CN114871948B - 一种基于微动变曲线砂轮修整器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床修整设备技术领域，具体是指一种基于微动变曲线砂轮修整器。包括固定支座，设置在所述固定支座上方的直线轴系，与所述直线轴线连接的转动轴系，所述直线轴系的端部设置有显微组件，所述显微组件的端部连接有旋转支座，所述旋转支座的底部连接有导向组件，所述导向组件包括固定杆，所述固定杆的端部连接有金刚石笔，所述固定杆中部的外周套设有微动拓扑组件。本发明通过导向组件与微动拓扑组件能够对金刚石笔的轨迹位移曲线进行精确调整，从而于减小预定修整曲线与目标渐开线的偏差值，从而增加修整精度；主动臂宏观运动达到一定位置之后，由固定板上的微动调节件进行微小补偿，从而能实现纳米级的精确调节。

Description

一种基于微动变曲线砂轮修整器

技术领域

本发明涉及机床修整设备技术领域，具体是指一种基于微动变曲线砂轮修整器。

背景技术

在机械加工制造过程中，砂轮机的使用非常广泛，砂轮在使用过后，其表面脱落的磨料是不均匀的，由此导致砂轮表面不平整，在刃具刃磨的过程中，表面不平整的砂轮易失去动平衡，磨削过程中产生较大的震动，严重影响了刀具刃磨的效果和质量，因此为了更好的保证刀具刃磨的效果和质量，砂轮的表面需要及时修整。

在实际应用过程中，对于砂轮表面的修整均采用砂轮修刀，常用的砂轮修刀主要为金刚石笔，在砂轮表面修整的过程中，大都采用手持砂轮修刀的方式进行修整，由于受操作员修整水平影响，很难达到理想的效果，砂轮修整出的精度和质量也难以保障，进而影响了刀具刃磨的效果和质量，影响了刀具的耐用性和零件的加工质量，同时，手持砂轮修刀进行修整，操作不安全，存在较大的安全隐患。具体地，当对齿形为渐开线的齿轮进行成型磨削加工一般都采用两种方式来修整砂轮，一种是插补法的方式进行加工，通过对两条直线导轨的控制，由无数条直线拟合成渐开线，来完成对渐开线齿轮的修整；第二种方式是利用金刚石笔尖方向上的调整和滑轨的移动来实现平面上两个坐标的调节，通过对两坐标轴的联动控制形成渐开线，金刚石笔摆动使之中心线一直和渐开线的发现重合。

更进一步地，虽然现阶段已经存在部分数控编程自动修整砂轮，但是其运动过于复杂，需要三轴联动，控制不易实现，而且造成的误差源较多，并且系统的刚度不够，再加上需要选用高档的数控系统才可以实现对砂轮的修整运动，大大增加了加工成本。

因此，鉴于上述情况，亟待一种高精度、高刚度的砂轮修整器。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于微动变曲线砂轮修整器，用于减小预定修整曲线与目标渐开线的偏差值，从而增加修整精度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于微动变曲线砂轮修整器，包括固定支座，设置在所述固定支座上方的直线轴系，与所述直线轴线连接的转动轴系，所述直线轴系的端部设置有显微组件，所述显微组件的端部连接有旋转支座，所述旋转支座的底部连接有导向组件，所述导向组件包括固定杆，所述固定杆的端部连接有金刚石笔，所述固定杆中部的外周套设有微动拓扑组件。需要说明的是，现有技术中，对于砂轮表面的修整均采用砂轮修刀，常用的砂轮修刀主要为金刚石笔，在砂轮表面修整的过程中，大都采用手持砂轮修刀的方式进行修整，由于受操作员修整水平影响，很难达到理想的效果，砂轮修整出的精度和质量也难以保障，进而影响了刀具刃磨的效果和质量，影响了刀具的耐用性和零件的加工质量，同时，手持砂轮修刀进行修整，操作不安全，存在较大的安全隐患。具体地，当对齿形为渐开线的齿轮进行成型磨削加工一般都采用两种方式来修整砂轮，一种是插补法的方式进行加工，通过对两条直线导轨的控制，由无数条直线拟合成渐开线，来完成对渐开线齿轮的修整；第二种方式是利用金刚石笔尖方向上的调整和滑轨的移动来实现平面上两个坐标的调节，通过对两坐标轴的联动控制形成渐开线，金刚石笔摆动使之中心线一直和渐开线的发现重合。基于上述问题，申请人提出了一种基于微动变曲线砂轮修整器，具体通过改变导向组件与微动拓扑组件的作用使得固定杆连同固定杆上的金刚石笔进行移动，从而完成砂轮的修整作业。更为具体地，由于成型砂轮磨削齿形难以通过修整砂轮来达到渐开线的互补齿形，并且小模数渐开线齿形难以高精度加工，为此，申请人通过利用导向组件与微动拓扑组件的配合使用来调整固定杆所能够移动的曲线轨迹变量，从而通过调整变曲线生成所需要的参数，最终减小预定修整曲线与目标渐开线的偏差值，从而增加修整精度。

