CN111136523B - 一种高精度中心孔磨床及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度中心孔磨床及其加工方法，高精度中心孔磨床是为加工高精度轴类零件提供一个高精度的加工基准的工作母机，主要包括机架立柱、磨头机构、工件夹具、尾架、以及修整器；尾架支撑工件并无级变速带动工件旋转，工件架夹持或支撑工件，磨头主轴安装有砂轮，对工件中心孔进行磨削；修整器通过旋转的金刚石修整棒对砂轮进行修整。本发明中工件旋转，砂轮自转且沿60°母线做往复运动包络出中心孔，形成网状交叉花纹，使得中心孔存油性能和润滑性能提高，使得中心孔精保持性和寿命显著增长，由于工件旋转、砂轮自转、沿60°母线方向的往复运动均有各自独立的机构实现，各机构精度的提高，对中心孔磨削的精度显著提高。

Description

一种高精度中心孔磨床及其加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种高精度中心孔磨床及其加工方法。

背景技术

目前中心孔的加工方式主要包括两种，一种是通过多棱顶尖和顶尖对中心孔进行刮削和研磨，该方式使得中心孔加工精度差，成功率低，费时费力，工作效率低；另一种加工方式是通过中心孔磨床加工中心孔，现有的磨床由于在进行磨削过程中，磨头的运动反向冲击大，使得加工精度难以提高，另外，由于之间运动过程中，各种运动都是通过合成机构叠加完成，没有相互独立的机构进行完成，该加工方式在进行工件加工时，每个部件之间运动都是相互影响，很难提高加工的精度。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种高精度中心孔磨床及其加工方法。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种高精度中心孔磨床，包括立柱部件，从下往上依次安装有可上下移动的尾架部件、可上下移动的工件架部件以及磨头部件；

所述磨头部件包括水平移动滑座，水平移动滑座上安装有30度底座，所述30度底座与水平移动滑座形成30°夹角，30度底座上安装有30度滑座，30度滑座在30度底座上做30°倾斜往复运动，所述30度滑座上安装有可旋转调节的磨头，磨头端部安装有60°圆锥的砂轮；

所述工件架部件包括环形的工件架体壳和工件夹具，所述工件夹具安装于工件架体壳内，工件架体壳与立柱部件活动连接，工件夹具内壁安装有第一工件夹持机构；

所述尾架底座上安装有用于夹持工件末端的夹头，所述夹头上安装有第二动力装置，第二动力装置带动夹头转动。

所述立柱部件顶部设置有第一直线导轨，第一直线导轨上安装有第一滚动块，水平移动滑座与第一滚动块相连接，第一滚动块上安装有第一动力装置，第一动力装置带动第一滚动块沿第一直线导轨直线运动，第一滚动块带动水平移动滑座水平直线运动。

所述第一动力装置包括安装于立柱部件上的第一电机、丝杆、以及螺母，所述第一电机输出轴上套设有第一齿轮，丝杆端部套装有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合；螺母套装置于丝杆上，螺母与水平移动滑座固定连接；所述螺母底部安装有角尺架，角尺架穿过立柱机构与水平移动滑座固定连接。

所述30度底座上设置有第二直线导轨，30度滑座安装于第二直线导轨上，30度滑座与水平移动滑座形成30°，30度滑座上安装有第三动力装置；

所述第三动力装置包括安装于立柱部件内的第三电机、花键轴、摩擦盘、以及离合器；

所述第三电机的输出端安装有曲柄摆杆机构，花键轴穿过摩擦盘中心孔间隙配合，离合器安装于花键轴的一端，花键轴的端部手柄上设置有用于控制离合器离合的控制开关；曲柄摆杆机构与摩擦盘相连接，离合器与摩擦盘间隙配合，当离合器工作，摩擦盘与离合器端面相吸合；第三电机带动摩擦盘转动，摩擦盘带动离合器转动，离合器带动花键轴转动；

