CN202137645U - 精密刀具机械磨床主轴平动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械加工设备技术领域，特别是涉及一种精密刀具机械磨床主轴平动机构。俯仰支架的两端通过转动装置安装在支架上，俯仰支架可以绕转动装置为转轴转动；曲柄安装在俯仰支架上，曲柄的旋转轴穿过俯仰支架，曲柄的旋转轴与电机及减速机的输出轴连接；曲柄一端安装有第一球头连杆机构，第一球头连杆的球头端安装在第一球头连杆机构中的第一旋转球碗内；第一球头连杆与第二球头连杆机构中的第二球头连杆固定连接；第二球头连杆机构安装在导轨上，并且与主轴磨头组件同步平动。本实用新型能够完成平动距离的在线调整和在线位置移动，并且操作方便、简单；使用本实用新型的刀具机械磨床主轴平动稳定，直线度高，振动值小。

Description

精密刀具机械磨床主轴平动机构

技术领域

本实用新型属于机械加工设备技术领域，特别是涉及一种精密刀具机械磨床主轴平动机构。 

背景技术

刀具机械磨床的主轴平动机构主要实现两种功能，一是主轴磨头组件的定位功能，即移动主轴磨头组件到刀具磨削加工位；二是主轴磨头组件在刀具磨削位置的来回往复直线运动，因为刀具在机械磨削加工时，主轴磨头是旋转运动的，而刀具一般是静止的，一般主轴磨头砂轮的环宽小于刃口长度，如果在磨削时，砂轮没有沿刀具刃口方向的往复移动，那么就只能一段一段的磨削刀具刃口，这样不能保证加工出的刀具刃口直线度，为了解决这一问题，超硬刀具机械磨床在磨削刀具时，要求主轴磨头沿刃口方向来回往复直线运动(一般称其为主轴磨头组件的平动)，而且由于刀具刃口的长度不同，主轴磨头组件的平动距离是不同的，因此要求平动距离是可以调整的，又由于这种平动的直线度对刀具刃口的质量有一定的影响，因此对平动机构的运动稳定性、直线度、振动值均有比较严格的要求。早期的刀具机械磨床的平动机构是不能在线调整平动距离的，只能停机调整；此外，早期的刀具机械磨床的平动直线度均在0.01mm以上，已经无法满足现代高精度刀具的加工要求。 

实用新型内容

(一)要解决的技术问题 

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可在线调整平动距离，平动稳定性高、直线度高、振动值小的刀具机械磨床主轴平动机构。 

(二)技术方案 

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种精密刀具机械磨床主轴平动机构，该平动机构中俯仰支架的两端通过转动装置安装在床身上，俯仰支架可以绕转动装置为转轴转动；曲柄安装在俯仰支架上，曲柄的旋转轴穿过俯仰支架，曲柄的旋转轴与电机及减速机的输出轴连接；曲柄一端安装有第一球头连杆机构，第一球头连杆的球头端安装在第一球头连杆机构中的第一旋转球碗内；第一球头连杆与第二球头连杆机构中的第二球头连杆固定连接；第二球头连杆机构安装在导轨上，并且与主轴磨头组件同步平动。 

其中，转动装置包括第一支撑销和第二支撑销；第一支撑销和第二支撑销通过铜套支撑俯仰支架的两端，第一支撑销和第二支撑销同轴；第二支撑销的一端与俯仰支架固定，第二支撑销和俯仰支架可以绕第一支撑销和第二支撑销组成的转轴同步转动。 

其中，第二支撑销的另一端通过偏心结构和丝杠螺母连接，丝杠螺母安装在精密丝杠上；所述丝杠螺母在精密丝杠上的横向移动通过偏心结构带动支撑销的转动。 

其中，床身上安装有立板，第二支撑销穿过立板与俯仰支架固定；第一支座和第二支座固定在立板上，第一支座和第二支座内均安装有滚动轴承，滚动轴承支撑和定位精密丝杠。 

其中，精密丝杠的一端由精密螺母锁紧轴承，另一端通过联轴器与传动光杆连接。

其中，第一球头连杆通过连杆与第二球头连杆连接，连杆可以调节改变第一球头连杆和第二球头连杆之间的间距；第二球头连杆机构通过以下结构安装在导轨上：第二球头连杆机构安装在球杆安装座内，球杆安装座与连接支座固定连接，连接支座安装在精密直线导轨及滑座上，连接支座可随精密直线导轨的滑座沿导轨面直线运动。 

