CN111300236B - 一种智能高精度立式磨床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超精加工机械技术领域，具体公开了一种智能高精度立式磨床，其包括机座、立式打磨机构、夹料机构及偏心进给机构，其中，立式打磨机构沿Z轴方向按照于机座上的加工平台的上方，夹料机构穿设于加工平台上，而偏心进给机构带动夹料机构沿曲线进给，其通过利用在对工件进行夹紧的夹料机构上设置偏心进给机构，利用偏心进给机构带动夹紧机构沿曲线进给，与立式打磨机构上的砂轮抵触，在曲线进给的过程中，砂轮与工件之间沿一个倾角进行逐步接触，使得砂轮与工件之间不存在应力集中点，降低相应电主轴上轴承的磨损，提高电主轴的稳定性，解决砂轮与工件抵触过程中，应力集中带来加工精度降低的技术问题。

Description

一种智能高精度立式磨床

技术领域

本发明涉及超精加工机械技术领域，具体为一种智能高精度立式磨床。

背景技术

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床，大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

本申请中的立式磨床指的是超精加工机床，超精加工机床是针对高精、超精零件设计的磨削加工机床，现有的超精加工机床在加工的过程中，用于装夹工件的工装在与研磨的砂轮或者是磨头进行进给的过程中，均为直线进给，砂轮与工件的磨削加工面直接通过直线滑动的方式进行频繁往复的抵触加工，一方面，会导致各自带动工件及砂轮旋转的电主轴上的轴承在抵触过程中点受力，且轴承上受力点始终不变，应力过于集中，导致轴承磨损，使用寿命锐减，且会降低电主轴工作过程中的稳定性，使加工精度降低，另一方面，砂轮与工件之间直线接触，直接导致砂轮与工件在接触过程中，应力集中在砂轮接触面上，导致砂轮磨损加剧，降低工件加工精度。

专利申请号为CN201410797974.7的专利文献公开了的一种数控双柱立式磨床工作台底座轴承导轨面用磨床，主轴座与数控双柱立式磨床工作台底座主轴孔相配，主轴上端面有与数控双柱立式磨床工作台底座上螺纹孔相配的过孔，主轴连接在主轴座内，减速箱连接在主轴座上，横梁连接在减速箱左侧，磨头架连接在横梁导轨上，磨头架上连接有滑板，磨头纵向连接在滑板下。

但是，上述专利中提供的技术方案并未解决上述提及的砂轮与工件抵触过程中，加工精度降低的技术问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种智能高精度立式磨床，其通过利用在对工件进行夹紧的夹料机构上设置偏心进给机构，利用偏心进给机构带动夹料机构沿曲线进给，与立式打磨机构上的砂轮抵触，在曲线进给的过程中，轴承受力点始终发生改变以及曲线路径与砂轮之间存在的倾角，使得砂轮与工件之间不存在应力集中点，降低相应电主轴上轴承的磨损，提高电主轴的稳定性，解决砂轮与工件抵触过程中，应力集中带来加工精度降低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能高精度立式磨床，包括机座，该机座的顶部设置有水平的加工平台，还包括：

立式打磨机构，所述立式打磨机构沿Z轴方向垂直安装于所述加工平台上，其上安装有沿Z轴方向滑动设置的砂轮，该砂轮绕Z轴方向旋转设置；

夹料机构，所述夹料机构沿Z轴方向穿设于所述加工平台上，其位于所述砂轮的正下方，且其用于夹取进行打磨加工的工件，并驱动该工件绕Z轴方向旋转设置；以及

偏心进给机构，所述偏心进给机构安装于所述机座上，其位于所述加工平台的下方，且其包括偏心进给单元与导向单元，所述偏心进给单元驱动所述夹料机构在水平面上沿曲线移动，使所述夹料机构上装夹的所述工件与所述砂轮抵触进行打磨加工，所述导向单元沿X轴方向对所述偏心进给单元进行导向，所述偏心进给单元包括偏心壳体及旋转组件，所述旋转组件驱动所述偏心壳体沿其自身轴向自旋转时，所述夹料机构在水平面上沿曲线移动，所述导向单元包括固定板及滑动板，所述滑动板沿X轴方向滑动设置于所述固定板上。