进一步地，所述旋转支座的底部连接有下刻度盘，所述导向组件包括：与所述下刻度盘连接的导向盘、与所述导向盘平行设置的支撑盘、以及若干组驱动部件，所述导向盘与所述支撑盘同轴，若干组所述驱动部件的两端均设置在所述导向盘与所述支撑盘之间，每组所述驱动部件包括两个压电陶瓷致动器。对于导向组件，导向盘作为连接部件，用于提供驱动部件的运动支撑力，驱动部件主要包括压电陶瓷致动器，其作为动力输出，输出轴与支撑盘球接，并且压电陶瓷致动器的底座也与导向盘的端面球接，基于上述结构，能够实现支撑盘在三维空间上的相对运动。

进一步地，所述微动拓扑组件包括：开设有活动孔的固定外壳、固定板以及若干拓扑副关节，所述固定外壳的开口端与所述旋转支座连接，所述固定板设置在所述固定外壳的内部，所述固定板的中心开设有固定孔，所述固定孔与所述活动孔同轴心，所述固定杆活动设置在所述固定孔内。所述拓扑副关节包括：主动臂、从动臂以及微动调节件，所述主动臂的一端与所述固定外壳的内壁连接，另一端与所述从动臂的一端连接，所述从动臂的另一端与所述固定板铰接。对于微动拓扑组件，拓扑副关节的优选数量为3，且以活动孔的轴线呈圆周阵列分布，需要说明的是，通过有限元分析能够将固定板视为优化出来的拓扑结构，并且当主动臂的宏观运动达到一定位置之后，由固定板上的微动调节件进行微小补偿，从而能实现纳米级的精确调节。基于上述结构，由于固定板通过固定孔与固定杆连接，当主动臂与微动调节件带动固定板进行移动时，在固定杆上的直观表现为固定杆在活动孔内轨迹移动。最终实现固定杆变曲线的系统参数调整。

进一步地，所述固定板的外周开设有过渡腔，所述微动调节件包括过渡块与调节部件，所述过渡块与所述从动臂的另一端铰接，所述过渡块设置在所述过渡腔内，所述调节部件设置在所述过渡块上且输出端与所述固定板抵接。需要说明的是，基于杠杆原理，由于固定杆的长度较大，并且固定杆通过固定孔套设在固定板上，当固定杆末端的支撑盘发生位移时，固定杆端部的金刚石笔的位移量明显大于支撑盘的位移量。鉴于此，为了实现金刚石笔轨迹变曲线的精确控制，通过微动调节件来实现固定杆轴向上的位移量精确控制。具体地，过渡块为Z型块，其上端与从动臂的另一端铰接，此时，从动臂能够对过渡块起到支撑的作用，并且过渡块设置在过渡腔内，调节部件设置在过渡块上，且输出端与固定板抵接，当主动臂的宏观运动达到一定位置之后，调节部件具有相对运动的趋势，由于调节部件设置在过渡块上，过渡块与从动臂铰接，即调节部件与固定板能够产生相对位移，在调节部件相对运动的趋势作用下，对固定板进行精确微调，并且调节部件优选地为压电陶瓷，其能够拿到纳米级精确调整。

作为优选，所述固定板的外周设置有塑性密封套，所述塑性密封套的活动端与所述固定外壳的内壁连接且将所述活动孔完全覆盖。由于金刚石笔在修整砂轮的过程中，会产生部分溅射的砂粒，为了避免砂粒迸溅对内部的微动拓扑组件造成损伤，在固定板的外周设置有塑性密封套。

作为优选，所述转动轴系包括固定转轴，所述固定转轴设置在所述显微组件的外部且外周与所述旋转支座连接。显微组件方便在修整砂轮时观察修整砂轮的效果，并且固定转轴还能够使得旋转支座进行旋转，从而增加金刚石笔的位移范围。

作为优选，所述旋转支座上还设置有用于调节步进量的调节手柄，所述调节手柄的端部连接有双向滑座，所述双向滑座的侧边设置有刻度手柄，所述刻度手柄的端部连接有螺杆，所述螺杆与所述下刻度盘的上端面配合。通过双向滑座的设置还能够进一步增加金刚石笔的位移范围。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过导向组件与微动拓扑组件能够对金刚石笔的轨迹位移曲线进行精确调整，从而于减小预定修整曲线与目标渐开线的偏差值，从而增加修整精度；