其中，精密直线导轨及滑座安装在导轨支座上，导轨支座与床身 固定，导轨支座的两端各安装有一组拉伸弹簧支板、拉杆、调节螺母和锁紧螺母、拉伸弹簧。 

通过调整拉杆和调节螺母的位置，可以调整拉伸弹簧的预拉伸力，进而可以缓冲平动机构在运动过程中惯性力带来的振动。 

其中，连接支座上固定安装有连接杆，连接杆的内孔中安装了两个直线轴承，平动主传动丝杠从直线轴承内孔穿过，平动主传动丝杠尾端用精密螺母定位；平动主传动丝杠上安装有丝杠限位和平动主传动丝母，平动主传动丝杠和平动主传动丝母之间只有相对的旋转滚动；平动主传动丝母与主轴磨头安装座安装定位，主轴磨头组件安装在主轴磨头安装座上。 

其中，平动主传动丝杠另一端有花键，花键与花键套配合连接，花键套的另一端与过渡轴固定连接。 

其中，球头连杆为分体式结构，其球头部分有带锥度的孔，连杆部分的一端带有锥度，二者过盈配合组合成球头连杆。 

(三)有益效果 

上述技术方案具有如下优点：通过俯仰支架、曲柄和球头连杆机构结合，完成平动距离的在线调整，并且操作方便、简单。使用本实用新型的刀具机械磨床主轴平动稳定，直线度高，振动值小，平动的直线度也可以保证在0.003mm/60mm(在平动60mm的距离，直线度0.003mm)以下，满足现代高精度超硬刀具加工的质量要求。 

附图说明

图1是本实用新型实施例主轴磨头组件平动机构的局部俯视图； 

图2是本实用新型实施例主轴磨头组件平动机构的主视剖视图； 

图3是本实用新型实施例球头连杆机构的局部放大剖视图。 

其中，1：立板；2：连杆；3：第一球头连杆；4：曲柄；5：床身；6：第一支撑销；7：俯仰支架；8：电机及减速机；9：调整垫片；10：铜套；11：第二支撑销；12：第一限位；13：端盖；14：精密锁 紧螺母；15：端盖；16：第一支座；17：精密丝杠；18精密丝杠螺母；19：第二限位；20：端盖；21：第二支座；22：端盖；23：轴承；24：轴承锁紧螺母；25：联轴器；26：传动光杠；27：第一压盖；28：第一上支撑套；29：第一旋转球碗；30：第一下支撑套；31：调位螺钉；32：第二球头连杆；33：第二压盖；34：第二上支撑套；35：第二旋转球碗；36：第二下支撑套；37：球杆安装座；38：动圈；39：手轮轴承；40：轴承弹簧挡圈；41：过渡轴；42：定位键；43：手轮锁紧螺母；44：调刀位手轮；45：手轮把手；46：过渡支座；47：涨紧弹簧；48：钢球；49：刻度圈；50：手轮安装板；51：花键套；52：传动丝杠限位；53：平动主传动丝杠；54：平动主传动丝母；55：主轴磨头安装座；56：主轴磨头组件；57：连接杆；58：传动丝杠限位；59：精密直线轴承；60：直线轴承锁母；61：定位挡板；62：轴承外挡圈；63：滚动轴承；64：轴承锁紧螺母；65：电机减速机连接板；66：定位螺钉；67：锁紧垫片；68：轴承内挡圈；69：轴承端盖；70：连接轴套；71：拉伸弹簧支板；72：调节螺母和锁紧螺母；73：拉伸弹簧；74：导轨支座；75：拉伸弹簧定位杆；76：精密直线导轨及滑座；77：连接支座；78：拉杆。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。 