花键轴上安装有可水平移动的花键套，花键套上安装有链轮，链轮上啮合有第一链条，第一链条一端与变相联轴器连接，变相联轴器连接，变相联轴器输出端连接有第二链条，第二链条依次穿过立柱部件、水平移动滑座、30度底座与30度滑座端部相连接，变相联轴器将水平运动的第一链条变向为30度倾斜上下移动，第一链条带动30度滑座30度倾斜上下往复移动；所述第一链条的另一端安装有用于重力平衡的重锤。

所述立柱部件上设置有竖直导轨，导轨正面设置有齿条，尾架部件、工件夹具上均安装有移动底座，移动底座与导轨相配合，所述移动底座内安装有与齿条相啮合的齿轮，移动底座上安装有与齿轮轴互锁的防下滑锁紧机构，齿轮轴的一端设置有可拆卸的转动手柄。

还包括砂轮修整器，所述砂轮修整器包括安装于水平移动滑座上的修整器底座，修整器底座上安装有与水平方向成30°的修整棒，砂轮沿30°倾斜往复运动时，修整棒对砂轮进行修整。

所述工件夹具包括安装于工件架体壳内的主轴，主轴内设置有水平端面轴承和竖直径向轴承，水平端面轴承上连接有夹持夹具，第一工件夹持机构安装于夹持夹具内壁；所述主轴底部外壁与工件架体壳之间安装有用于抱紧主轴的涨紧套，涨紧套上设置有松紧调节机构；当涨紧套为松弛状态，主轴与工件架体壳滚动配合，夹持夹具随工件同步转动；当涨紧套为夹紧状态，主轴与工件架体壳夹紧为一体结构，工件在夹具中以外圆为基准转动。

所述尾架部件包括尾架体壳，夹头安装于尾架体壳上；尾架体壳内安装有固定顶尖套；所述第二动力装置包括安装于尾架体壳上的第二电机，第二电机输出端安装有蜗杆，蜗杆驱动绕固定顶尖套外圆旋转的涡轮，涡轮上固定有拨盘，拨盘上的拨杆拨动夹头转动，夹头带动工件旋转。

一种高精度中心孔磨床加工方法，包括：

通过工件夹具夹紧待加工的工件，并且调节尾架底座上下移动，以使得尾架底座与工件下端的中心孔顶紧；

对工件进行定位校准后，通过第一工件夹持机构将工件顶端夹紧；

根据工件加工要求，调节工件夹具的支撑方式；

第二动力装置带动工件转动，磨头部件在水平移动滑座运动，调整磨头水平位置；

开启开关，磨头在30度滑座带动下做30°倾斜往复运动，沿工件中心孔60°内锥母线相切往复运动。

所述工件夹具的支撑方式包括：

当待加工工件外圆为粗基准时，工件夹具与工件架体壳滚动配合，工件夹具夹紧工件，与工件同步转动；

当待加工工件外圆为精基准时，工件夹具与工件架体壳夹紧，工件夹具与工件架体壳为一体固定结构，第一工件夹持机构支撑工件外圆，工件在第一夹持机构中自由转动。与现有技术比较，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种高精度中心孔磨床及其加工方法，采供高速旋转的磨头，使得沿工件中心孔60°内锥母线相切往复运动，形成中心孔，该方式形成的中心孔在微观下表面形成网状交叉花纹，使得磨头的存油润滑性能提高，粗糙度好，耐磨性提高，不易拉毛，精度保持性好，结构上通过砂轮自传、工件旋转、磨头机构倾斜往复运动均为相互独立的运动过程，互相不干涉，为提高各自的运动精度提供了条件，从而显著的提高了中心孔的磨削精度，经过试验验证，本发明中的磨床已经能够达到0.001~0.0005mm的精度，大大提高了工件的加工精度，为精密加工工件提供了加工基准。

