CN1150078A - 适于磨削诸如工具之类的金属工件的数控磨床 - Google Patents

Abstract

适于磨削金属工件，特别是刀具的一种数控磨床，包括一个固定连结了一个刚性的，无扭曲龙门(9)的床身1，龙门有两个侧台10和在床身1上一段距离处延伸并且其上安装了一个磨削主轴支架20，并沿第一轴线(-Y)可作调整的一个水平桥11。床身1设计成从龙门9向一侧突出。

Description

适于磨削诸如工具之类 的金属工件的数控磨床

本发明涉及一种适于磨削金属工件，特别是工具的数控磨床，它包括一床身，一具有至少一个驱动磨削主轴的磨削主轴载体，磨削主轴至少装有一个砂轮。磨削主轴载体通过相联的支撑和导向装置相对机床床身至少可沿相互成直角的两轴线方向调整，并且，在给定的情况下，其绕至少一根轴线可转动。工件载体设置在床身上磨削主轴载体的砂轮作用的范围内，并且安装成沿至少一轴线方向上可作调整。与磨削主轴和/或工件载体相联的程控调整装置，分别给予它们相对于各个轴线纵向和旋转运动形式的调整运动。

用于磨削旋转工件，例如铣刀、钻头和圆形拉刀，和扁平工件例如旋转凿子，平拉刀、冲模，具有和没有刀片的特殊刀具，以及其他可磨削生产的工件的程控磨床需要有高度灵活性，以便能够进行所有的磨削加工，在工件进行磨削加工时用尽可能少的工件不同夹持。

设计成磨削上述提到的工件范围的公知刀具磨床和披露在EP-A-10072887中的一个实例全是所谓＂柱式＂设计。其中，至少装有一个磨削主轴支架的立柱设置在基本成箱形的床身上，在其一侧有相对几个移动和旋转轴线可调整的工件支架。立柱，对其部件，相对工件支架沿一移动轴线可调整，其绕一垂直轴线可回转，每个磨削主轴支架依次可转动地安装在它上面。

这些磨床在实际使用中业已证明其价值，但由于它们所基于的工作原理，需相对高的技术费用。对某种加工操作和工件，加工区域合用的自由空间的某种限制是显而易见的。这是由于，特别是立柱，从需要稳定性的观点来看，它必须有相当大的直径，同时也由于这需要长长的突出的磨削主轴，这就导致在某种磨削加工过程中，为把砂轮放置在各个磨削加工操作的正确的空间位置上，砂轮要有相当长的调整路程。这个需要也导致了从空间要求和支撑条件的观点来看没有必要的相对大的磨削主轴长度。

具体地说，在这种大机床的结构中，最好用于大工件平面磨削加工的称之为龙门磨床也公开有多种实例。在这些龙门磨床中，龙门相对承载工件夹紧装置的床身通常是可作位移的，加工平台及类似物须设置成能使工件和砂轮作必要的接近。这种机床既无打算也没有设计成加工相对小的工件，比如，加工具有复杂切削几何形状的刀具。这种龙门磨床的一个实例，其具有变换砂轮的装置和一在工作台的水平面上可运动的加工平台，公开在德国专利-3532903中。

由此，本发明的目的是，提供一种程控磨床，用于磨削较小的金属和非金属工件，特别是刀具，其具有一大的工作区域和高度通用性，其区别是空间需要低和具有良好的动态特性的高刚度以及高效。非金属工件能够是，例如，由Al₂O₃，Si₃N₄或其他组成的陶瓷工件。

为达到此目的，在开始时所提到的磨床，根据本发明其特征是，一个刚性的无扭曲龙门被固定连结到床身上并且有两个侧台和一个在床身之上一段距离上延伸的磨削主轴载体安装其上可沿第一轴线调整的水平桥，而且床身设计成从龙门一侧突出。

床身的相对侧的范围内设置两个台还是方便的。为了增加其刚度，它们可附加有朝着床身突出的前侧的支撑。一密封加强后壁可设置在二台之间，以进一步增加刚度，并且由于这个理由它也可刚性连接到床身上。后壁同时构成了一加工区域的密封后挡板，并且与至少密封磨削主轴支架和工件支架的盖罩在一起。而且连到床身上和/或龙门上并在床身上延伸，提供了整个机床的密封。为此目的，盖罩能够密封龙门的床身，防止润滑油流出。