如图1所示，本实施例中主轴磨头组件平动距离在线调整机构安装在床身5上，立板1用螺钉与床身5连接，第一支撑销6安装在床身5上，第二支撑销11安装在立板1上，俯仰支架7的两端分别由第一支撑销6和第二支撑销11通过两个铜套10支撑，第一支撑销6是不能转动的，而第二支撑销11一端由调整垫片9和普通螺母、弹簧垫圈紧紧压在俯仰支架7上，因此第二支撑销11和俯仰支架7只能同步转动。丝杠 螺母18通过一个偏心结构和第二支撑销11的一端连接，当丝杠螺母18在精密丝杠17上移动时，通过偏心结构转化成第二支撑销11的转动，进而带动俯仰支架7沿第一支撑销6和第二支撑销11轴心转动。第一支座16和第二支座21用螺钉紧固在立板1上，第一支座16和第二支座21内安装一对滚动轴承23用于支撑和定位精密丝杠17，滚动轴承23的两端分别由四个端盖13、15、20、22限位。丝杠螺母18安装在精密丝杠17上，左右分别有第一限位12和第二限位19作为调整丝杠螺母移动距离。丝杠17的一端由精密螺母14锁紧轴承，另一端通过联轴器25与传动光杠(26)连接，并用螺钉锁紧。传动光杠26的另一端连接有手轮。 

如图2所示，曲柄4套在连接套70上，并用定位挡板61定位，螺钉紧固，连接套70通过平键和电机减速机8输出轴连接，随电机减速机8输出轴一同沿输出轴轴线旋转。电机减速机通过电机减速机连接板65和定位螺钉66与俯仰支架7固定。连接套70通过一对滚动轴承63固定在俯仰支架7的内孔中，滚动轴承63之间由内挡圈68、外挡圈62隔离，滚动轴承63并由锁紧螺母64调整垫片67和端盖69定位锁紧。曲柄4可以随俯仰支架7一同俯仰，同时也可以绕电机减速机输出轴轴线旋转。曲柄4一端的内孔中安装了第一上支撑套28、第一旋转球碗29、第一下支撑套30和第一球头连杆3，并用第一压盖27定位，第一压盖27由螺钉紧固在曲柄4上。第一球头连杆3通过连杆2与第二球头连杆32相连，第二球头连杆32、第二上支撑套34、第二旋转球碗35、第二下支撑套36安装在球杆安装座37内，并用第二压盖33定位，第二压盖33和球杆安装座37螺钉固定。球杆安装座37与连接支座77螺钉连接，连接支座77安装在精密直线导轨及滑座76上，连接支座77可以随精密直线导轨的滑座沿导轨面直线运动。精密直线导轨及滑座76安装在导轨支座74上，导轨支座74与床身5螺钉固定，导轨支座74的两端各安装有一组拉伸弹簧支板71、拉杆78、调节螺母和锁紧螺母72、拉伸弹簧73，拉伸弹簧的作用是缓冲主轴磨头组件平动时惯量，减小振动。连 接支座77下部安装了拉伸弹簧定位杆75，连接支座77上部螺钉定位了连接杆57。连接杆57的内孔中安装了两个直线轴承59，平动主传动丝杠53从直线轴承59内孔穿过，并在尾端用精密螺母60定位，使得平动主传动丝杠53可以在连接杆57的内孔中旋转，不能与连接杆57形成直线位移。平动主传动丝杠53上安装有丝杠限位52、58和平动主传动丝母54，丝杠和丝母只有相对的旋转滚动。平动主传动丝母54用螺钉与主轴磨头安装座56安装定位，主轴磨头组件55用螺钉安装在主轴磨头安装座56上。平动主传动丝杠53另一端采用花键配合，与花键套51连接，花键套51的另一端与过渡轴41连接，并用螺钉定位。过渡轴41采用平键42与调刀位手轮44连接，并用手轮锁紧螺母43紧固。过渡轴41上安装了滚动轴承39和定位挡圈40，之后整体安装在过渡支座46内，过渡支座46又采用螺钉紧固的方法固定在与床身5连接的手轮安装板50上。在手轮安装板50和调刀位手轮44之间又安装有动圈38、刻度圈49，动圈38和刻度圈49之间安装了弹簧47、钢球48，使得动圈38、刻度圈49一同转动，不会形成相对转动，动圈38和刻度圈49的设置主要为了确定刀具定位的距离。平动距离手轮结构与调刀位手轮44的结构是一样的，因此没有在图中标示。 