附图说明

图1是本发明高精度中心孔磨床结构示意图；

图2是本发明高精度中心孔磨床立柱部件结构示意图；

图3是本发明高精度中心孔磨床磨头部件剖视图；

图4是本发明高精度中心孔磨床磨头部件传动结构示意图；

图5是本发明高精度中心孔磨床磨头部件传动结构剖视图；

图6是本发明高精度中心孔磨床尾架部件结构示意图；

图7是本发明高精度中心孔磨床尾架部件剖视图；

图8是本发明高精度中心孔磨床修整器结构示意图；

图9是本发明高精度中心孔磨床工件架部件结构示意图；

图10是本发明高精度中心孔磨床尾架部件结构示意图；

图11是本发明高精度中心孔磨床尾架部件剖视图。

图中，1—立柱部件；11—第一直线导轨；12—第一滚动块；13—齿条；14—移动底座；15—防下滑锁紧机构；16—转动手柄；17—齿轮；2—尾架部件；21—蜗杆；22—拨杆；23—尾架体壳；24—第二电机；25—固定顶尖套；26—涡轮27—拨盘；3—工件架部件；31—工件架体壳；32—工件夹具；33—第一工件夹持机构；34—主轴；35—夹持夹具；36—涨紧套；341—水平端面轴承；342—竖直径向轴承；4—磨头部件；41—水平移动滑座；42—30度底座；43—磨头；44—30度滑座；45—转盘；46—砂轮；5—第一电机；51—第一齿轮；6—丝杆；62—第二齿轮；621—角尺架；7—砂轮修整器；71—修整器底座；72—修整棒；8—第三电机；81—曲柄摆杆机构；9—花键轴；91—摩擦盘；92—花键套；93—链轮；94—第一链条；95—变相联轴器；96—重锤；97—第二链条；10—离合器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、2所示，本发明提供了一种高精度中心孔磨床，包括立柱部件1，从下往上依次安装有可上下移动的尾架部件2、可上下移动的工件架部件3、以及磨头部件4；

所述磨头部件4包括水平移动滑座41，水平移动滑座41上安装有30度底座42，所述30度底座42与水平移动滑座41形成30°夹角，30度底座42上安装有30度滑座44，30度滑座44在30度底座42上做30°倾斜往复运动，所述30度滑座44上安装有可旋转调节的磨头43，磨头43端部安装有60°圆锥的砂轮46；

所述工件架部件3包括环形的工件架体壳31和工件夹具32，所述工件夹具32安装于工件架体壳31内，工件架体壳31与立柱部件1活动连接，工件夹具32内壁安装有第一工件夹持机构33；所述尾架底座2上安装有用于夹持工件末端的夹头，所述夹头上安装有第二动力装置，第二动力装置带动夹头转动。

立柱部件3：

如图3所示，具体的，本发明中所述立柱部件1顶部设置有第一直线导轨11，第一直线导轨11上安装有第一滚动块12，水平移动滑座41与第一滚动块12相连接，第一滚动块12上安装有第一动力装置，第一动力装置带动第一滚动块12沿第一直线导轨11直线运动，第一滚动块12带动水平移动滑座41水平直线运动。

如图4、5所示，所述第一动力装置包括安装于立柱部件1上的第一电机5、丝杆6、以及螺母62，所述第一电机5输出轴上套设有第一齿轮51，丝杆6端部套装有第二齿轮61，所述第一齿轮51与第二齿轮61相啮合；螺母62套装置于丝杆6上，螺母62与水平移动滑座41固定连接；所述螺母62底部安装有角尺架621，角尺架621穿过立柱机构与水平移动滑座41固定连接。具体的，所述第一电机5为快速电机，能够实现磨头43在水平方向的点动运动，并且可以实现水平方向的慢速移动和快速的移动。

进一步地，所述30度底座42上设置有第二直线导轨421，30度滑座44安装于第二直线导轨421上，30度滑座44与水平移动滑座41形成30°，30度滑座44上安装有第三动力装置；所述第三动力装置包括安装于立柱部件1内的第三电机8、花键轴9、摩擦盘91、以及离合器10；

