CN111571337A - 一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床 - Google Patents

一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床 Download PDF

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Abstract

一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，属于精密加工、电液伺服控制领域。磨床床体由四组齿轮轴组支撑，齿轮轴组和固定于底座上的齿轨啮合。底座固定于地面。床体内部设置有固定于底座的支撑座，支撑座外圆周设置有轴心维持轨道，固定于床体内圆周的四组圆柱滚子作用于轴心维持轨道。支撑座上部安装有用于固定被加工件的电磁吸盘。磨具置于被加工件之上，模具拨盘的凹槽区和床体的凹槽区通过磨具拨板镶嵌式间隙配合。磨床床体外圆周连接有床体连接组件，液压缸的液压杆作用于床体连接件，缸筒连接于墙面连接件。控制系统控制液压缸推动床体转动研磨工件。本发明用于大尺寸平面件的高精度研磨加工。

Description

一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床
技术领域
本发明涉及一种磨床，更具体地说设计一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，属于精密加工、电液伺服控制领域。
背景技术
磨床是一种利用磨具研磨工件，以获得所需之形状、尺寸及精密加工面的工具机。目前对于半径超过500mm的大尺寸平面研磨件的加工，主要靠原始的手工研磨，这不仅对工人的技能要求较高且需要多个工人默契配合共同完成。由于人工推动磨具的速度波动大且研磨转数控制不精确，即人工研磨工艺的稳定性差，这导致产品的一致性差、加工效率低、成本高，不能胜任扇形面这样的局域精确面形的研磨。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，本发明利用磨具的自身重力作用于被加工件并通过液压缸对床体施加的推力和磨床旋转的惯性力实现对加工件的高精度浮动式研磨加工，由于磨具的重力和床体的转矩分配均匀，在避免磨床自身的机械精度要求的同时提高了对工件的加工精度和加工效率。本发明磨床可根据被加工件的研磨区域、加工精度选配磨具的装配形式以及磨具的精度，可对大尺寸平面件整体或者局部研磨，研磨精度可控。本磨床自身的机械精度相对低、结构简单，便于检测维修，成本较低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：磨床床体设置为筒形，靠四组齿轮轴组件作用于和床体共轴的齿轨上，齿轨靠螺栓固定于磨床底座，底座固定于地面；支撑座位于床体内部且共轴，支撑座靠螺栓连接安装于底座上；支承座上设置有和其共轴的环状轴心维持轨道，磨床床体上装有四组轴心维持轨道维持滚轮，滚轮运动轨迹在环状轴心维持轨道上。电磁吸盘靠螺栓组安装于支撑座之上且共轴于支撑座，电磁吸盘上端盖粘接有橡胶垫；被加工件置于电磁吸盘和磨具之间；电磁吸盘上端面略高于磨床凹面，便于加工件装卸；磨床床体设置有对称的两个凹槽，磨具拨盘设置有同样对称的两个凹槽，通过拨板嵌入床体和磨具拨盘凹槽，磨具靠螺栓组安装于磨具拨盘下，磨具拨盘内部可按加工需求安装磨具配重；液压缸的液压杆通过床体连接件连接于床体端，液压缸的缸筒通过墙体连接件连接于加工厂的墙面，液压缸推动床体定轴转动，床体通过拨板带动磨具拨盘转动，实现对被加工件的研磨加工。
本发明相对于现有技术的有益效果是：浮动磨具避免了磨床的自身精度，研磨精度≤10μm。磨床自身机械精度相对低，结构简单，成本低，检修维护方便。本发明磨床可对半径超过500mm的大型平面件进行研磨加工，提高了加工效率和加工质量。磨床采用电磁力复合重力固定被加工件，加工件的安装与取出方便快捷；液压缸驱动的磨床工作平顺柔和，振动频率低，满足高精度的研磨环境需求；磨具、磨具拨盘、磨具配重和磨具拨板等组合件可根据被加工件的加工要求选配，不仅降低了模具的制造成本，而且可研磨圆面、环面、扇面等面型，加工形式灵活。
附图说明
图1为磨床装配图；
图2为磨床分解图；
图3为电磁吸盘分解图；