第一球头连杆3、第二球头连杆32可以采用数控车床加工成一体式的，也可以采用分体式结构。分体式结构的球头连杆选用国家标准中的高精度钢球，在其轴线方向用电火花方式加工出带有锥度的内孔；然后加工一端带有锥度的连杆，二者采用过盈配合热压装成一个整体，形成球头连杆 

球头连杆机构如图3所示，第一球头连杆3的球头与两个第一旋转球碗29内球面配合，即球头可在第一旋转球碗29沿空间三维旋转，但不能有轴向位移。两个第一旋转球碗29的外圆柱面分别安装在第一上支撑套28和第一下支撑套30内圆柱面内，第一旋转球碗29的外圆柱面可以在第一上支撑套28和第一下支撑套30内圆柱面内相对旋转，但不 能有轴向位移。调位螺钉31可以调整第一球头连杆3的球头与两个第一旋转球碗29内球面配合间隙。第二球头连杆机构中的第二球头连杆32、第二压盖33、第二上支撑套34、第二旋转球碗35、第二下支撑套36的安装结构与上述第一球头连杆机构的结构相似。 

本实施例中精密刀具机械磨床主轴平动机构的工作过程为：当平动距离手轮转动时，同步带动传动光杠26旋转，旋转运动又从传动光杠26、联轴器25传递到精密丝杠17，精密丝杠17只能旋转而不能沿轴向运动，其旋转运动通过丝杠螺母18转化为丝杠螺母18的沿轴线的移动，丝杠螺母18又带动第二支撑销11的旋转，进而使俯仰支架7沿第一支撑销6和第二支撑销11轴心同步转动，形成俯仰支架7的俯仰。俯仰支架7的俯仰带动了固定其上的曲柄4一同俯仰了一定的角度，这时的曲柄4所在平面与俯仰支架7没有俯仰时的平面形成了一定的角度，我们称其为俯仰角。这个俯仰角的存在，使得曲柄4在沿连接轴套70轴心线旋转运动时，刚性连接在曲柄4上的第一球头连杆3、连杆2、球头连杆2(32)、球杆安装座(37)、连接支座(77)、连接杆57沿水平方向形成周期往复的直线运动，而连接支座77下面连接着直线导轨滑块，因此带动导轨滑块沿导轨方向周期的直线往复运动；连接杆57也刚性连接着平动主传动丝杠53，因此带动平动主传动丝杠53和平动主传动丝母54一同沿主传动导轨面往复直线运动，平动主传动丝母54和主轴磨头安装座55、主轴磨头组件56刚性连接，因此，主轴磨头安装座55、主轴磨头组件56一同沿主传动导轨面往复直线运动，形成了主轴磨头组件的平动，当调整俯仰支架7的俯仰角度，就可以实现调整主轴磨头组件的平动距离了。平动主传动丝杠53的一端设计有移动花键，与花键套51配合，在主轴磨头组件56平动时，花键始终在花键套51中相对移动，而不脱离，因此，此时旋转调刀位手轮，花键套51带动花键旋转，平动主传动丝杠53和平动主传动丝母54又增加了相对的旋转运动，因此主轴磨头安装座55、主轴磨头组件56和平动主传动 丝母54一同沿主传动丝杠轴线方向直线运动，实现了在线调整磨刀位置。同样的，在主轴磨头组件平动时，旋转平动距离手轮，可以调整俯仰支架7的俯仰角度，进而实现主轴磨头组件平动距离的调整。因此，这套机构可以实现主轴磨头组件平动位置(即磨刀位)、平动距离的在线调整。 

