CN111098193A - 工件的加工方法及其磨床和应用 - Google Patents

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Abstract

一种工件的加工方法，包括在工件的两侧至少设置一对砂轮，同时实施粗加工或精加工；加工时，两枚砂轮不分先后，且互不干涉同时对工件实施磨削；磨削时，工件径向两侧的砂轮不在同一水平高度上，避免磨削周期共振带来的工件尺寸及精度方面的波动。磨削时，工件径向两侧的砂轮不在同一水平高度上，可以有效避免磨削周期共振带来的尺寸及精度方面的波动。由于两侧同时加工，显著提高了加工效率，可以达到现有外圆磨床的4倍以上。

Description

工件的加工方法及其磨床和应用
技术领域
本发明涉及一种用于对工件进行机加工的方法，尤其涉及一种对工件进行磨削加工的方法，以及在工件外圆加工中的应用，和采用多轴联动的方式实现工件(如：台阶外圆)加工的磨床。
背景技术
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件的控制单元，数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成。
数控机床一般由主机、数控制装置、驱动装置、辅助装置和其它附属设备等几个部分组成。主机是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。它是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置是数控机床的核心，包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置系数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如：冷却、排屑、润滑、照明和监测等。编程及其他附属设备可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴等几种数控机床。对于刀具的制造，其某些形状的加工动作涉及五轴联动功能，必须使用五轴联动机床。
圆柱类、轴类零件的磨削都是通过工件和砂轮同时旋转的方式实现的。加工中，由于工件细长，一般加工难以保证圆度、跳动、同轴度和直线度。因此，传统加工设备都会采用一侧磨削，另一侧以支撑件跟随的方式来保证加工质量(如：圆度、跳动、同轴度和直线度等)。即便如此，加工效率依然不高，生产效率由此受到限制。
为此，在另一些设备中，也有同时在工件两侧分别设置一枚粗加工砂轮和一枚精加工砂轮，从而在一定程度上提高加工效率。但仍存在一些问题，比如：由于粗加工砂轮和精加工砂轮的磨削能力不同，用这样的一组砂轮同时在工件的两侧磨削，依然会造成工件偏摆不圆，而且对精加工砂轮磨损增大。为解决该问题，不得不采取两侧粗加工砂轮和精加工砂轮一前一后设置，即砂轮分置于工件两侧，一前一后，以不对称的两种深度同时对工件进行加工。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种工件的加工方法，实现对工件的外圆(如：台阶外圆)磨削加工的效率。
本发明的另一个目的在于提供一种工件的加工方法，实现对工件的外圆(如：台阶外圆)，圆柱类或轴类零件的外圆磨削在圆度、跳动、直线度和同轴度等方面的精度。
本发明的再一个目的在于提供一种磨床，实现对工件的外圆(如：台阶外圆)磨削加工的效率。
本发明的又一个目的在于提供一种磨床，实现对工件的外圆(如：台阶外圆)，圆柱类或轴类零件的外圆磨削在圆度、跳动、直线度和同轴度等方面的精度。
本发明的又一个目的在于提供一种磨床在工件外圆加工中的应用。
本发明所称的工件，为圆柱状或圆锥状的轴体，其轴向长度是工件轴向最大外径的2倍以上。
一种工件的加工方法，其特征在于包括：
在工件的两侧至少设置一对砂轮，同时实施粗加工或精加工；
加工时，两枚砂轮互不干涉，不分先后同时对工件实施磨削；
