CN203696624U - 一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备，包括床身、砂轮装置以及工件装夹装置，其中，所述砂轮装置固定在床身上，所述工件装夹装置通过进给机构与床身连接；所述工件装夹装置包括两个相对设置的装夹机构，其中一个为与底板固定连接的固定装夹机构，另一个为通过直线滑动机构与底板连接的活动装夹机构，所述直线滑动机构的滑动方向为装夹后的工件的轴线方向；所述活动装夹机构上连接有一施力机构。本实用新型的磨削设备能够实现在拉伸预应力状态下进行超高速外圆磨削，从而提高回转体工件磨削加工的效率和精度，并增加工件的残余压应力，提高工件的疲劳强度和抗腐蚀性能，延长机械零件的使用寿命。

Description

一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备

技术领域

本实用新型涉及材料表面机械加工设备，具体涉及一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备。

背景技术

超高速磨削既能获得高效率，又能达到高精度，能对各种材料和形状进行高效率精密加工。超高速磨削技术是最新的高效率磨削技术，是先进制造学科的前沿技术。而为了改变工件已加工表面的残余应力状态，现有技术中出现了拉伸预应力磨削工艺，该方法在磨削加工中，通过对工件施加预应力，对磨削后工件表面的残余应力进行主动控制与干预，从而减少残余拉应力，增加残余压应力，提高工件的疲劳强度和抗腐蚀性能，延长机械零件的使用寿命。但是现有技术中还没有出现一种能够在拉伸预应力状态下进行超高速外圆磨削的设备。

例如，授权公告号为CN 1410226A的中国实用新型专利说明书中公开了一种高速及超高速外圆磨削方法及设备，通过将用来进行磨削加工的砂轮架固定于磨床床身上，砂轮只作旋转磨削运动，不作进给运动，工件通过纵向和横向工作台带动作纵向和横向进给运动，这样，由于砂轮架固定在磨床上，刚性好，从而满足高速及超高速外圆磨削加工的要求。但是上述设备中，工件的装夹为顶尖装夹，工件不能进行拉伸预应力装夹，因此不能实现在拉伸预应力状态下的超高速外圆磨削。

又如，公布号为CN103213049A的中国发明专利申请说明书中公开了一种预应力磨削的方法，该方法通过将待磨工件安装到预应力加载装置中，对工件施加预拉应力，再由磨削装置对工件进行磨削加工，从而使工件表面获得残余压应力。但是该方法中，工件安装到预应力加载装置后，再固定到磨床的磨削位置中，磨削时工件不能转动，因此不能实现外圆磨削，更不能实现超高速外圆磨削。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备，该设备能够实现在拉伸预应力状态下进行超高速外圆磨削，从而提高回转体工件磨削加工的效率和精度，并增加工件的残余压应力，提高工件的疲劳强度和抗腐蚀性能，延长机械零件的使用寿命。

本实用新型实现上述目的的技术方案为：

一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备，包括床身、砂轮装置以及工件装夹装置，其中，所述砂轮装置固定在床身上，所述工件装夹装置通过进给机构与床身连接；所述工件装夹装置包括两个相对设置的装夹机构，其中一个为与底板固定连接的固定装夹机构，另一个为通过直线滑动机构与底板连接的活动装夹机构，所述直线滑动机构的滑动方向为装夹后的工件的轴线方向；所述活动装夹机构上连接有一施力机构。

本实用新型的一个优选方案，所述施力机构包括伺服电机以及丝杠传动机构，其中，丝杠传动机构中的丝杠与伺服电机的主轴连接，丝杠传动机构中的丝杠螺母设置于活动装夹机构上。

本实用新型的一个优选方案，所述直线滑动机构由相互配合的滑轨和滑槽构成，其中，所述滑轨设置在底板上，所述滑槽设置在活动装夹机构上。

本实用新型的一个优选方案，所述固定装夹机构和活动装夹机构均包括安装座以及设在安装座上的卡盘；所述固定装夹机构和活动装夹机构中，至少有一个装夹机构中设置有用于带动卡盘的伺服电机。

本实用新型的一个优选方案，还包括拉伸预应力控制装置，该拉伸预应力控制装置包括拉力传感器和控制系统，其中，所述拉力传感器设置在固定装夹机构或活动装夹机构的卡盘上，该拉力传感器与控制系统连接，所述控制系统与施力机构中的伺服电机连接。