作为改进，所述偏心壳体偏心套设于所述夹料机构上，所述旋转组件邻设于所述偏心壳体的一侧，其与所述偏心壳体传动连接。

作为改进，所述旋转组件包括：

从动齿轮，所述从动齿轮同轴套设于所述偏心壳体上，所述偏心壳体随所述从动齿轮同步旋转；

主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮邻设，其与该从动齿轮啮合设置；以及

驱动器，所述驱动器驱动所述主动齿轮旋转，进而带动所述从动齿轮旋转。

作为改进，所述固定板水平固定安装于所述加工平台的下方，其上沿X轴方向设置有滑槽，所述滑动板沿所述滑槽滑动设置，其上沿Y轴方向设置有腰槽，该腰槽内穿设有所述夹料机构，该夹料机构与所述腰槽的边沿抵触设置，且所述腰槽的底部设置有支撑所述夹料机构的台阶。

作为改进，所述夹料机构沿Z轴方向从上至下依次包括同轴设置的夹头组件及电主轴，所述夹头组件位于所述加工平台的上方，其夹取所述工件，所述电主轴的上端部穿透所述加工平台，并驱动所述夹头组件沿Z轴方向旋转。

作为改进，所述夹头组件包括用于夹取所述工件的三爪卡盘及用于连接所述三爪卡盘与所述电主轴的磁吸盘。

作为改进，所述电主轴与所述加工平台穿设处的直径为φ1，所述加工平台开设供所述电主轴穿设的孔径为φ2，φ1与φ2的关系满足：φ1＜φ2。

作为改进，所述电主轴的上端部与所述加工平台穿设配合位置处罩设有过渡盘。

作为改进，立式打磨机构包括：

立柱，所述立柱沿Z轴方向垂直安装于所述加工平台上方；

升降组件，所述升降组件安装于所述立柱上，其用于驱动所述砂轮沿Z轴方向滑动设置；以及

打磨电主轴，所述打磨电主轴安装于所述升降组件上，其随所述砂轮同步滑动，且其带动安装于其转轴上的所述砂轮绕Z轴方向选择设置。

作为改进，所述升降组件包括：

上链接座，所述上链接座安装于所述立柱的顶部；

升降电机，所述升降电机安装于所述上链接座上；

丝杠，所述丝杠与所述升降电机传动连接，其沿Z轴设置；以及

丝杠螺母，所述丝杠螺母通过螺纹配合安装于所述丝杠上，其通过安装座与所述打磨电主轴连接，且其仅沿Z轴方向滑动设置。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过利用在对工件进行夹紧的夹料机构上设置偏心进给机构，利用偏心进给机构带动夹料机构沿曲线进给，与立式打磨机构上的砂轮抵触，在曲线进给的过程中，砂轮与工件之间沿一个倾角进行逐步接触，使得砂轮与工件之间不存在应力集中点，降低相应电主轴上轴承的磨损，提高电主轴的稳定性，提高加工精度；

(2)本发明通过设置偏心壳体，将偏心壳体套设在带动工件旋转的电主轴上，之后通过旋转组件带动偏心壳体绕Z轴方向进行旋转，使得电主轴在水平面上沿曲线进行进给，与砂轮抵触进行打磨，其中旋转组件优选为齿轮传动组件，传动精确、效率高、可靠性高；

(3)本发明在电主轴与加工平台穿设的位置处设置罩设的过渡盘，将加工平台上用于穿设电主轴的孔进行覆盖，避免了加工过程中的杂质、金属屑的落入，保持偏心进给机构内部的干净整洁，避免杂质、金属屑影响旋转组件的传动精度；

(4)本发明通过设置固定板与滑动板，一方面利用滑动板对电主轴进行支撑，另一方面，使得电主轴与工件在进行曲线进给的过程中，利用电主轴与滑动板的配合，使得滑动板沿固定板上的滑槽进行滑动，对工件的曲线进给提供导向，提高偏心进给机构的稳定性，提高加工精度。

综上所述，本发明具有加工精度高、稳定性高、使用寿命长等优点，尤其适用于超精加工机械技术领域。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明剖视结构示意图；