磨削时，工件径向两侧的砂轮不在同一水平高度上，避免磨削周期共振带来的工件尺寸及精度方面的波动。
本发明提供的工件的加工方法，砂轮对工件实施磨削时，砂轮不动，工件相对砂轮转动。
本发明提供的工件的加工方法，各个砂轮的高度差值为0.3μm～100μm，尤其是0.3μm～50μm。
本发明工件的加工方法应用于工件外圆加工中，改善工件圆度、跳动、直线度和同轴度的加工精度。为了实施该加工方法，本发明还提供一种磨床，包括：
基座，
第一主轴，其与基座之间具有第一垂直距离；
第二主轴，其与基座之间具有第二垂直距离；
第一垂直距离和第二垂直距离不相等。
本发明提供的磨床，在对工件进行加工中，第一主轴和第二主轴设置于工件径向的两侧，互不干涉。
本发明提供的磨床，还包括第一砂轮组，对工件外圆实施粗加工；第一砂轮组包括：
第一砂轮，其设置于第一主轴；
第二砂轮，其设置于第二主轴；
本发明提供的磨床，在对工件进行加工中，第一砂轮和第二砂轮设置于工件径向的两侧，互不干涉。
本发明提供的磨床，还包括第二砂轮组，对工件外圆实施精加工；第二砂轮组包括：
第三砂轮，其设置于第一主轴；
第四砂轮，其设置于第二主轴。
本发明提供的磨床，在对工件进行加工中，第三砂轮和第四砂轮设置于工件径向的两侧，互不干涉。
本发明提供另一种磨床，包括
基座，
第一磨削机构，其包括第一回转轴和第一主轴，第一主轴与基座之间具有第一垂直距离；
第二磨削机构，其包括第二回转轴和第二主轴，第二主轴与基座之间具有第二垂直距离；
第一砂轮组，其包括第一砂轮和第二砂轮，第一砂轮设置于第一主轴，第二砂轮设置于第二主轴；
第二砂轮组，其包括第三砂轮和第四砂轮，第三砂轮设置于第一主轴，第四砂轮设置于第二主轴。
本发明提供的磨床，在对工件进行加工中，第一磨削机构和第二磨削机构设置于工件径向的两侧，互不干涉。
本发明提供的磨床，第一回转轴绕XYZ坐标系的Z向旋转，第二回转轴绕XYZ坐标系的Z向旋转。
本发明提供的磨床，第一主轴受第一回转轴的驱动，而绕XYZ坐标系的Z向旋转，实现第一砂轮与第三砂轮之间的轮换。第二主轴受第二回转轴的驱动，而绕XYZ坐标系的Z向旋转，实现第二砂轮与第四砂轮之间的轮换。
本发明提供的磨床，第一垂直距离和第二垂直距离的差值为0.3μm～100μm，尤其是0.3μm～50μm。
本发明提供另一种磨床，包括：
基座，
架体，设置于基座上；
第一移动机构，其设置于基座上，沿XYZ坐标系的X向移动；
第二移动机构，其受第一移动机构驱动沿X向移动；
第三回转机构，其受第二移动机构驱动沿XYZ坐标系的Y向移动；
第一磨削机构，其设置于架体上，沿XYZ坐标系的Y向移动；
第二磨削机构，其设置于架体上，沿XYZ坐标系的Y向移动；
第一磨削机构和第二磨削机构在XYZ坐标系的Y向上共轴；
工件夹具，其沿X向移动，并与第三回转机构配合对工件的两端实施夹持。
本发明的磨床，其工件夹具还包括第四回转轴，用于与回转机构配合对夹持的工件实施回转运动。
本发明的磨床，在第一磨削机构或第二磨削机构上设置探测器，用于探测工件。
本发明提供的各种磨床应用与工件的外圆加工，显著提高产品的圆度、跳动、直线度和同轴度等，提高了产品的加工精度。
本发明技术方案实现的有益效果：
本发明的磨床，在工件的两侧至少设置一对砂轮，同时实施粗加工或精加工。加工时，两枚砂轮不分先后同时对工件实施磨削(即砂轮不动，工件相对砂轮运动，如：转动)。磨削时，工件径向两侧的砂轮不在同一水平高度上，可以有效避免磨削周期共振带来的尺寸及精度方面的波动。由于两侧同时加工，显著提高了加工效率，可以达到现有普通外圆磨床的3倍以上。
本发明的磨床，还至少设置一对砂轮对工件实施精加工，在粗加工砂轮从工件径向两侧进行粗加工后，互为支撑，可以避免工件让刀而保证加工的精度。同时，由于两侧的主轴不等高(可以避免均等磨削引起的共振)可以实施快速磨削。粗加工完成后，两侧主轴受回转轴驱动而回转180°，再在工件的两侧同时用精加工砂轮磨削完成工件制得产品。经测试，产品的圆度可以达到±1μm以内，跳动、直线度和同轴度亦都能得到保证±1μm以内。