图4为轴心维持轨道维持组件底视图；
图5为动力液压缸连接形式分解图；
图6为齿轮轴组件分解图；
图7为齿轮轴组件装配图；
图8为磨具拨板与床体装配示意图；
图9为一种扇形面研磨案例的模具装配俯视图；
图10为一种圆面研磨案例的模具装配俯视图；
图11为信号齿盘和电磁式速度传感器装配关系示意图；
图12为磨床控制原理框架图；
图13为磨床转速控制算法几何原理图；
图14为电磁式转速传感器信号图；
上述图中涉及到的部件名称及标号如下：
1底座 2齿轨 3支撑座 4轴心维持轨道 5齿轮轴组件 6轴心维持滚轮 7电磁吸盘8被加工件 9床体 10磨具拨板 11磨具 12磨具拨盘 13磨具配重 14床体连接件 15液压缸16墙体连接件 5-1端盖螺栓 5-2轴承盖 5-3调整垫圈 5-4圆柱滚子轴承 5-5分离式齿轮轴支架 5-6支架连接螺栓 5-7直齿圆柱齿轮轴 5-8密封圈 5-9床体螺栓 7-1上端盖 7-2磁轭 7-3电磁线圈 7-4壳体 7-5下端盖 7-6壳体固定螺栓 7-7磁轭固定螺栓、14-1压紧螺母、16-1压紧螺母、14-2垫片、16-2垫片、14-3卡簧、16-3卡簧、14-4线轴承套筒、16-4线轴承套筒、14-5线轴承、16-5线轴承、14-6床体连接座、16-6法兰轴、16-7液压缸连接座、15-1活塞杆、15-2缸套、17信号齿盘、18电磁式速度传感器
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，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。
具体实施方式一：如图1-图14所示，本实施方式披露了一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，包括底座1、齿轨2、支撑座3、轴心维持轨道4、齿轮轴组件5、轴心维持滚轮6、电磁吸盘7、加工件8、床体9、磨具拨板10、磨具11、磨具拨盘12、磨具配重13、床体连接件14、液压缸15和墙体连接件16。如图1和图2所示，磨床的床体8下部安装有四组绕磨床轴线呈环形阵列分布的齿轮轴组件5，齿轮轴5-7和安装于底座的环形齿轨2相啮合；磨床的床体9内圆周安装有四组绕磨床轴线呈环形阵列分布的轴心维持滚轮6。支撑座3外圆周设置有轴心维持轨道4，轴心维持轨道维持滚轮14通过螺栓连接于床体4并作用于轴心维持轨道，维持齿轮轴组件7的在轨转动，如图4所示；电磁吸盘7通过螺栓固定于支撑座3。被加工件8置于电磁吸盘7和磨具11之间：电磁吸盘7上端面略高于床体8的凹面，便于加工件装卸；床体9设置有对称的两个凹槽，磨具拨盘12设置有同样对称的两个凹槽，通过磨具拨板10嵌入床体9和磨具拨盘12凹槽，磨具靠螺栓组安装于磨具拨盘12下，磨具拨盘12内部可按加工需求安装磨具配重14；液压缸15的液压杆15-1通过床体连接件14连接于床体9，液压缸15的缸筒15-2通过墙体连接件16连接于加工厂的墙面，液压缸15推动床体9定轴转动，床体9通过磨具拨板10带动磨具拨盘12转动，实现对被加工件8的研磨加工。
进一步的是底座1、齿轨2、支撑座3、轴心维持轨道4、电磁吸盘7、被加工件8和床体9共轴。
进一步的是支撑座3和电磁吸盘7的外径相同。
具体实施方式二：如图3所示，本实施方式是对具体实施方式一的电磁吸盘做出的进一步说明，电磁吸盘由上端盖7-1、磁轭7-2、电磁线圈7-3、壳体7-4和下端盖7-5组成。磁轭7-2通过磁轭固定螺栓7-7固定于下端盖7-5，电磁线圈7-3缠绕于磁轭7-2，上端盖7-1设置有螺纹孔，壳体7-4和下端盖7-5设置有相应通孔，通过壳体固定螺栓7-6实现上端盖7-1、壳体7-4和下端盖7-5的连接固定。
进一步的是壳体7-4的材质是铝。
进一步的是上端盖7-1和磁轭7-2材质均为A3钢。
进一步的是磁轭7-2和上端盖7-1接触。
进一步的是上端盖7-1上粘接有橡胶垫，在保护被加工件8的同时提高电磁吸引的可靠性。
具体实施方式三：如图5所示，本实施方式是对具体实施方式一中的液压缸15与床体9的连接做出的进一步说明，液压缸15的液压杆15-1的部耳环通过螺栓连接线轴承套筒14-4，线轴承套筒14-4内装有线轴承14-5，线轴承14-5外环通过卡簧14-3固定于线轴承套筒14-4，线轴承14-5的内环通过垫片14-2与压紧螺母14-1固定于床体连接座14-6。法兰轴16-6通