图3为本发明偏心壳体套设结构示意图；

图4为本发明旋转组件侧视结构示意图；

图5为本发明偏心壳体初始状态示意图；

图6为本发明偏心壳体旋转曲线进给状态示意图；

图7为本发明滑动板俯视结构示意图；

图8为本发明夹料机构剖视结构示意图；

图9为本发明夹料机构正视结构示意；

图10为本发明立式打磨机构剖视结构示意图；

图11为本发明立式打磨机构侧视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

如图1与图2所示，一种智能高精度立式磨床，包括机座1，该机座1的顶部设置有水平的加工平台11，还包括：

立式打磨机构2，所述立式打磨机构2沿Z轴方向垂直安装于所述加工平台11上，其上安装有沿Z轴方向滑动设置的砂轮21，该砂轮21绕Z轴方向旋转设置；

夹料机构3，所述夹料机构3沿Z轴方向穿设于所述加工平台11上，其位于所述砂轮21的正下方，且其用于夹取进行打磨加工的工件10，并驱动该工件10绕Z轴方向旋转设置；以及

偏心进给机构4，所述偏心进给机构4安装于所述机座1上，其位于所述加工平台11的下方，且其包括偏心进给单元与导向单元，所述偏心进给单元驱动所述夹料机构3在水平面上沿曲线移动，使所述夹料机构3上装夹的所述工件10与所述砂轮21抵触进行打磨加工，所述导向单元沿X轴方向对所述偏心进给单元进行导向，所述偏心进给单元包括偏心壳体41及旋转组件42，所述旋转组件42驱动所述偏心壳体41沿其自身轴向自旋转时，所述夹料机构3在水平面上沿曲线移动，所述导向单元包括固定板43及滑动板44，所述滑动板44沿X轴方向滑动设置于所述固定板43上。

需要说明的是，在砂轮21沿Z轴方向下降后与工件10进行配合打磨的过程中，偏心进给机构4带动夹料机构3向砂轮21进给，在进给的过程中，工件10在水平面上以曲线的进给路径向砂轮21靠拢，随着砂轮21与工件10的不断靠近，砂轮21与工件10之间的倾角α逐步缩小，并且在砂轮21与工件10抵触的瞬间，砂轮21与工件10之间的作用力，通过倾角α的设置减弱，使得砂轮21与工件10之间应力减小，避免应力集中点的存在，也就降低了轴承的磨损，提高了夹料机构3的稳定性，提高了工件10磨削加工的精度。

实施例2：

图3为本发明一种智能高精度立式磨床的实施例2的一种结构示意图；如图3所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例2与图1所示的实施例1的不同之处在于：

如图3至6所示，所述偏心壳体41偏心套设于所述夹料机构3上，所述旋转组件42邻设于所述偏心壳体41的一侧，其与所述偏心壳体41传动连接。

进一步的，所述旋转组件42包括：

从动齿轮421，所述从动齿轮421同轴套设于所述偏心壳体41上，所述偏心壳体41随所述从动齿轮421同步旋转；

主动齿轮422，所述主动齿轮422与所述从动齿轮421邻设，其与该从动齿轮421啮合设置；以及

驱动器423，所述驱动器423驱动所述主动齿轮422旋转，进而带动所述从动齿轮421旋转。

需要说明的是，本实施例中的偏心进给机构4优选为在夹料机构3上套设偏心设置的偏心壳体41，在通过与偏心壳体41同轴设置的从动齿轮421与安装在驱动器423上的主动齿轮422的配合，带动偏心壳体41进行旋转，在偏心壳体41进行旋转的过程中，夹料机构3就在水平面上沿曲线进行移动，带动工件10向砂轮21进给，由于夹料机构3沿曲线移动进给，较传统的直线进给，在X轴方向与Y方向上均存在位移变化，也就实现了砂轮21与工件10在抵触瞬间时，作用力的分散，避免了应力集中。

进一步说明的是，本实施例中的偏心进给机构4并不局限于偏心壳体41的设置结构，凡能适用于本申请的曲线移动机构均属于本申请保护范围内。

实施例3：

图7为本发明一种智能高精度立式磨床的实施例3的一种结构示意图；如图7所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例3与图1所示的实施例1的不同之处在于：

如图7所示，所述固定板43水平固定安装于所述加工平台11的下方，其上沿X轴方向设置有滑槽431，所述滑动板44沿所述滑槽431滑动设置，其上沿Y轴方向设置有腰槽441，该腰槽441内穿设有所述夹料机构3，该夹料机构3与所述腰槽441的边沿抵触设置，且所述腰槽441的底部设置有支撑所述夹料机构3的台阶442。