2、本发明的主动臂宏观运动达到一定位置之后，由固定板上的微动调节件进行微小补偿，从而能实现纳米级的精确调节；

3、本发明的修整方式简单，能够通过数控系统的编程进行系统控制，修整出来的变曲线与预定目标的渐开线偏差值极低，以小模数渐开线齿轮为例，能够在原始加工的基础上提高1~2个等级。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为导向组件与微动拓扑组件的局部剖视图；

图4为导向组件与微动拓扑组件的轴视图；

图5为导向组件的结构示意图；

图6为微动拓扑组件的俯视图；

图7为图6中A的放大结构示意图；

图8为固定杆的运动轨迹示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-固定支座，2-直线轴系，3-转动轴系，4-显微组件，5-旋转支座，51-下刻度盘，6-导向组件，61-固定杆，62-金刚石笔，63-导向盘，64-支撑盘，65-驱动部件，66-压电陶瓷致动器，7-微动拓扑组件，71-固定外壳，711-活动孔，72-固定板，721-过渡腔，722-固定孔，73-拓扑副关节，74-塑性密封套，731-主动臂，732-从动臂，733-微动调节件，7331-过渡块，7332-调节部件，101-调节手柄，102-刻度手柄，103-刻度环，104-固定转轴，105-螺杆，106-双向滑座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。

实施例：

请一并参考附图1~图7所示，如图所示，一种基于微动变曲线砂轮修整器，包括固定支座1，设置在所述固定支座1上方的直线轴系2，与所述直线轴线连接的转动轴系3，所述直线轴系2的端部设置有显微组件4，所述显微组件4的端部连接有旋转支座5，所述旋转支座5的底部连接有导向组件6，所述导向组件6包括固定杆61，所述固定杆61的端部连接有金刚石笔62，所述固定杆61中部的外周套设有微动拓扑组件7。需要说明的是，现有技术中，对于砂轮表面的修整均采用砂轮修刀，常用的砂轮修刀主要为金刚石笔62，在砂轮表面修整的过程中，大都采用手持砂轮修刀的方式进行修整，由于受操作员修整水平影响，很难达到理想的效果，砂轮修整出的精度和质量也难以保障，进而影响了刀具刃磨的效果和质量，影响了刀具的耐用性和零件的加工质量，同时，手持砂轮修刀进行修整，操作不安全，存在较大的安全隐患。具体地，当对齿形为渐开线的齿轮进行成型磨削加工一般都采用两种方式来修整砂轮，一种是插补法的方式进行加工，通过对两条直线导轨的控制，由无数条直线拟合成渐开线，来完成对渐开线齿轮的修整；第二种方式是利用金刚石笔62尖方向上的调整和滑轨的移动来实现平面上两个坐标的调节，通过对两坐标轴的联动控制形成渐开线，金刚石笔62摆动使之中心线一直和渐开线的发现重合。基于上述问题，申请人提出了一种基于微动变曲线砂轮修整器，具体通过改变导向组件6与微动拓扑组件7的作用使得固定杆61连同固定杆61上的金刚石笔62进行移动，从而完成砂轮的修整作业。更为具体地，由于成型砂轮磨削齿形难以通过修整砂轮来达到渐开线的互补齿形，并且小模数渐开线齿形难以高精度加工，为此，申请人通过利用导向组件6与微动拓扑组件7的配合使用来调整固定杆61所能够移动的曲线轨迹变量，从而通过调整变曲线生成所需要的参数，最终减小预定修整曲线与目标渐开线的偏差值，从而增加修整精度。

需要说明的是，所述旋转支座5的底部连接有下刻度盘51，所述导向组件6包括：与所述下刻度盘51连接的导向盘63、与所述导向盘63平行设置的支撑盘64、以及若干组驱动部件65，所述导向盘63与所述支撑盘64同轴，若干组所述驱动部件65的两端均设置在所述导向盘63与所述支撑盘64之间，每组所述驱动部件65包括两个压电陶瓷致动器66。对于导向组件6，导向盘63作为连接部件，用于提供驱动部件65的运动支撑力，驱动部件65主要包括压电陶瓷致动器66，其作为动力输出，输出轴与支撑盘64球接，并且压电陶瓷致动器66的底座也与导向盘63的端面球接，基于上述结构，能够实现支撑盘64在三维空间上的相对运动。

