轮；砂轮主轴套、砂轮主轴、砂轮、皮带轮、传动皮带、皮带轮、电机；导轨底板固定在底座上，导轨固定在导轨底板，导轨中心孔通过轴承连接回转轴，回转轴穿过导轨底板、底座；丝杠支撑具有两个，固定在导轨两端，丝杠前后分别穿过丝杠支撑；丝母固定连接进给拖板；丝母与丝杠配合；导轨与进给拖板具有轴向贯通的配合结构，能够相对轴向移动；进给拖板上端安装砂轮主轴套，砂轮主轴穿过砂轮主轴套33并固定；从动皮带轮固定在砂轮主轴尾端，两者同步转动，砂轮固定在砂轮主轴前端，电机带动主动皮带轮转动，传动皮带绕过主动皮带轮、从动皮带轮；手轮带动丝杠转动；导轨上具有轴向贯通凹槽，进给拖板具有轴向贯通的凸起，两者进行配合；砂轮主轴的轴向平行与导轨轴线平行；底座轴线与机床的工作台轴线平行。
进一步地，导轨与进给拖板为双凸配合结构。
进一步地，防护罩照在传动皮带、主动皮带轮，从动皮带轮上。
进一步地，电机安装在进给拖板上。
进一步地，通过压板，导轨底板固定在底座上。
进一步地，电机采用三相异步电机。
与现有技术相比，本实用型专利技术的优越性是：砂轮修整后通过锥度换算生成加工程序，利用数控机床自身进给精度(200mm行程内定位精度一般都小于0.001mm)，从而确保主轴锥孔修复精度，有效减少外部因素干扰。同时依靠机床进给实现每次修磨量的精准控制，避免主轴锥孔过量磨削，大幅降低维修成本，提升主轴锥孔修复质量，满足高精度主轴锥孔的修复需求。已成功应用于多台、多类数控设备的主轴修复工作。
本发明的技术方案有益效果在于：结构简单、稳定性好、修型路径计算原理简单易懂，可推广性强、修磨精度等级高。通过此法可以对主轴锥孔进行多次修磨，理论上可以精确控制每次的修磨量最低至0.001mm。
通过近十年的现场维修使用案例，均收到了良好的效果。为我公司已经修复了如下设备：德国沙尔曼HC3.3落地镗铣床主轴的锥孔、德国KOLB龙门铣床主轴的锥孔、德国WOTAN对置镗床主轴的锥孔、意大利PAMA卧式加工中主轴的锥孔以及国产部分机床主轴的锥孔。
目前其他替代方案不具备此方案的普遍使用性，如示例1和示例2中的装置只能针对某一种特定结构机床的主轴进行维修，精度控制等级以及重复修配次数均不如本发明方案成熟完善。
附图说明
图1现有装置结构；
图2本发明的方法采用的锥孔自磨机结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4修整自磨机砂轮的原理示意图；
图5卧式主轴安装自磨机方法；
图6立式主轴安装自磨机方法；
图7-1自磨机砂轮与主轴锥孔位置图(同一高度)；
图7-2自磨机砂轮与主轴锥孔位置图(锥面平行)；
图8锥度换算原理图；
图9-1磨削控制过程示意图；
图9-2在程序中通过逐渐向右同时偏置A、B两点坐标控制磨削量示意图
图10检验磨削后的锥孔精度示意图；
图11主轴锥孔端面修整方法示意图。
具体实施方式
本发明的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，采用一种机床主轴锥孔修复装置(简称自磨机)，进行修复
所述的一种机床主轴锥孔修复装置(简称自磨机)，如图2、3所示：主要由底座25、导轨底板26、压板27、压板35、轴承36、回转轴37、导轨28、进给拖板29、丝杠41、丝杠支撑39、手轮38、丝杠支撑44、砂轮主轴套33、砂轮主轴42、砂轮43、皮带轮34、防护罩40、传动皮带32、皮带轮30、电机31 构成。
导轨底板26固定在底座25上，导轨28固定在导轨底板26，导轨28中心孔通过轴承36连接回转轴37，回转轴37穿过导轨底板26、底座25；丝杠支撑具有两个，固定在导轨28两端，丝杠前后分别穿过丝杠支撑；丝母固定连接进给拖板29；丝母与丝杠配合。导轨与进给拖板具轴向贯通的配合结构，能够相对轴向移动；进给拖板29上端安装砂轮主轴套33，砂轮主轴42穿过砂轮主轴套33并固定；从动皮带轮34固定在砂轮主轴42尾端，两者同步转动，砂轮43 固定在砂轮主轴42前端，电机31带动主动皮带轮30转动，传动皮带32绕过主动皮带轮30、从动皮带轮34手轮38带动丝杠转动。