为简化从所有侧面接近工件和砂轮，床身在它突出的前侧构置基本成部分圆的外形是有益的。这样的床身在它具有基本成钟形或部分圆柱形设计时，十分简单并且为盖罩提供了美学上的令人舒服的条件。

新的通用磨床确保加工区域有大量的自由空间而且由于移动量小，对磨削主轴缩短支撑突出量是有益的。从整体看，尽管有大的加工区域和高度通用性，它仍是十分紧凑和刚性的机床。由于与柱式设计的磨床相比，小量的移动部件缩短了调整路程和更好的控制条件，这种磨床与传统的磨床设计在可比的动力需要条件下相比能够经受更高的动态负载。不生产工作的偶然性允许量缩小了，而磨床的效率整体上显著增加了。

同时，这种新设计能够使磨削主轴上的砂轮接受装置和磨削主轴长度自身在力学和几何上限制到最小尺寸，使得仅需要相对短的调整路程(在原理上，砂轮接受装置和磨削主轴缩短的两倍)，就可使磨削砂轮进入各个磨削加工操作的正确空间位置。获得了一种基本对称的机床结构并且使例如右旋和左旋铣刀，钻头等均能在同一指令下磨削。复杂的加工，例如，圆角铣刀和带台阶刀具是十分简单和经济的了，不需要磨床的大外部尺寸。

磨削主轴支架和主轴驱动的动力和/或润滑供应线能够容纳在龙门上，以防止它们受到加工区域之外的润滑剂和冷却液的影响并使实际加工区域中无障碍物。

取决于所用磨床最佳目的，磨削主轴支架自身能够设计成具有一个或几个主轴。在最佳实施例中，它有至少一个驱动电机，它是通过一皮带驱动至少与一磨削主轴相连，而皮带驱动设置在一密封罩内，在其内相对周围环绕可维持正的空气压力。在实践中，这是通过由称之为密封空气作用的内罩获得的，密封空气可防止润滑剂和冷却液的渗透以及磨削主轴驱动的损伤。为了获得较短的结构设计和均匀的支撑负载，皮带驱动连到各个磨削主轴是有利的，磨削主轴支撑在两个支撑点之间的范围内的两侧的支撑上。

磨削主轴支架通过一支撑支持在龙门的桥上是有利的，该支撑设有可调滑座，它限定了第二轴线并有磨削主轴支架的支撑装置，磨削主轴支架限定了与第一、第二轴线成直角的朝着床身突出的前侧延伸的第三轴线，并且磨削主轴体安装在其上，绕第三轴线可回转运动。

取决了容纳在磨削主轴支架中的磨削主轴的数量，至少一个磨削主轴能够用其主轴轴线与第三轴线相交，或是设置成离第三轴线有一距离延伸。通常，磨削主轴轴线自身与第三轴线成直角。

工件支架的设计和支撑在某种程度上取决于主要加工的工件的类型和几何形状。通常有益的是把工件支架安装在沿与床身上第一和第二轴线成直角的第四轴线调整的一支撑件上。工件支架调整的可能性，通过把它安装在利用了限定第五垂直轴线的回转台的支撑件上，而且在给定的情况下，附加地利用进一步限定两个相互成直角的第六和第七轴线，可进一步增加。最后，对回转工件的加工，有益的是工件支架有工件夹紧装置，它可绕第八轴，即工件旋转轴线旋转。

本发明主题的一实施例由下列附图说明。

图1是一根据本发明设计的有六个数控轴的磨床的简化透视图。

图2是一以不同的比例表示根据图1，在最高设计阶段，有最多的八个数控轴的磨床的部件，说明磨床的磨削主轴支架和工件支架的可调整的成一直线和相互连接的各个移动和旋转轴线。

图3是一根据图1的磨床的磨削主轴支架的以不同比例的局部侧视图。

磨床包括一箱形体身1，其或是铸造，例如由灰铸铁铸成，或是焊接结构，而且在平面图中是一基本成部分圆形或部分椭圆形设计。一个相应弯曲的，部分圆柱形外周壁2从平后侧3延伸。4是凹陷的盖壁5向上拉出的基本平的或稍微成漏斗形的升边，并且向后侧3延伸并且在6处向下到机床安装底面。在对着后侧3的机床操作侧的前面，外周壁2为站在磨床前面操作侧的操作者的脚有一自由空间，在底的7处背后成锥形。在这个区域设置机脚为8，为叉车在机脚的两侧设置了长方形运输用的凹槽。