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (10)

1.精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，俯仰支架(7)的两端通过转动装置安装在床身(5)上，俯仰支架(7)可以绕转动装置为转轴转动；曲柄(4)安装在俯仰支架(7)上，曲柄(4)的旋转轴穿过俯仰支架(7)，曲柄(4)的旋转轴与电机及减速机的输出轴连接；曲柄(4)一端安装有第一球头连杆机构，第一球头连杆(3)的球头端安装在第一球头连杆机构中的第一旋转球碗(29)内；第一球头连杆(3)与第二球头连杆机构中的第二球头连杆(32)固定连接；第二球头连杆机构安装在导轨上，并且与主轴磨头组件联动。

2.如权利要求1所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，所述转动装置包括第一支撑销(6)和第二支撑销(11)；第一支撑销(6)和第二支撑销(11)通过铜套(10)支撑俯仰支架(7)的两端，第一支撑销(6)和第二支撑销(11)同轴；第二支撑销(11)的一端与俯仰支架(7)固定，第二支撑销(11)和俯仰支架(7)可以绕第一支撑销(6)和第二支撑销(11)组成的转轴同步转动。

3.如权利要求2所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，所述第二支撑销(11)的另一端通过偏心结构和丝杠螺母(18)连接，丝杠螺母(18)安装在精密丝杠(17)上；所述丝杠螺母(18)在精密丝杠(17)上的横向移动通过偏心结构带动支撑销(11)的转动。

4.如权利要求3所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，所述床身(5)上安装有立板(1)，第二支撑销(11)穿过立板(1)与俯仰支架(7)固定；第一支座(16)和第二支座(21)固定在立板(1)上，第一支座(16)和第二支座(21)内均安装有滚动轴承(23)，滚动轴承(23)支撑和定位精密丝杠(17)。

5.如权利要求4所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，所述精密丝杠(17)的一端由精密螺母(14)锁紧轴承，另 一端通过联轴器(25)与传动光杆(26)连接。

6.如权利要求1所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，第一球头连杆(3)通过连杆(2)与第二球头连杆(32)连接，连杆(2)可以调节改变第一球头连杆(3)和第二球头连杆(32)之间的间距；第二球头连杆机构通过以下结构安装在导轨上：第二球头连杆机构安装在球杆安装座(37)内，球杆安装座(37)与连接支座(77)固定连接，连接支座(77)安装在精密直线导轨及滑座(76)上，连接支座(77)可随精密直线导轨的滑座沿导轨面直线运动。

7.如权利要求6所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，精密直线导轨及滑座(76)安装在导轨支座(74)上，导轨支座(74)与床身(5)固定，导轨支座(74)的两端各安装有一组拉伸弹簧支板(71)、调节螺母和锁紧螺母(72)、拉伸弹簧(73)和拉杆(78)。

8.如权利要求6所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，所述连接支座(77)上固定安装有连接杆(57)，连接杆(57)的内孔中安装了两个直线轴承(59)，平动主传动丝杠(53)从直线轴承(59)内孔穿过，平动主传动丝杠(53)尾端用精密螺母(60)定位；平动主传动丝杠(53)上安装有丝杠限位(52、58)和平动主传动丝母(54)，平动主传动丝杠(53)和平动主传动丝母(54)之间只有相对的旋转滚动；平动主传动丝母(54)与主轴磨头安装座(56)安装定位，主轴磨头组件(55)安装在主轴磨头安装座(56)上。

9.如权利要求8所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，平动主传动丝杠(53)另一端有花键，花键与花键套(51)配合连接，花键套(51)的另一端与过渡轴(41)固定连接。

10.如权利要求1所述的精密刀具机械磨床主轴平动机构，其特征在于，所述球头连杆为分体式结构，其球头部分有带锥度的孔，连杆部分的一端带有锥度，二者过盈配合组合成球头连杆。 

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