过螺栓连接于液压缸连接座14-6，液压缸连接座14-6固定于墙面。液压缸15的缸套15-2部的耳环通过螺栓连接墙体连接件16的线轴承套筒16-4，线轴承16-4的外环通过卡簧16-3固定于线轴承套筒16-4，线轴承16-5的内环通过垫片16-2和压紧螺母16-1固定于法兰轴14-5。
具体实施方式四：如图6和图7所示，本实施方式是对具体实施方式一中的齿轮轴组件做出的进一步说明，本案例所述的齿轮组件5包括直齿圆柱齿轮轴5-7、圆柱滚子轴承5-4、密封圈5-8、调整垫圈5-3、轴承盖5-2和分离式齿轮轴支架5-5，如图6所示。
密封圈5-8安装于分离式齿轮支架5-5的密封槽内，直齿圆柱齿轮轴5-7装入分离式齿轮轴支架5-5并通过支架连接螺栓5-6固定，圆柱滚子轴承5-4、调整垫圈5-3和轴承盖5-2依次从离式齿轮轴支架5-5两侧装入，轴承盖5-2通过端盖螺栓5-1固定于分离式齿轮支架5-5。装配完成的齿轮轴组件如图7所示。
具体实施方式五：如图8、图9和图10所示，本实施方式是对具体实施方式一中的磨具装配和研磨形式做出的进一步说明。床体9内圆周设置有两个对称凹槽，凹槽底部为45°斜面，凹槽上部外端设置有长方体凹槽。磨具拨板10的底部设置有45°斜面，上部设置有长方体凸块，长方体凸块的尺寸略小于床体9上部的长方体凹槽，磨具拨板10插入床体9的凹槽，磨具拨板10的底部斜面和床体9的凹槽的底部斜面接触，磨具拨板10上部的长方体凸块和床体9的凹槽的上部长方体凹槽镶嵌配合，磨具拨板10和床体9的配合间隙小于等于1mm。磨具拨盘12的外圆周设置有两个对称的凹槽，磨具拨板10和磨具拨盘12的凹槽镶嵌为间隙配合，配合间隙小于等于3mm。
根据不同的研磨需要选择相应的磨具组件(磨具、磨具拨板、磨具拨盘、磨具配重)，如图9所示案例，当研磨扇面时，选择扇形磨具组件，此案例的磨具拨板尺寸不一致，使磨具拨盘12的轴心偏离床体9的轴心，磨具拨盘12在液压缸15间接往复作用下绕床体9的轴心定角度摆动，达到相应角度扇面的研磨加工。
如图10所示案例，当研磨圆面或环面时，选择圆形磨具组件，此案例的磨具拨板尺寸一致，使磨具拨盘12的轴心和床体9的轴心相合，磨具拨盘12在液压缸15间接往复作用下绕床体9的轴心定速周转，达到相应尺寸、形状的研磨加工。
具体实施方式六：如图12所示，本实施方式是对磨床的控制系统做出的进一步说明。液压缸15的往复运动转换为磨床床体9的定轴定速或变速转动需要借助控制系统实现，床体上装有信号齿盘17，支撑座上装有电磁式速度传感器18，信号齿盘17和电磁式速度传感器18的位置关系如图11所示，当信号齿盘17随床体9相对于电磁式速度传感18转动时，床体的转速信号和位置信号通过电磁式速度传感器18传入控制器，床体9的转速信号和液压缸9极点位置信号决定控制器控制电磁伺服阀的工作状态，达到对磨床的转速控制。
进一步的是电磁式速度传感器18的探针与信号齿盘17的齿凸间距为1.5mm。
进一步的是信号齿盘17相对于磨床的两个死点位置各剃掉一个轮齿，形成两个齿缺，用于电磁式速度传感器18读取液压缸9的极点位置信号。
进一步的是磨床转速控制算法原理如图13所示，液压缸15的两个铰链端点N、M和床体9的形心O构成ΔOMN(极点位置除外)，电磁式速度传感器每传送一个脉冲信号即为床体转过角度θ1，若此刻电磁式速度传感器共感应到z个脉冲信号，则床体相对于液压杆15-1的最低伸出量位置转过z个齿，总角度为θ，磨床的转速可算得为V，液压缸9的活塞杆15-1的伸出量算得为L2，液压杆的速度算得为V1。电磁式转速传感器信号如图14所示，当床体转速越快则脉冲频率越大，反之越小，通过转速传感器的脉冲频率即可算得磨床转速。当液压缸15的两个铰链端点N、M和床体9的形心O重合时，电磁式速度传感器正好转至所剃齿缺处，电磁式速度传感器会丢失一个脉冲，据此控制器得到极点位置信号(极点位置为磨床转动的死点位置)，此刻液压缸15的液压杆15-1伸出量达到极点，控制器控制液压缸9变向并记录所转圈数。同理，对于定角度研磨，磨床不必转至极点位置，只需记录转过齿数即可，当达到所转齿数控制液压缸换向即可。
进一步的是θ＝z*θ1；
进一步的是θ1＝360/n，n为信号齿盘17的齿数+2；
进一步的是V＝rdθ/dt；
进一步的是
Figure BSA0000210616530000051
进一步的是V1＝dL2/dt。