本实用新型的一个优选方案，所述砂轮装置包括砂轮、砂轮架以及动力装置，其中，砂轮设置于砂轮架上，砂轮架固定于床身上。

本实用新型的一个优选方案，还包括磨削液供给装置。

本实用新型的一个优选方案，所述进给机构由X向进给机构和Y向进给机构组成。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、通过将砂轮装置与床身固定、将工件装夹装置设置于进给机构上，从而使该设备具有超高速磨削的功能，提高了回转体工件磨削加工的效率和精度；同时，由于设置了两个装夹机构，并且其中一个装夹机构在施力机构的作用下能够沿轴向运动，从而对工件施加轴向拉力，使回转体工件表面产生了轴向残余压应力，工件表面的总体残余压应力增大，提高了工件的疲劳强度和抗腐蚀性能。

2、从对表面/亚表面造成的损伤来看，利用该设备进行超高速磨削加工，改善了工件表面的应力分布状态，能够有效防止工件表面裂纹的扩展。

3、将超高速磨削、预应力磨削集成在一道工序中完成，减少了加工工序，缩短了加工时间，提高了生产效率。

4、在本实用新型的优选方案中，通过拉伸预应力控制装置可控制预应力的大小，实现了对工件表面轴向残余压应力的主动控制，从而适应不同的加工工艺要求。

附图说明

图1为本实用新型的拉伸预应力超高速外圆磨削设备的一个具体实施方式的结构示意图。 

图2是本实用新型的拉伸预应力超高速外圆磨削设备进行拉伸预应力磨削加工的示意图，图中，ω1为砂轮转速，ω2为工件转速，v为工件进给速度，σ为施加于工件的拉伸预应力。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

参见图1，本实用新型的拉伸预应力超高速外圆磨削设备主要由床身8、砂轮装置、工件装夹装置、磨削液供给装置以及拉伸预应力控制装置等组成。其中：

参见图1，所述砂轮装置包括砂轮13、砂轮架1以及动力装置，其中，砂轮13和动力装置设置于砂轮架1上，砂轮架1固定于床身8上，使得整个砂轮装置具有较好的刚性，确保砂轮13能够平稳地进行高速运动。

参见图1，所述工件装夹装置通过进给机构7与床身8连接，该工件装夹装置包括两个设置在底板9上且相对设置的装夹机构，其中一个为与底板9固定连接的固定装夹机构，另一个为通过直线滑动机构与底板9连接的活动装夹机构。所述固定装夹机构和活动装夹机构均包括安装座14、16、设在安装座14、16上的卡盘10、3以及用于带动卡盘10、3转动的伺服电机11、15，两个装夹机构的卡盘10、3分别用于装夹工件2的一端，两个卡盘10、3的轴线与砂轮13的轴线平行且位于同一水平高度上；工作时，对两个装夹机构中的伺服电机11、15进行同步控制，确保工件2两端的转速一致。所述直线滑动机构由相互配合的滑轨和滑槽构成，其中，所述滑轨设置在底板9上，所述滑槽设置在活动装夹机构的安装座16的底部；该直线滑动机构的滑动方向为装夹后的工件2的轴线方向，用于对工件2产生拉伸运动。所述活动装夹机构上连接有一施力机构，用于对工件2施加拉力，该施力机构由伺服电机4以及丝杠传动机构构成，其中，所述伺服电机4固定在底板9上；所述丝杠传动机构中的丝杠5一端与伺服电机4的主轴连接，另一端与轴承6连接；所述丝杠传动机构中的丝杠螺母设置于活动装夹机构的安装座16内。通过伺服电机4以及丝杠传动机构带动活动装夹机构的安装座16进行轴向微动，从而对工件2产生轴向拉力，实现在拉伸预应力状态下的超高速外圆磨削。

参见图1，所述拉伸预应力控制装置用于主动控制施加在工件2上拉伸预应力大小，从而实现对工件2进行同工序的批量生产。该拉伸预应力控制装置包括拉力传感器12和控制系统，其中，所述拉力传感器12设置在固定装夹机构的卡盘10上，用于实时检测工件2的拉应力，并将收集的数据传送给控制系统，由该控系统对施力机构中的伺服电机4进行控制，从而将工件2的拉伸预应力控制在工艺所要求的范围内。通常，拉伸预应力大小为工件2材料弹性极限的0.05 -0.5倍，拉伸预应力值大小可设定在0-500 Mpa范围内。