砂轮主轴42的轴向平行与导轨28轴线平行；
底座25轴线与机床的工作台轴线平行。
防护罩40照在传动皮带32、皮带轮30、皮带轮34。
电机31安装在进给拖板29上。
通过压板，导轨底板26固定在底座25上。
采用双凸导轨，具有微调磨头角度的功能(±10°)。磨头旋转由电机通过皮带传动。修整砂轮采用普通砂轮。电机采用三相异步电机并具有启停控制、漏电保护功能。
本发明的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，该方法的步骤是：
S1：若使用新砂轮，首先修整砂轮。(用主轴锥孔没有损伤的机床来修整自磨机砂轮，确保砂轮在旋转的时候摆动误差最小。这样在修复主轴锥孔时找的基准点会更加精确。图5修整自磨机砂轮的原理示意图，柱状砂轮。
S2：使用激光干涉仪复查机床各轴在修复工作范围内(1m内)的定位精度和重复定位精度，调整机床两项精度至0.01mm。
S3：去掉机床主轴端面的定位块，在待修机床工作台上安装自磨机。
根据机床结构的不同，确定具体的安装方式。图5卧式主轴安装自磨机方法；图6立式主轴安装自磨机方法。
修复卧式主轴锥孔时，自磨机安装在机床平台上。
修复立式主轴锥孔时，首先把两个面成90°角度的弯板的一面固定在待修机床工作台上，然后将自磨机按主轴锥孔角度固定在弯板的另一个面上。
松开锁紧旋转轴的压板，微调砂轮与主轴锥孔的平行度。调正好后锁紧压板，此后按卧式锥孔修磨步骤进行修复工作。
S4：如图7-1所示：调整机床主轴高度，使自磨机砂轮主轴42与待修机床主轴锥孔中心高度相同，或者误差2mm以内；
S5：按图7-2所示：松开自磨机的压板，旋转导轨和导轨底板26一定角度，使自磨机砂轮表面与机床待修主轴锥孔的锥面平行度(大致调整砂轮的轴线与锥孔的锥度平行度)，然后压板压紧；
S6：如图7-3所示：设定待修锥孔的轴向长度Y，并在此基础上建立一个直角坐标系，锥孔轴向长度方向为坐标系的一个y轴，x轴位于平行于导轨平面的平面内。
移动机床，使砂轮位于主轴锥孔的最里端，直到砂轮前端面的外侧与主轴锥孔的退刀槽平齐；则此时，砂轮外侧上与主轴锥孔最近的点对应的空间上的点作为原点；
(记录机床操作面板上主轴移动的值Y1，相反方向机床移动主轴，直到砂轮前端面外侧从主轴锥孔外端露出1-2mm,再次记录床操作面板上主轴移动的值 Y2；得到Y值＝Y2-Y1；)
通过机床伺服轴的进给，移动机床主轴，(观察机床面板中的坐标值)，得出Y值，即测量出锥孔轴线的长度，(通过下式)换算出主轴锥孔在该长度上的底圆半径，得到要待修锥孔的锥度，
下式为(7:24)锥度比例换算公式：
3.5：24＝L：Y
其中，L为主轴锥孔大端面的底圆半径(主轴锥孔在该长度上的底圆半径)。
Y值精度依靠于机床定位精度，可以精确到小数点后三位。此方法可以保证计算(7：24)锥度精确到0.001mm。
换算公式原理示意图，图8所示，例如：由公式可以计算出不同Y值下底圆半径L的值。
当 Y＝24.000，得出 L＝3.500
当 Y＝48.000，得出 L＝4＝7.000
S7：根据计算所得的机床主轴起始点和终点移动的坐标，以图9所示为例，编辑修复主轴锥孔的数控程序，程序流程如下：
机床主轴定位起点A位置(可以为坐标原点也可以不是原点坐标)，在A 位置基础上，机床主轴向右偏置进给量0.02毫米，一次进给完成后终点B点， B点的位置是：在轴向方向上距离起始点(A点)为Y距离的平面上，在该平面上距离起始点为L距离的点(其中3.5：24＝L：Y)；机床主轴继续偏置进给量 0.02毫米，进行循环n次操作，进行下一步操作；