一相基本成U形的龙门9安装在床身1上，与床身的平的后侧面3对齐。龙门9是由两个垂直的台10和一个把它们连结在一起的桥11组成并且在床身1之上一距离处延伸。桥11是有基本上呈长方形横截面的梁式或桁式设计。台10以图1所示的方式设置在床身1的相对侧的区域中，使床身1的结构由龙门9向另一侧突出。在侧视图1中，它们大致成三角形并且由斜边缘12支撑。斜边缘12朝床身突出的前侧即操作侧延伸。为从后面密封由二个台，桥11和床身的盖壁5所包围的空间，一个密封的，加强的平后壁13设置在两个台10之间。后壁13刚性连结到桥11和台10以及床身上并且同时为龙门形成一加强件。

刚性良好而无扭曲的龙门9可以制成整体或由几个部件构成，在给出的例子中，可采用焊接或铸造成的箱式结构，并牢固地连结到床身1上，如通过螺纹。换一种形式，则床身1和龙门9也可铸成一体。

在面朝床身突出的前侧，桥11设有水平纵向导轨，在图1中标以14，支撑15安装在该导轨上，以沿第一水平轴-Y轴线，纵向移动。纵向导轨14可以通常的折式护罩160(图1和2)覆盖。

一个垂直滑座16通过一个标以17的线性导轨，在支撑15上被导向沿第二轴-Z轴线，纵向移动。轴线Z与水平轴线Y成直角。因此它垂直定向。

一个水平圆柱形支撑销轴18朝向床身1突出的前侧，它被设置在垂直滑座16的前侧。一个磨削主轴载体20安装在支撑销轴18上，以使其在滑座16可回转运动。支撑销轴18限定了在床身1上一段距离处延伸的水平第三轴，旋转轴线+A，绕该轴线磨削主轴载体20可在上至360°的范围内回转。对此的另一变型，在垂直滑座上的垂直回转平面的A轴线(图中未画出)也可以替代以一个水平回转平面。

磨削主轴载体20能够构置一个或几个主轴。它包括一长形罩21(图3)，罩中至少有一个磨削主轴22可旋转地安装在两间隔的支撑点23上。磨削主轴22在两侧端有突出罩21的砂轮接受装置24，而且砂轮25、26为所述的目的，适于置于砂轮接受装置24上(图2)。

替代图中所示的一个磨削主轴22，几个，特别是两个轴向平行的磨削主轴也能够以相应的方式安装在罩内。

所有的磨削主轴22由一个或两个电机驱动，电机被法兰式安装到用于所有磨削主轴的共用罩21上。仅有一个电机27设置在所示的实施例中。平的或带齿的皮带轮29安装在轴28(图3)上，并且通过一个平的或带齿的皮带30和一个平的或带齿的皮带轮31驱动磨削主轴。为获得较短的结构和均匀的支撑负载，平的或带齿的皮带轮31位于两支撑点23之间。

每个磨削主轴22与主轴线32(图3)成一直线，与回转轴线+A成直角，并且取决于磨削主轴的数量，与回转轴线+A的间隔能够是0或是＞0。在现在的情况中，如图2所示，磨削主轴32与回转轴线+A相交。

支撑15，垂直滑座16的磨削主轴支架20连接适于伺服驱动，这本身是公知的。并且因此设有在附图中进一步详细表示。这些伺服驱动能够沿-Y轴线和-Z轴线进行相应的调整运动并且绕旋转轴线+A可回转运动，这分别以程序控制方式施加给支撑15，垂直滑座16和磨削主轴载体20。所有这些伺服驱动的电气联线和一个驱动电机27的所有电气联线或多个驱动电机27的所有电气联线以及冷却液和润滑剂的管线、压缩空气管线，若要设置的话，则是通过轭的台10和桥11延伸的，磨削主轴支架20的供应线通过成中空销形式的支撑销轴18，这在图1中标为34。