附图说明
图1为本发明磨床一实施例的结构示意图；
图2为图1所示的磨床另一角度的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
图1为本发明磨床一实施例的结构示意图，图2为图1所示的磨床另一角度的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例的磨床包括基座60和架体70，架体70设置于基座60上。
第一移动机构10设置于基座60上，沿沿XYZ坐标系的X向移动。第二移动机构20受第一移动机构10驱动沿X向移动。
第三回转机构50系A轴，绕X向旋转运动，其受第二移动机构20驱动沿Y向移动。
第一磨削机构30设置于架体70上，沿XYZ坐标系的Y向移动。第二磨削机构40设置于架体70上，沿XYZ坐标系的Y向移动。
第一磨削机构30包括第一回转轴31和第一主轴32。第一主轴32沿XYZ坐标系的Z向移动，其与基座60之间具有第一垂直距离H1。第二磨削机构40包括第二回转41和第二主轴42。第一磨削机构和第二磨削机构均在一副XYZ坐标系的Y向导轨上运动。第二主轴42沿XYZ坐标系的Z向移动，与基座60之间具有第二垂直距离H2。第一垂直距离H1和第二垂直距离H2的差值为0.3μm～100μm。本实施例中，一对粗加工砂轮分别设置于第一主轴32和第二主轴42，以及一对精加工砂轮分别设置于第一主轴32和第二主轴42。在第一磨削机构30上设置探测器92，用于探测工件80。
本实施例中，架体70采用龙门式立柱结构，固定在基座60上，横梁在龙门式立柱上采用1副直线导轨，通过2个永磁同步直驱电机分别驱动2副滚珠丝杠，实现第一电主轴32和第二电主轴42在横梁上沿Y向移动，以及沿Z向移动。第一电主轴32和第二电主轴42均为双端面电主轴，在对工件进行加工时，第一电主轴32和第二电主轴42位于工件80径向的两侧，互不干涉，实施台阶外圆的加工。
工件夹具91沿X轴移动，并与回转机构配合对工件的两端实施夹持。本实施例中，工件夹具还包括第四回转轴，用于与第三回转机构配合对夹持的工件实施回转运动。
本实施例提供的磨床，在工件的两侧至少设置一对砂轮，同时实施粗加工或精加工。加工时，两枚砂轮不分先后同时对工件实施磨削(即砂轮不动，工件相对砂轮运动)。磨削时，工件径向两侧的砂轮不在同一水平高度上，可以有效避免磨削周期共振带来的尺寸及精度方面的波动。在粗加工砂轮从工件径向两侧进行粗加工后，互为支撑，可以避免工件让刀而保证加工的精度。同时，由于两侧的主轴不等高(可以避免均等磨削引起的共振)可以实施快速磨削。粗加工完成后，两侧主轴受回转轴驱动而回转180°，再在工件的两侧同时用精加工砂轮磨削完成工件制得产品。以长度小于且等于300mm，外径小于且等于300mm的圆柱形工件为例，加工后的工件分别采用光学对刀仪、真圆度仪、三坐标单元测量，产品的圆度可以达到±1μm以内，跳动、直线度和同轴度亦都能得到保证±1μm以内。

Claims (23)

1.一种磨床，其特征在于包括：
基座，
第一主轴，其与所述的基座之间具有第一垂直距离；
第二主轴，其与所述的基座之间具有第二垂直距离；
所述的第一垂直距离和所述的第二垂直距离不相等；
在对工件进行加工中，所述的第一主轴和所述的第二主轴设置于所述工件径向的两侧，互不干涉。
2.根据权利要求1所述的磨床，其特征在于所述的第一垂直距离和所述的第二垂直距离的差值为0.3μm～100μm。
3.根据权利要求1所述的磨床，其特征在于所述的第一垂直距离和所述的第二垂直距离的差值为0.3μm～50μm。
4.根据权利要求1所述的磨床，其特征在于还包括第一砂轮组，对工件外圆实施粗加工；所述的第一砂轮组包括：
第一砂轮，其设置于所述的第一主轴；
第二砂轮，其设置于所述的第二主轴。
5.根据权利要求4所述的磨床，其特征在于还包括第二砂轮组，对工件外圆实施精加工；第二砂轮组包括：
第三砂轮，其设置于第一主轴；
第四砂轮，其设置于第二主轴。
6.一种磨床，其特征在于包括：
基座，