图中，在程序中通过逐渐向右同时偏置A、B两点坐标控制磨削量
S8：执行几次修磨程序后，利用检验棒，如图10所示：分别检查主轴摆差及检验棒正母线和侧母线精度。图10检验磨削后的锥孔精度示意图。
S9：磨削过程中进行多次检测，根据检测结果，调整程序磨削变量(偏置进给量)，直至磨削合格。
S10：若主轴端面有损伤，在自磨机上更换碗状砂轮，修理主轴端面。如图 11所示。
修复卧式主轴锥孔时，首先，把自磨机放在待修机床的工作台上，按主轴锥孔的角度去摆放底座25位置；通过手轮38摇动丝杠41使进给托板29前后运动，观察砂轮43与主轴锥孔是否平行；调整砂轮43与主轴锥孔平行；然后，通过压板把自磨机底座25与待修机床工作台固定；通过手轮38将进给托板29 摇到导轨28最前端，顶住前端丝杠支撑44；
此时，操作数控机床，使砂轮43到达主轴锥孔的内侧，超出锥孔锥面5mm，确定主轴锥孔内侧的基准点(起始点)。
再移动机床，退出主轴端面5mm，砂轮在主轴锥孔外侧的基准点。
通过计算公式算出(7：24)锥孔的锥度，得出两个坐标点数值；进行磨削程序编制，控制机床运动进行插补修复。起初，砂轮不接触主轴锥孔进行磨削，通过坐标偏置控制进给磨削量，将每次偏置量设定到0.01mm。保证磨削量控制精确，将主轴锥孔的硬度层损失降至最小。
修复立式主轴锥孔时，首先把90°弯板固定在待修机床工作台上，然后将自磨机按主轴锥孔角度固定在弯板上，松开锁紧旋转轴的压板27和压板35，微调砂轮与主轴锥孔的平行度。调正好后锁紧压板，此后按卧式锥孔修磨步骤进行修复工作。

Claims (10)

1.一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，该方法的步骤是：
S1：修整砂轮，选择柱状砂轮；
S2：确定机床各轴定位精度和重复定位精度；
S3：去掉机床主轴端面的定位块，在待修机床工作台上安装自磨机；
修复卧式主轴锥孔时，自磨机安装在机床平台上；
修复立式主轴锥孔时，首先把两个面成90°角度的弯板的一面固定在待修机床工作台上，然后将自磨机按主轴锥孔角度固定在弯板的另一个面上；
松开锁紧旋转轴的压板，微调砂轮与主轴锥孔的平行度；调正好后锁紧压板；
S4：调整机床主轴高度，使自磨机砂轮主轴与待修机床主轴锥孔中心高度相同，或者误差2mm以内；
S5：松开自磨机的压板，旋转导轨和导轨底板一定角度，使自磨机砂轮表面与机床待修主轴锥孔的锥面平行度，然后压板压紧；
S6：设定待修锥孔的轴向长度Y，移动机床，使砂轮位于主轴锥孔的最里端，直到砂轮前端面的外侧与主轴锥孔的退刀槽平齐；则此时，砂轮外侧上与主轴锥孔最近的点对应的空间上的点作为原点；
通过机床伺服轴的进给，移动机床主轴，得出Y值，即测量出锥孔轴线的长度，通过锥度比例换算公式，换算出主轴锥孔在该长度上的底圆半径L，得到要待修锥孔的锥度，其中，L为主轴锥孔大端面的底圆半径；
S7：根据计算所得的机床主轴起始点和终点移动的坐标，编辑修复主轴锥孔的程序，按照程序进行磨削；
磨削程序如下：确定机床主轴运动定位起点，即起A位置，选择坐标原点，或者坐标原点附近的点，在A位置基础上，机床主轴向右偏置进给量0.01-0.02毫米，一次进给完成后到达运动终点B位置，B位置是：在轴向方向上距离起始点为Y距离的平面上，在该平面上距离定位起点为L距离的点，其中，L和Y满足锥度比例换算公式；机床主轴继续偏置相同进给量；
进行循环几次操作，即执行几次磨削程序，进行下一步操作；
S8：分别检查主轴摆差及正母线和侧母线精度是否合格；
S9：合格，则完成磨削，不合格继续重复磨削程序。