起到密封空气用的连接件35设在能够罩住内部的罩21(图3)上，通过相应压缩空气管线，使相对环境的正气压起作用以防止冷却液和冷却油渗入罩内而危及磨削主轴驱动性能。以这种方式，由驱动电机27，皮带驱动轮29-31和有它们支撑23的磨削主轴22所组成的整个驱动装置得以有效地保护。

一检测探针37或任何其他适合的检测仪器从图2中明显看出的方式附着到磨削主轴载体20的前侧，用以测定在此所述的机床轴线的位置，以及所加工的工件相对一共用参照点的位置。有这些数据，机床轴线相对所加工工件的空间位置可被感知在相应的范围。加上砂轮25，26的几何数据，控制执行驱动的微处理器然后能够以自动校正位置和在每个加工操作之前再次调整砂轮(零点加工)的方式编程。

纵向导轨38设置在床身1的盖壁5上，而且在两个台10之间一半处延伸而且与床身1的平的后侧3成直角。安装在纵向导轨38上，大致从后侧3延伸到床身1突出的前侧的是一个支撑件，其或可沿第四轴线+X′轴线移动的滑座39的形式。轴线+X′与轴线-y和-z成直角延伸并且平行于旋转轴线+A。

为绕第五轴线-垂直旋转轴线+C旋转，一个圆形转台40安装在滑座39上。位于它上面，在图1中(小机床)是一个上转台410，在图2中(大机床)，一个复合滑座41，具有可沿第六轴线-轴线+U′调整的纵向滑座42，其位于一水平面内。上转台410(图1)固定连接到或是圆转台40上，即C轴线，或是-若无必要-连到滑座39上。

复合滑座41的横向滑座43沿第七轴线-轴线+V′在纵向滑座42上可调整，其位于一水平面内并且与由纵向滑座42所限定的轴线+u′成直角延伸。在原理上，可以想像的是，横向滑座43设计成相对纵向滑座42可旋转。

最后，一个包括呈卡盘45形式的工件夹紧装置的工件载体44分别位于上转台410或位于横向滑座43上。回转工件，例如，表示为46的一个钻头或铣刀，夹紧在卡盘45之中。卡盘45安装在工件载体44上，用于绕水平第八轴线-旋转轴线+B旋转。工件旋转轴线设计成在磨削标度(分辨度＜＝0.001)°时高级精度而且对圆周磨削成高旋转速度＞＝300rpm。进一步说，工件载体元件例如稳定架、尾座和类似物，以及一校正装置也能够分别设置在上转台410上或设置在横向滑座43上。

滑座39，复合滑座41的圆转台40和纵向及横向滑座，以及卡盘45用的电执行装置都是已知的，而且没有在附图中进一步详细表示。它们的动力是通过床身1的内部提供的，还采用一个没有进一步详细表示而相类似的圆转台40的中空支撑销轴。若稳定架和尾座设置在横向滑座43上，这些部件也能设计成自动调整。并且校正装置的校正辊能够设计成程控校正。

取决于各个目的，此处所要求的磨床能够制成有4、5、6、7或8个程控轴。在有4个程控轴(-Y、-Z、+B、X′)的机床的最低设计阶段，磨削主轴支架20能够设计成为在工件46上磨削螺旋导程，绕旋转轴A+可手动调整。

在最高设计阶段(图3)，移动主要轴线-轴X′、Y、Z，根据德国工业标准66217，相互联系在一座标系中，与次要的轴线+U′、+V′和回转主轴轴线A、B、C都提供了。

按此处所述的主要轴线布置，磨削主轴22能够摆动至任何空间磨削位置，使其类似于-Cardan系统，在理论上，任何磨削位置和最复杂的形状也能在工件46上磨削。

由于所有电的、气动的、润滑剂和冷却液供给线设于中间湿的区域的外部，工作区域避开所有碰撞供给线的危险，显著减少出毛病的机会。

磨床也能通过基本成钟形或部分圆柱形盖罩50(图1)以简单的方式被整体遮盖起来。盖罩50是带观测窗的薄金属板或透明塑料构成的，沿床身1的外形封置在床身1上并固定。这个盖罩50可以是设置带门的整体予制的结构元件。这个结构也能够具有这样的外形，盖罩密封固定到在后侧的龙门9上，但是另外密封在床身1的棱4上。

Claims (20)