需要说明的是，所述微动拓扑组件7包括：开设有活动孔711的固定外壳71、固定板72以及若干拓扑副关节73，所述固定外壳71的开口端与所述旋转支座5连接，所述固定板72设置在所述固定外壳71的内部，所述固定板72的中心开设有固定孔722，所述固定孔722与所述活动孔711同轴心，所述固定杆61活动设置在所述固定孔722内。所述拓扑副关节73包括：主动臂731、从动臂732以及微动调节件733，所述主动臂731的一端与所述固定外壳71的内壁连接，另一端与所述从动臂732的一端连接，所述从动臂732的另一端与所述固定板72铰接。对于微动拓扑组件7，拓扑副关节73的优选数量为3，且以活动孔711的轴线呈圆周阵列分布，需要说明的是，通过有限元分析能够将固定板72视为优化出来的拓扑结构，并且当主动臂731的宏观运动达到一定位置之后，由固定板72上的微动调节件733进行微小补偿，从而能实现纳米级的精确调节。基于上述结构，由于固定板72通过固定孔722与固定杆61连接，当主动臂731与微动调节件733带动固定板72进行移动时，在固定杆61上的直观表现为固定杆61在活动孔711内轨迹移动。最终实现固定杆61变曲线的系统参数调整。

还需要说明的是，所述固定板72的外周开设有过渡腔721，所述微动调节件733包括过渡块7331与调节部件7332，所述过渡块7331与所述从动臂732的另一端铰接，所述过渡块7331设置在所述过渡腔721内，所述调节部件7332设置在所述过渡块7331上且输出端与所述固定板72抵接。需要说明的是，基于杠杆原理，由于固定杆61的长度较大，并且固定杆61通过固定孔722套设在固定板72上，当固定杆61末端的支撑盘64发生位移时，固定杆61端部的金刚石笔62的位移量明显大于支撑盘64的位移量。鉴于此，为了实现金刚石笔62轨迹变曲线的精确控制，通过微动调节件733来实现固定杆61轴向上的位移量精确控制。具体地，过渡块7331为Z型块，其上端与从动臂732的另一端铰接，此时，从动臂732能够对过渡块7331起到支撑的作用，并且过渡块7331设置在过渡腔721内，调节部件7332设置在过渡块7331上，且输出端与固定板72抵接，当主动臂731的宏观运动达到一定位置之后，调节部件7332具有相对运动的趋势，由于调节部件7332设置在过渡块7331上，过渡块7331与从动臂732铰接，即调节部件7332与固定板72能够产生相对位移，在调节部件7332相对运动的趋势作用下，对固定板72进行精确微调，并且调节部件7332优选地为压电陶瓷，其能够拿到纳米级精确调整。

本实施例中较为优选的是，所述固定板72的外周设置有塑性密封套74，所述塑性密封套74的活动端与所述固定外壳71的内壁连接且将所述活动孔711完全覆盖。由于金刚石笔62在修整砂轮的过程中，会产生部分溅射的砂粒，为了避免砂粒迸溅对内部的微动拓扑组件7造成损伤，在固定板72的外周设置有塑性密封套74。所述转动轴系3包括固定转轴104，所述固定转轴104设置在所述显微组件4的外部且外周与所述旋转支座5连接。显微组件4方便在修整砂轮时观察修整砂轮的效果，并且固定转轴104还能够使得旋转支座5进行旋转，从而增加金刚石笔62的位移范围。所述旋转支座5上还设置有用于调节步进量的调节手柄101，所述调节手柄101的端部连接有双向滑座106，所述双向滑座106的侧边设置有刻度手柄102，所述刻度手柄102的端部连接有螺杆105，所述螺杆105与所述下刻度盘51的上端面配合。通过双向滑座106的设置还能够进一步增加金刚石笔62的位移范围。

需要说明的是，现有技术中，有一种利用单自由度直线导轨修整锥形砂轮的方法，具体利用正弦尺原理，以几个线量尺寸来确定修整砂轮的截形角，通过计算的方法找出砂轮多个截形角的位置，在砂轮的单侧修整完毕后，将砂轮取下，重新安装，再对砂轮的另一侧进行修整，直到两侧修整完毕。在此原理的基础上，并结合展成法修整方式的基本原理，通过导向组件6与微动拓扑组件7的配合使用在不需要三轴联动的基础上，实现了精确控制，在极大程度上减小了误差源，并且导向组件6还能够极大程度的提高系统的刚度。基于上述导向组件6与微动拓扑组件7的具体结构，使得固定杆61的位移轨迹可以借助如下例子理解：双指夹持住一根笔芯的中部，另一只手轻轻拨动该笔芯的末端，能够使得该笔芯的另一端产生相对位移，再使得夹持笔芯的双指产生位移，并结合运动的合成规律，能够毫无疑义地得出笔尖的端部运动轨迹为双曲线的单边，并且受限于导向组件6与微动拓扑组件7的位移轨迹，即笔尖端部的运动轨迹曲线在单一时刻内始终保持变曲线的运动趋势。综上所述，利用固定杆61在本发明中的结构能够替代上述例子中的笔芯结构，从而证明固定杆61端部的运动轨迹始终为变曲线，从而辅助证明金刚石笔62的运动轨迹为变曲线。