需要说明的是，为了提高夹料机构3移动过程中的稳定性，在偏心进给机构4上还分别设置有固定板43与滑动板44，在夹料机构3曲线移动的过程中，滑动板44通过台阶442对套设在夹料机构3外的轴承进行支撑，进而对夹料机构3进行支撑，提高夹料机构3在曲线移动过程中的稳定性，并且通过滑动板44上的腰槽441与夹料机构3之间的配合，使得夹料机构3在曲线移动的过程中，滑动板44也同步沿固定板43上的滑槽431进行滑动，对夹料机构3进行导向，使得夹料机构3移动的更加稳定，提高工件10的磨削加工精度。

实施例4：

图8为本发明一种智能高精度立式磨床的实施例4的一种结构示意图；如图8所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例4与图1所示的实施例1的不同之处在于：

如图8与图9所示，所述夹料机构3沿Z轴方向从上至下依次包括同轴设置的夹头组件31及电主轴32，所述夹头组件31位于所述加工平台11的上方，其夹取所述工件10，所述电主轴32的上端部穿透所述加工平台11，并驱动所述夹头组件31沿Z轴方向旋转。

进一步的，所述夹头组件31包括用于夹取所述工件10的三爪卡盘311及用于连接所述三爪卡盘311与所述电主轴32的磁吸盘312。

更进一步的，所述电主轴32与所述加工平台11穿设处的直径为φ1，所述加工平台11开设供所述电主轴32穿设的孔径为φ2，φ1与φ2的关系满足：φ1＜φ2。

此外，所述电主轴32的上端部与所述加工平台11穿设配合位置处罩设有过渡盘321。

需要说明的是，本实施例中，夹料机构3优选为采用三爪卡盘311对工件10进行夹取，而磁吸盘312用于连接电主轴32和三爪卡盘311，通过电主轴32带动工件10进行旋转，此外，通过在电主轴32与加工平台11穿设的部位设置过渡盘321进行罩设，对加工平台11上供电主轴32穿设的孔进行覆盖，阻挡磨削加工过程中，产生的粉尘与废屑掉落到偏心进给机构4内，损坏偏心进给机构4。

实施例5：

图10为本发明一种智能高精度立式磨床的实施例5的一种结构示意图；如图10所示，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例5与图1所示的实施例1的不同之处在于：

如图10与图11所示，立式打磨机构2包括：

立柱22，所述立柱22沿Z轴方向垂直安装于所述加工平台11上方；

升降组件23，所述升降组件23安装于所述立柱22上，其用于驱动所述砂轮21沿Z轴方向滑动设置；以及

打磨电主轴24，所述打磨电主轴24安装于所述升降组件23上，其随所述砂轮21同步滑动，且其带动安装于其转轴241上的所述砂轮21绕Z轴方向选择设置。

进一步的，所述升降组件23包括：

上链接座231，所述上链接座231安装于所述立柱22的顶部；

升降电机233，所述升降电机233安装于所述上链接座231上；

丝杠234，所述丝杠234与所述升降电机233传动连接，其沿Z轴设置；以及

丝杠螺母235，所述丝杠螺母235通过螺纹配合安装于所述丝杠234上，其通过安装座236与所述打磨电主轴24连接，且其仅沿Z轴方向滑动设置。

需要说明的是，升降电机233带动丝杠234进行旋转，依靠丝杠234余丝杠螺母235的配合，带动丝杠螺母235沿丝杠234进行移动，带动打磨电主轴24进行移动，而打磨电主轴24则带动砂轮21进行旋转。

工作过程：

初始时，通过三爪卡盘311将工件10夹紧，之后升降组件23带动砂轮21沿Z轴方向下降至与工件10同等的高度，之后通过启动驱动器423，再通过与偏心壳体41同轴设置的从动齿轮421与安装在驱动器423上的主动齿轮422的配合，带动偏心壳体41进行旋转，在偏心壳体41进行旋转的过程中，夹料机构3就在水平面上沿曲线进行移动，带动工件10向砂轮21进给，最后工件10与砂轮21抵触，砂轮21对工件10进行磨削加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能高精度立式磨床，包括机座（1），该机座（1）的顶部设置有水平的加工平台（11），其特征在于，还包括：

立式打磨机构（2），所述立式打磨机构（2）沿Z轴方向垂直安装于所述加工平台（11）上，其上安装有沿Z轴方向滑动设置的砂轮（21），该砂轮（21）绕Z轴方向旋转设置；

夹料机构（3），所述夹料机构（3）沿Z轴方向穿设于所述加工平台（11）上，其位于所述砂轮（21）的正下方，且其用于夹取进行打磨加工的工件（10），并驱动该工件（10）绕Z轴方向旋转设置；以及