1.一种数控磨床，适于诸如工具之类的金属工件磨削，包括一个床身；在其受驱动的至少一个磨削主轴的端部装有至少一个磨轮的磨削头，该磨头通过相应的支承及导向装置相对该床身至少沿两个相互设置成直角的轴线是可作调整的，而且在特定情况下绕至少一根轴线是可作摆动的；和布置在该床身上，在该磨削主轴载体的磨轮作用范围内安装得能沿至少一根轴线作调整的一个工件载体；相对各轴线分别与所述磨削主轴和/或工件载体相关的以其线性及旋转运动方式实行调整运动的若干程序控制的调整装置；其特征为其中牢固连接到所述床身(1)上的是一个刚性良好的，无扭曲的龙门(9)并具有两个侧台(10)和一个水平桥(11)，该桥在该床身之上一段距离处延伸并在其上装有沿一个第一轴线(-y)作调整的所述磨削主轴载体(2)，并且其中的该床身(1)被设计成朝该龙门(9)的一侧向突出。

2.根据权利要求1所述的磨床，其特征在于其中该二台(10)设置在床身(1)的相对侧的区域。

3.根据权利要求1或2所述的磨床，其特征在于，其中该二台(10)被朝着该床身(1)的突出的前侧支撑。

4.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征是其中一个密封的，加强的后壁(13)设置在该二台(10)之间。

5.根据权利要求3所述的磨床，其特征在于其中该后壁(13)也是刚性地连结到该床身(1)上。

6.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中该床身(1)构置成在它的突出前侧具有基本部分圆形外形。

7.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中，它有一个至少密封住该磨削主轴载体(20)和该工件载体(44)的盖罩(50)，其连结到该床身(1)和/或该龙门(9)上并且延伸罩住所述床身(1)。

8.根据权利要求6所述的磨床，其特征在于其中，该盖罩(50)密封住该床身(1)和/或该龙门(9)。

9.根据权利要求6或7所述的磨床，其特征在于其中该盖罩(50)呈基本钟形或部分圆柱形设计。

10.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中该磨削主轴载体(20)和主轴驱动动力和/或润滑和/或冷却供给线(34)容纳在该龙门(9)中。

11.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中该磨削主轴载体(20)装有至少一个驱动电机(27)，其通过皮带驱动(30，31，32)至少与一个磨削主轴(22)相连，并且在该皮带驱动中设置一个密封罩(21)，在该罩内能保持相对环境为正的空气压力。

12.根据权利要求10所述的磨床，其特征在于其中该皮带驱动与在两个支撑点(23)间范围内的两侧上的支撑上支撑的该磨削主轴(22)相连。

13.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中该磨削主轴载体(20)通过安装有可调整滑座(16)的支撑(15)安装在该桥(11)上，第二轴线(-Z)由滑座(16)限定，而且，滑座(16)有用于该磨削主轴支架(20)的支撑装置(18，19)，该支撑装置限定第三轴线(+A)，其最好与该第一轴线(-Y)和第二轴线(-Z)成直角，并且朝床身(1)突出的前侧延伸，而该磨削主轴支架安装在该支撑装置上并可绕第三轴线(+A)旋转运动。

14.根据权利要求13所述的磨床，其特征在于其中至少一个磨削主轴(22)用其主轴轴线(32)与第三轴线(+A)相交。

15.根据权利要求13或14所述的磨床，其特征在于，至少一个磨削主轴(22)设置成其主轴轴线(32)距第三轴线(+A)一段距离处延伸。

16.根据权利要求13所述的磨床，其特征在于其中该支撑装置(18)设计成中空轴。

17.根据在先权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中该工件载体(44)安装在一支撑装置(39)上，用以沿该床身(1)上的与该第一轴线(-Y)和第二轴线(-Z)成直角的第四轴线(+X′)进行调整。

18.根据权利要求17所述的磨床，其特征在于，其中该工件支架(44)通过限定第五垂直轴线(+V′)的旋转台(40)安装在该支撑装置(39)上。

19.根据权利要求17或18所述的磨床，其特征在于其中该工件支架(44)通过限定了相互成直角的第六和第七轴线(+U′；+V′)的复合滑座(41)安装在该支撑件(39)上。

20.根据在前权利要求之一所述的磨床，其特征在于其中该工件支架(44)具有一个绕第八轴线(+B)，该工件旋转轴线旋转的一个工件夹紧装置(45)。

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