第一磨削机构，其包括第一回转轴和第一主轴，所述的第一主轴与所述的基座之间具有第一垂直距离；
第二磨削机构，其包括第二回转轴和第二主轴，所述的第二主轴与所述的基座之间具有第二垂直距离；
第一砂轮组，其包括第一砂轮和第二砂轮，所述的第一砂轮设置于所述的第一主轴，所述的第二砂轮设置于所述的第二主轴；
第二砂轮组，其包括第三砂轮和第四砂轮，所述的第三砂轮设置于所述的第一主轴，所述的第四砂轮设置于所述的第二主轴；
在对工件进行加工中，第一磨削机构和第二磨削机构设置于工件径向的两侧，互不干涉。
7.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于所述的第一垂直距离和所述的第二垂直距离的差值为0.3μm～100μm。
8.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于所述的第一垂直距离和所述的第二垂直距离的差值为0.3μm～50μm。
9.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于所述的第一回转轴绕XYZ坐标系的Z向旋转和第二回转轴绕XYZ坐标系的Z向旋转。
10.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于所述的第一主轴受所述的第一回转轴的驱动，而绕XYZ坐标系的Z向旋转，使所述的第一砂轮与所述的第三砂轮之间的轮换。
11.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于所述的第二主轴受所述的第二回转轴的驱动，而绕XYZ坐标系的Z向旋转，使所述的第二砂轮与所述的第四砂轮之间的轮换。
12.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于所述的第一磨削机构和所述的第二磨削机构均在一副XYZ坐标系的Y向导轨上运动。
13.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于在所述的第一磨削机构或所述的第二磨削机构上设置探测器，用于探测工件。
14.根据权利要求1～13之一所述的磨床，其特征在于还包括：
架体，设置于所述的基座上；
第一移动机构，其设置于所述的基座上，沿XYZ坐标系的X向移动；
第二移动机构，其受所述的第一移动机构驱动沿X向移动；
第三回转机构，其受所述的第二移动机构驱动沿XYZ坐标系的Y向移动。
15.根据权利要求14所述的磨床，其特征在于还包括工件夹具，其沿X向移动，并与所述的第三回转机构配合对工件的两端实施夹持。
16.根据权利要求15所述的磨床，其特征在于所述的工件夹具还包括第四回转轴，用于与第三回转机构配合对夹持的工件实施回转运动。
17.根据权利要求1～15之一所述的磨床在对工件的外圆实施磨削加工中的应用。
18.根据权利要求1～15之一所述的磨床在对工件的外圆实施磨削加工中的应用，加工所得产品的圆度可以达到±1μm以内，跳动、直线度和同轴度亦能得到±1μm以内。
19.一种工件的加工方法，其特征在于包括：
在工件的两侧至少设置一对砂轮，同时实施粗加工或精加工；
加工时，两枚砂轮互不干涉，不分先后同时对工件实施磨削；
磨削时，工件径向两侧的砂轮不在同一水平高度上，避免磨削周期共振带来的工件尺寸及精度方面的波动。
20.根据权利要求19所述的工件的加工方法，其特征在于所述的砂轮对所述的工件实施磨削时，所述砂轮不动，所述的工件相对所述的砂轮转动。
21.根据权利要求19所述的工件的加工方法，其特征在于各个所述的砂轮的高度差值为0.3μm～100μm。
22.根据权利要求19所述的工件的加工方法，其特征在于各个所述的砂轮的高度差值为0.3μm～50μm。
23.根据权利要求19～22之一所述的工件的加工方法在工件外圆加工中的应用，改善工件圆度、跳动、直线度和同轴度的加工精度。
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