偏心进给机构（4），所述偏心进给机构（4）安装于所述机座（1）上，其位于所述加工平台（11）的下方，且其包括偏心进给单元与导向单元，所述偏心进给单元驱动所述夹料机构（3）在水平面上沿曲线移动，使所述夹料机构（3）上装夹的所述工件（10）与所述砂轮（21）抵触进行打磨加工，所述导向单元沿X轴方向对所述偏心进给单元进行导向，所述偏心进给单元包括偏心壳体（41）及旋转组件（42），所述偏心壳体（41）偏心套设于所述夹料机构（3）上，所述旋转组件（42）邻设于所述偏心壳体（41）的一侧，其与所述偏心壳体（41）传动连接；所述旋转组件（42）驱动所述偏心壳体（41）沿其自身轴向自旋转时，所述夹料机构（3）在水平面上沿曲线移动，所述旋转组件（42）包括从动齿轮（421）、主动齿轮（422）及驱动器（423），所述从动齿轮（421）同轴套设于所述偏心壳体（41）上，所述偏心壳体（41）随所述从动齿轮（421）同步旋转，所述主动齿轮（422）与所述从动齿轮（421）邻设，其与该从动齿轮（421）啮合设置，所述驱动器（423）驱动所述主动齿轮（422）旋转，进而带动所述从动齿轮（421）旋转；所述导向单元包括固定板（43）及滑动板（44），所述固定板（43）水平固定安装于所述加工平台（11）的下方，其上沿X轴方向设置有滑槽（431），所述滑动板（44）沿所述滑槽（431）滑动设置，其上沿Y轴方向设置有腰槽（441），该腰槽（441）内穿设有所述夹料机构（3），该夹料机构（3）与所述腰槽（441）的边沿抵触设置，且所述腰槽（441）的底部设置有支撑所述夹料机构（3）的台阶（442），所述滑动板（44）沿X轴方向滑动设置于所述固定板（43）上。

2.根据权利要求1所述的一种智能高精度立式磨床，其特征在于，所述夹料机构（3）沿Z轴方向从上至下依次包括同轴设置的夹头组件（31）及电主轴（32），所述夹头组件（31）位于所述加工平台（11）的上方，其夹取所述工件（10），所述电主轴（32）的上端部穿透所述加工平台（11），并驱动所述夹头组件（31）沿Z轴方向旋转。

3.根据权利要求2所述的一种智能高精度立式磨床，其特征在于，所述夹头组件（31）包括用于夹取所述工件（10）的三爪卡盘（311）及用于连接所述三爪卡盘（311）与所述电主轴（32）的磁吸盘（312）。

4.根据权利要求2所述的一种智能高精度立式磨床，其特征在于，所述电主轴（32）与所述加工平台（11）穿设处的直径为φ1，所述加工平台（11）开设供所述电主轴（32）穿设的孔径为φ2，φ1与φ2的关系满足：φ1＜φ2。

5.根据权利要求2所述的一种智能高精度立式磨床，其特征在于，所述电主轴（32）的上端部与所述加工平台（11）穿设配合位置处罩设有过渡盘（321）。

6.根据权利要求1所述的一种智能高精度立式磨床，其特征在于，立式打磨机构（2）包括：

立柱（22），所述立柱（22）沿Z轴方向垂直安装于所述加工平台（11）上方；

升降组件（23），所述升降组件（23）安装于所述立柱（22）上，其用于驱动所述砂轮（21）沿Z轴方向滑动设置；以及

打磨电主轴（24），所述打磨电主轴（24）安装于所述升降组件（23）上，其随所述砂轮（21）同步滑动，且其带动安装于其转轴（241）上的所述砂轮（21）绕Z轴方向选择设置。

7.根据权利要求6所述的一种智能高精度立式磨床，其特征在于，所述升降组件（23）包括：

上链接座（231），所述上链接座（231）安装于所述立柱（22）的顶部；

升降电机（233），所述升降电机（233）安装于所述上链接座（231）上；

丝杠（234），所述丝杠（234）与所述升降电机（233）传动连接，其沿Z轴设置；以及

丝杠螺母（235），所述丝杠螺母（235）通过螺纹配合安装于所述丝杠（234）上，其通过安装座（236）与所述打磨电主轴（24）连接，且其仅沿Z轴方向滑动设置。

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