参见图1，所述进给机构7由X向进给机构和Y向进给机构组成，用于进行X向和Y向的进给运动，该进给机构7与工件装夹装置的底板9连接。

参见图1，所述磨削液供给装置用于为工件2喷射磨削液。加工时，工件2转向和砂轮13的运动可以为同向也可以为不同向；当工件2与砂轮13旋转方向相反时，由于产生较大的气流，磨削液无法到达工件2加工表面，为此，设备所配备的磨削液装置可以让磨削以一定的速度喷射在工件2加工表面，使得工件2和砂轮13在相反方向转动加工时，还能使磨削液喷射到工件2的加工表面，保证工件2表面在加工时不被高温破坏。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的拉伸预应力超高速外圆磨削设备的工作过程作详细的描述。

参见图1和图2，本实施例中，所述工件2为圆柱体，材料为GCr15，加工过程包括以下步骤：

（1）将工件2装夹在工件装夹装置的卡盘10、3上，并通过拉伸预应力控制装置控制施力机构中的伺服电机4工作，获得工艺需要的拉伸预应力，本实施例中拉伸预应力为250Mpa。

（2）启动设备，让磨削装置、工件装夹装置、进给机构7以及磨削液供给装置工作，其中，砂轮13转速150m/s，工件转速100r/min，砂轮13转向和工件2转向相同，磨削深度0.02mm。所述砂轮13为经过精密修整的陶瓷结合剂CBN砂轮，砂轮磨粒尺寸为120μm，砂轮直径为350mm，宽度为10mm，磨粒层厚度为6mm。

（3）加工完成后，通过对两个工件装夹机构中的伺服电机11、15进行同步控制，使得两卡盘10、3能够同步减速，保证工件2不因一端卡盘速度不同而发生形变；当工件2停下后，松开卡盘10、3；最后通过控制施力机构中的伺服电机4来控制丝杆旋转，使工件2两卡盘10、3之间的距离变宽，最终将工件2从卡盘10、3取下。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，例如，上部主体结构还可以呈柱形或其他等多边形，或下部基础封闭空间内部置换其他材料填充和改变用途，总之其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种拉伸预应力超高速外圆磨削设备，包括床身、砂轮装置以及工件装夹装置，其中，所述砂轮装置固定在床身上，所述工件装夹装置通过进给机构与床身连接；其特征在于，所述工件装夹装置包括两个相对设置的装夹机构，其中一个为与底板固定连接的固定装夹机构，另一个为通过直线滑动机构与底板连接的活动装夹机构，所述直线滑动机构的滑动方向为装夹后的工件的轴线方向；所述活动装夹机构上连接有一施力机构。

2.根据权利要求1所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，所述施力机构包括伺服电机以及丝杠传动机构，其中，丝杠传动机构中的丝杠与伺服电机的主轴连接，丝杠传动机构中的丝杠螺母设置于活动装夹机构上。

3.根据权利要求2所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，所述直线滑动机构由相互配合的滑轨和滑槽构成，其中，所述滑轨设置在底板上，所述滑槽设置在活动装夹机构上。

4.根据权利要求3所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，所述固定装夹机构和活动装夹机构均包括安装座以及设在安装座上的卡盘；所述固定装夹机构和活动装夹机构中，至少有一个装夹机构中设置有用于带动卡盘的伺服电机。

5.根据权利要求4所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，还包括拉伸预应力控制装置，该拉伸预应力控制装置包括拉力传感器和控制系统，其中，所述拉力传感器设置在固定装夹机构或活动装夹机构的卡盘上，该拉力传感器与控制系统连接，所述控制系统与施力机构中的伺服电机连接。

6.根据权利要求1所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，所述砂轮装置包括砂轮、砂轮架以及动力装置，其中，砂轮设置于砂轮架上，砂轮架固定于床身上。

7.根据权利要求1所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，还包括磨削液供给装置。

8.根据权利要求1所述的拉伸预应力超高速外圆磨削设备，其特征在于，所述进给机构由X向进给机构和Y向进给机构组成。