2.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S9还包括，调整程序磨削变量：磨削过程中进行多次检测，根据检测结果，调整程序磨削变量，直至磨削合格。
3.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S9之后还包括S10：若主轴端面有损伤，在自磨机上更换碗状砂轮，磨削主轴端面。
4.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S3具体还包括，修复卧式主轴锥孔时，首先，把自磨机放在待修机床的工作台上，按主轴锥孔的角度去摆放底座位置；通过手轮摇动丝杠使进给托板前后运动，观察砂轮与主轴锥孔是否平行；调整砂轮与主轴锥孔平行；然后，通过压板把自磨机底座与待修机床工作台固定；通过手轮将进给托板摇到导轨最前端，顶住前端丝杠支撑。
5.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S7中，磨削程序中，起初，砂轮不接触主轴锥孔进行磨削，通过偏置进给接触主轴锥孔。
6.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S3中，修复立式主轴锥孔时，首先把90°弯板固定在待修机床工作台上，然后将自磨机按主轴锥孔角度固定在弯板上，松开锁紧旋转轴的压板2和压板，微调砂轮与主轴锥孔的平行度；调正好后锁紧压板，此后按卧式锥孔磨削步骤进行修复工作。
7.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S6具体限定：设定待修锥孔的轴向长度Y，移动机床，使砂轮位于主轴锥孔的最里端，直到砂轮前端面的外侧与主轴锥孔的退刀槽平齐；记录机床操作面板上主轴移动的值Y1，相反方向机床移动主轴，直到砂轮前端面外侧从主轴锥孔外端露出1-2mm,再次记录床操作面板上主轴移动的值Y2；得到Y值＝Y2-Y1。
8.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，步骤S6具体限定：Y值精度依靠于机床定位精度，精确到小数点后三位。
9.根据权利要求1所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，采用的自磨机的限定如下：包括底座(25)、导轨底板(26)、轴承(36)、回转轴(37)、导轨(28)、进给拖板(29)、丝杠(41)、丝杠支撑、手轮(38)；砂轮主轴套(33)、砂轮主轴(42)、砂轮(43)、皮带轮(34)、传动皮带(32)、皮带轮(30)、电机(31)；导轨底板(26)固定在底座(25)上，导轨(28)固定在导轨底板(26)，导轨(28)中心孔通过轴承(36)连接回转轴(37)，回转轴(37)穿过导轨底板26)、底座(25)；丝杠支撑具有两个，固定在导轨(28)两端，丝杠前后分别穿过丝杠支撑；丝母固定连接进给拖板(29)；丝母与丝杠配合；导轨(28)与进给拖板(29)具有轴向贯通的配合结构，能够相对轴向移动；进给拖板(29)上端安装砂轮主轴套(33)，砂轮主轴(42)穿过砂轮主轴套33并固定；从动皮带轮(34)固定在砂轮主轴(42)尾端，两者同步转动，砂轮(43)固定在砂轮主轴(42)前端，电机(31)带动主动皮带轮(30)转动，传动皮带(32)绕过主动皮带轮(30)、从动皮带轮(34)；手轮(38)带动丝杠转动。
10.根据权利要求9所述的一种使用自磨装置修复主轴锥孔的方法，其特征在于，采用的自磨机的限定如下：砂轮主轴(42)的轴向平行与导轨(28)轴线平行；底座(25)轴线与机床的工作台轴线平行。
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