所述第三电机8的输出端安装有曲柄摆杆机构81，花键轴9穿过摩擦盘91中心孔间隙配合，离合器10安装于花键轴9的一端，花键轴9的端部手柄92上设置有用于控制离合器离合的控制开关；曲柄摆杆机构81与摩擦盘91相连接，离合器10与摩擦盘91间隙配合，当离合器10工作，摩擦盘91与离合器10端面相吸合；第三电机8带动摩擦盘91转动，摩擦盘91带动离合器10转动，离合器10带动花键轴9转动；

花键轴9上安装有可水平移动的花键套92，花键套92上安装有链轮93，链轮93上啮合有第一链条94，第一链条94一端与变相联轴器95连接，变相联轴器95输出端连接有第二链条97，第二链条97依次穿过立柱部件1、水平移动滑座41、30度底座42与30度滑座44端部相连接，变相联轴器95将水平运动的第一链条94变向为30度倾斜上下移动，第二链条97带动30度滑座4430度倾斜上下往复移动；所述第一链条94的另一端安装有用于重力平衡的重锤96。其中，所述，花键套92上开设有卡槽，角尺架621与该卡槽卡和，能够使得螺母与62花键套92同步移动。

如图6、7所示，所述立柱部件1上设置有竖直导轨，导轨正面设置有齿条13，尾架部件2、工件架部件3上均安装有移动底座14，移动底座14与导轨相配合，所述移动底座14内安装有与齿条13相啮合的齿轮17，移动底座14上安装有与齿轮轴互锁的防下滑锁紧机构15，齿轮轴的一端设置有可拆卸的转动手柄16。

磨头部件4：

所述30度滑座44上安装有转盘45，转盘45上安装有磨头43，磨头43端部安装有60°圆锥的砂轮46，磨头43沿工件中心孔60°内锥母线相切往复运动，以使得中心孔表面形成网状交叉花纹。

如图8所示，本发明中，在磨头43一侧还设有砂轮修整器7，所述砂轮修整器7包括安装于水平移动滑座41上的修整器底座71，修整器底座71上安装有与水平方向成30°的修整棒72，砂轮46沿30°倾斜往复运动时，修整棒72对砂轮46进行修整。

工件架部件3：

如图9所示，所述工件夹具32包括安装于工件架体壳31内的主轴34，主轴34内设置有水平端面轴承341和竖直径向轴承342，水平端面轴承341上连接有夹持夹具35，第一工件夹持机构33安装于夹持夹具35内壁；所述主轴34底部外壁与工件架体壳31之间安装有用于抱紧主轴34的涨紧套36，涨紧套36上设置有松紧调节机构；当涨紧套36为松弛状态，主轴34与工件架体壳31滚动配合，夹持夹具35随工件同步转动；当涨紧套36为夹紧状态，主轴34与工件架体壳31夹紧为一体结构，工件在夹具中以外圆为基准转动。

优选地，所述第一工件夹持机构33包括同一水平安装于夹持夹具35内壁上的多个夹持杆夹持杆端部与工件相配合夹紧。

尾架部件2：

如图10、11所示，所述尾架部件2包括尾架体壳23，所述尾架部件2包括尾架体壳23，夹头安装于尾架体壳23上；尾架体壳23内安装有固定顶尖套25；所述第二动力装置包括安装于尾架体壳23上的第二电机24，第二电机24输出端安装有蜗杆21，蜗杆21驱动绕固定顶尖套25外圆旋转的涡轮26，涡轮26上固定有拨盘27，拨盘27上的拨杆22拨动夹头转动，夹头带动工件旋转。