Claims (8)

1.所述的一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述磨床由底座、齿轨、支撑座、轴心维持轨道、齿轮轴组件、轴心维持滚轮、电磁吸盘、被加工件、床体、磨具拨板、磨具、磨具拨盘、磨具配重、床体连接件、液压缸、墙体连接件、和控制系统组成；磨床床体由四组齿轮轴组件、支撑，齿轮轴组件、绕固定于底座、上的齿轨的轴线转动；床体内部设置有固定于底座的支撑座，支撑座外圆周设置有轴心维持轨道，固定于床体内圆周的四组轴心维持滚轮作用于轴心维持轨道，用于保持底部齿轮轴组件的在轨周转；支撑座上部通过螺栓连接有电磁吸盘，电磁吸盘的轴线和床体的轴线重合；电磁吸盘用于被加工件的固定；磨具组件置于被加工件之上，模具的凹槽和床体的凹槽通过磨具拨盘镶嵌式配合；磨床床体外圆周连接有床体连接杆组件，液压缸作用于床体连接组件，由电液伺服控制系统控制液压缸推动床体转动研磨被加工件。
2.根据权利要求1所述的一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述磨具可根据被加工件的加工要求选配，磨具通过螺栓连接于磨具拨盘，磨具拨盘内部可设置磨具配重，磨具配重可调节单位磨削量。
3.根据权利要求1所述的一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述磨床可研磨圆形面、扇形面、圆面，以及上述面型的组合面。
4.根据权利要求1所述一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述电磁吸盘由上端盖、磁轭、电磁线圈、壳体和下端盖组成。磁轭通过磁轭固定螺栓固定于下端盖，电磁线圈缠绕于磁轭，上端设置有螺纹孔，壳体和下端盖设置有相对应通孔，通过壳体固定螺栓实现上端盖、壳体和下端盖的连接固定；
电磁线圈通电产生磁场，磁场由磁轭引导于上端盖并吸引被加工件，上端盖上粘接有橡胶垫，在保护被加工件的同时提高电磁吸引的可靠性使被加工件牢靠固定于磨床。
5.根据权利要求1所述一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述磨具组件包括磨具、磨具拨板、磨具拨盘、磨具配重；根据不同的研磨需求选配相应的模具组件，当被加工件的研磨区为扇面时，选择相应尺寸扇形磨具组件，电液伺服控制系统控制液压缸推动床体往复定角度转动，以达到相应角度扇面的研磨加工；当被加工件的研磨区为圆面或环面时选择和床体同轴心的圆面或环面磨具及相应组件，并使控制系统控制床体整周转动，达到研磨目标。
6.根据权利要求1所述一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述模具拨盘的凹槽和床体的凹槽通过磨具拨板镶嵌配合；床体内圆周设置有两个对称凹槽，凹槽底部为45°斜面，凹槽上部外端设置有长方体凹槽；磨具拨板的底部设置有45°斜面，上部设置有长方体凸块，长方体凸块的厚度小于床体上部的长方体凹槽的深度，磨具拨板插入床体的凹槽，磨具拨板的底部斜面和床体的凹槽的底部斜面相合，磨具拨板上部的长方体凸块和床体的凹槽的上部长方体凹槽镶嵌配合，磨具拨板和床体的配合间隙小于等于1mm；磨具拨盘的外圆周设置有两个对称的凹槽，磨具拨板和磨具拨盘的凹槽镶嵌为间隙配合，配合间隙等于3mm。
7.根据权利要求1所述一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述床体的转动是由液压缸的往复运动转换实现，床体上装有信号齿盘，支撑座上装有电磁式速度传感器，当信号齿盘随床体转动时，电磁式速度传感器采集到磨床转速信号并反馈输入控制器和预控制转速对比，经过计算向电磁伺服阀输出液压缸的速度信号、和伸出方向信号，达到对液压缸的速度和方向控制，以满足加工要求。
8.根据权利要求6所述一种基于浮动磨具的大尺寸平面件高精度液压驱动磨床，其特征在于：所述液压缸的速度和方向控制根据具体加工形式决定，对于定角度扇形面研磨，控制器控制液压缸推拉床体定轴摆动，由电磁式速度传感器采集反馈信号控制磨床研磨速度和方向。
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