如图8所示，以固定杆61的中心点为原点，建立空间直角坐标系，固定杆61端部运动轨迹可以表示为图8中上部曲面内的区域，其变曲线轨迹为该区域内任意点的连线，还需要说明的是，本发明能够通过手动进行控制，更优地，通过数控编程系统控制导向组件6与微动拓扑组件7能够实现纳米级的精确控制。以本发明中的变曲线拟合渐开线齿廓为例，下表一为固定杆61端部位移坐标范围下修整渐开线齿轮所产生的各项偏差。

基于上表数据，并结合现有技术的部分数据，可以明确得出本发明的修整后的砂轮偏差量较现有技术少，由此可以反证得出本发明能够减少预定修整曲线与目标渐开线的偏差值，修整后的加工精度得到提高。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于微动变曲线砂轮修整器，包括固定支座（1），设置在所述固定支座（1）上方的直线轴系（2），与所述直线轴系（2）连接的转动轴系（3），其特征在于：所述直线轴系（2）的端部设置有显微组件（4），所述显微组件（4）的端部连接有旋转支座（5），所述旋转支座（5）的底部连接有导向组件（6），所述导向组件（6）包括固定杆（61），所述固定杆（61）的端部连接有金刚石笔（62），所述固定杆（61）中部的外周套设有微动拓扑组件（7）；

所述旋转支座（5）的底部连接有下刻度盘（51），所述导向组件（6）包括：与所述下刻度盘（51）连接的导向盘（63）、与所述导向盘（63）平行设置的支撑盘（64）、以及若干组驱动部件（65），所述导向盘（63）与所述支撑盘（64）同轴，若干组所述驱动部件（65）的两端均设置在所述导向盘（63）与所述支撑盘（64）之间，每组所述驱动部件（65）包括两个压电陶瓷致动器（66）；

所述微动拓扑组件（7）包括：开设有活动孔（711）的固定外壳（71）、固定板（72）以及若干拓扑副关节（73），所述固定外壳（71）的开口端与所述旋转支座（5）连接，所述固定板（72）设置在所述固定外壳（71）的内部，所述固定板（72）的中心开设有固定孔（722），所述固定孔（722）与所述活动孔（711）同轴心，所述固定杆（61）活动设置在所述固定孔（722）内。

2.根据权利要求1所述的一种基于微动变曲线砂轮修整器，其特征在于：所述拓扑副关节（73）包括：主动臂（731）、从动臂（732）以及微动调节件（733），所述主动臂（731）的一端与所述固定外壳（71）的内壁连接，另一端与所述从动臂（732）的一端连接，所述从动臂（732）的另一端与所述固定板（72）铰接。

3.根据权利要求2所述的一种基于微动变曲线砂轮修整器，其特征在于：所述固定板（72）的外周开设有过渡腔（721），所述微动调节件（733）包括过渡块（7331）与调节部件（7332），所述过渡块（7331）与所述从动臂（732）的另一端铰接，所述过渡块（7331）设置在所述过渡腔（721）内，所述调节部件（7332）设置在所述过渡块（7331）上且输出端与所述固定板（72）抵接。

4.根据权利要求1所述的一种基于微动变曲线砂轮修整器，其特征在于：所述固定板（72）的外周设置有塑性密封套（74），所述塑性密封套（74）的活动端与所述固定外壳（71）的内壁连接且将所述活动孔（711）完全覆盖。

5.根据权利要求1所述的一种基于微动变曲线砂轮修整器，其特征在于：所述转动轴系（3）包括固定转轴（104），所述固定转轴（104）设置在所述显微组件（4）的外部且外周与所述旋转支座（5）连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于微动变曲线砂轮修整器，其特征在于：所述旋转支座（5）上还设置有用于调节步进量的调节手柄（101），所述调节手柄（101）的端部连接有双向滑座（106），所述双向滑座（106）的侧边设置有刻度手柄（102），所述刻度手柄（102）的端部连接有螺杆（105），所述螺杆（105）与所述下刻度盘（51）的上端面配合。

Images