进一步地，本发明的所述机架立柱1上设置有吸尘器。

本发明还提供了一种高精度中心孔磨床加工方法，包括：

通过工件架部件3夹紧待加工的工件，并且调节尾架底座2上下移动，以使得尾架底座2与工件下端的中心孔顶紧；

对工件进行定位校准后，通过第一工件夹持机构33将工件顶端夹紧；

根据工件加工要求，调节工件夹具32的支撑方式；

第二动力装置带动工件转动，磨头部件4在水平移动滑座41带动，调整磨头43水平位置；

开启开关，磨头43在30度滑座44带动下做30°倾斜往复运动，沿工件中心孔60°内锥母线相切往复运动。

所述工件夹具32的支撑方式包括：

当待加工工件外圆为粗基准时，工件夹具32与工件架体壳31滚动配合，工件夹具32夹紧工件，与工件同步转动；

当待加工工件外圆为精基准时，工件夹具32与工件架体壳31夹紧，工件夹具32与工件架体壳31为一体固定结构，第一工件夹持机构33支撑工件外圆，工件在第一夹持机构中自由转动。

对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体实施例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.一种高精度中心孔磨床，其特征在于，包括立柱部件（1），从下往上依次安装有可上下移动的尾架部件（2）、可上下移动的工件架部件（3）、以及磨头部件（4）；

所述磨头部件（4）包括水平移动滑座（41），水平移动滑座（41）上安装有30度底座（42），所述30度底座（42）与水平移动滑座（41）形成30°夹角，30度底座（42）上安装有30度滑座（44），30度滑座（44）在30度底座（42）上做30°倾斜往复运动，所述30度滑座（44）上安装有可旋转调节的磨头（43），磨头（43）端部安装有60°圆锥的砂轮（46）；

所述工件架部件（3）包括环形的工件架体壳（31）和工件夹具（32），所述工件夹具（32）安装于工件架体壳（31）内，工件架体壳（31）与立柱部件（1）活动连接，工件夹具（32）内壁安装有第一工件夹持机构（33）；

所述尾架底座（2）上安装有用于夹持工件末端的夹头，所述夹头上安装有第二动力装置，第二动力装置带动夹头转动；

所述立柱部件（1）顶部设置有第一直线导轨（11），第一直线导轨（11）上安装有第一滚动块（12），水平移动滑座（41）与第一滚动块（12）相连接，第一滚动块（12）上安装有第一动力装置，第一动力装置带动第一滚动块（12）沿第一直线导轨（11）直线运动，第一滚动块（12）带动水平移动滑座（41）水平直线运动；

还包括砂轮修整器（7），所述砂轮修整器（7）包括安装于水平移动滑座（41）上的修整器底座（71），修整器底座（71）上安装有与水平方向成30°的修整棒（72），砂轮（46）沿30°倾斜往复运动时，修整棒（72）对砂轮（46）进行修整；

所述工件夹具（32）包括安装于工件架体壳（31）内的主轴（34），主轴（34）内设置有水平端面轴承（341）和竖直径向轴承（342），水平端面轴承（341）上连接有夹持夹具（35），第一工件夹持机构（33）安装于夹持夹具（35）内壁；所述主轴（34）底部外壁与工件架体壳（31）之间安装有用于抱紧主轴（34）的涨紧套（36），涨紧套（36）上设置有松紧调节机构；当涨紧套（36）为松弛状态，主轴（34）与工件架体壳（31）滚动配合，夹持夹具（35）随工件同步转动；当涨紧套（36）为夹紧状态，主轴（34）与工件架体壳（31）夹紧为一体结构，工件在夹具中以外圆为基准转动。

2.根据权利要求1所述的高精度中心孔磨床，其特征在于，所述第一动力装置包括安装于立柱部件（1）上的第一电机（5）、丝杆（6）、以及螺母（62），所述第一电机（5）输出轴上套设有第一齿轮（51），丝杆（6）端部套装有第二齿轮（61），所述第一齿轮（51）与第二齿轮（61）相啮合；螺母（62）套装置于丝杆（6）上，螺母（62）与水平移动滑座（41）固定连接；所述螺母（62）底部安装有角尺架（621），角尺架（621）穿过立柱机构与水平移动滑座（41）固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的高精度中心孔磨床，其特征在于，所述30度底座（42）上设置有第二直线导轨（421），30度滑座（44）安装于第二直线导轨（421）上，30度滑座（44）与水平移动滑座（41）形成30°，30度滑座（44）上安装有第三动力装置；

所述第三动力装置包括安装于立柱部件（1）内的第三电机（8）、花键轴（9）、摩擦盘（91）、以及离合器（10）；

所述第三电机（8）的输出端安装有曲柄摆杆机构（81），花键轴（9）穿过摩擦盘（91）中心孔间隙配合，离合器（10）安装于花键轴（9）的一端，花键轴（9）的端部手柄（92）上设置有用于控制离合器离合的控制开关；曲柄摆杆机构（81）与摩擦盘（91）相连接，离合器（10）与摩擦盘（91）间隙配合，当离合器（10）工作，摩擦盘（91）与离合器（10）端面相吸合；第三电机（8）带动摩擦盘（91）转动，摩擦盘（91）带动离合器（10）转动，离合器（10）带动花键轴（9）转动；

花键轴（9）上安装有可水平移动的花键套（92），花键套（92）上安装有链轮（93），链轮（93）上啮合有第一链条（94），第一链条（94）一端与变相联轴器（95）连接，变相联轴器（95）输出端连接有第二链条（97），第二链条（97）依次穿过立柱部件（1）、水平移动滑座（41）、30度底座（42）与30度滑座（44）端部相连接，变相联轴器（95）将水平运动的第一链条（94）变向为30度倾斜上下移动，第一链条（94）带动30度滑座（44）30度倾斜上下往复移动；所述第一链条（94）的另一端安装有用于重力平衡的重锤（96）。

4.根据权利要求1所述的高精度中心孔磨床，其特征在于，所述立柱部件（1）上设置有竖直导轨，导轨正面设置有齿条（13），尾架部件（2）、工件架部件（3）上均安装有移动底座（14），移动底座（14）与导轨相配合，所述移动底座（14）内安装有与齿条（13）相啮合的齿轮（17），移动底座（14）上安装有与齿轮轴互锁的防下滑锁紧机构（15），齿轮轴的一端设置有可拆卸的转动手柄（16）。

5.根据权利要求1所述的高精度中心孔磨床，其特征在于，所述尾架部件（2）包括尾架体壳（23），夹头安装于尾架体壳（23）上；尾架体壳（23）内安装有固定顶尖套（25）；所述第二动力装置包括安装于尾架体壳（23）上的第二电机（24），第二电机（24）输出端安装有蜗杆（21），蜗杆（21）驱动绕固定顶尖套（25）外圆旋转的涡轮（26），涡轮（26）上固定有拨盘（27），拨盘（27）上的拨杆（22）拨动夹头转动，夹头带动工件旋转。

6.一种基于权利要求1所述的高精度中心孔磨床加工方法，其特征在于，包括：

通过工件架部件（3）夹紧待加工的工件，并且调节尾架底座（2）上下移动，以使得尾架底座（2）与工件下端的中心孔顶紧；

对工件进行定位校准后，通过第一工件夹持机构（33）将工件顶端夹紧；

根据工件加工要求，调节工件夹具（32）的支撑方式；

第二动力装置带动工件转动，磨头部件（4）在水平移动滑座（41）运动，调整磨头（43）水平位置；

开启开关，磨头（43）在30度滑座（44）带动下做30°倾斜往复运动，沿工件中心孔60°内锥母线相切往复运动。

7.根据权利要求6所述的高精度中心孔磨床加工方法，其特征在于，所述工件夹具（32）的支撑方式包括：

当待加工工件外圆为粗基准时，工件夹具（32）与工件架体壳（31）滚动配合，工件夹具（32）夹紧工件，与工件同步转动；

当待加工工件外圆为精基准时，工件夹具（32）与工件架体壳（31）夹紧，工件夹具（32）与工件架体壳（31）为一体固定结构，第一工件夹持机构（33）支撑工件外圆，工件在第一夹持机构中自由转动。