CN204075896U - 回转类零件圆弧修整装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，包括头架、后架和用于研磨待修整工件的研修轮，头架和后架设于底座上，待修整工件定位于头架和后架之间，头架可在伺服电机的驱动下进行转动，待修整工件的前侧固定有拨盘，头架的后侧设有拨杆，头架可经由拨杆带动拨盘和待修整工件转动，研修轮设于轮轴上，轮轴可在变频电机的带动下进行转动。本实用新型的回转类零件圆弧修整装置可以实现对磨削压力和磨削相对速度的控制，进而控制加工去除率，通过多次修整、不断逼近，提高回转类零件的加工精度，实现回转类零件修整的低成本、高效率和智能化操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密加工技术领域，特别涉及一种成本低、结构合理、修整效率高且能实现智能控制的回转类零件圆弧修整装置，实现回转类零件的高精加工。
背景技术
回转类零件属于机器零件最为典型的零件类型之一，它的应用十分广泛，比如机床、汽车、飞机、内燃机、发动机、农业机械以及军工机械等内的传动轴和支撑轴，再比如轴承内外圈、凸轮和一些盘盖类零件等。随着现代工业的不断发展，对回转类零件的精度要求越来越高，尤其是起支撑作用的轴颈的形状精度。回转类零件的精密加工工艺、精密加工装备和精密测量也越来越受到人们的重视。目前，针对回转类零件的超精密加工，主要有两种途径：
(1)通过超精密机床来获取加工精度。研发精密、超精密轴承、导轨、机床等装备及其关键部件，以及通过提高刀具的性能，提高回转类零件的加工精度。
(2)人工修整的方法来获取高精密的加工精度。人工进行修整，工人利用较高水平的技术经验，通过一定时间的修整，提高回转类零件的加工精度。
第一种方式虽然可以获得一定的加工精度，但是引进超精密设备(如金刚车、超精密磨床、抛光机、RAPT机等)费用高，自主研制和开发时间长，费用高。
第二种方法也能获得一定的加工精度，但是工件的质量主要是依靠工人的技术水平，修整时间很长，效率低。
鉴于此，本实用新型提出一种回转类零件圆弧修整装置，结合相关算法和修整刀具，可以在普通的内外圆磨床上，用计算机控制对回转类零件的修整加工，通过多次测量和逼近修整，可以获得很高的精度，并具有成本低、结构合理、修整效率高和智能化等优点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种回转类零件圆弧修整装置，通过多次修整、不断逼近，提高回转类零件的加工精度，实现回转类零件修整的低成本、高效率和智能化操作。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，包括头架、后架和用于研磨待修整工件的研修轮，头架和后架设于底座上，待修整工件定位于头架和后架之间，头架可在伺服电机的驱动下进行转动，待修整工件的前侧固定有拨盘，头架的后侧设有拨杆，头架可经由拨杆带动拨盘和待修整工件转动，研修轮设于轮轴上，轮轴可在变频电机的带动下进行转动。
优选地，所述的头架的后侧设有前顶尖，后架的前侧设有后顶尖，待修整工件通过前顶尖和后顶尖定位在头架和后架之间。
优选地，所述的待修整工件设于第一支座上，第一支座设于桥板上，桥板固定连接支撑轴的下端，支撑轴的上端固定连接第二支座，第二支座通过转动副铰链连接吊垂杆的一端，吊垂杆的另一端连接第二配重，吊垂杆设于轮轴上的轴承的上侧，研修轮设于待修整工件上侧，轮轴设于砂轮架上，砂轮架通过旋转铰链与机座连接，所述的机座设于底座上，砂轮架固定连接平衡臂(22)的一端，平衡臂设于旋转铰链上，平衡臂的另一端连接第一配重。
更优选地，所述的桥板设于导轨上，导轨设于底座上。
优选地，所述的伺服电机的前端设有第一同步带轮，头架的前端设有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间通过同步带连接，第一同步带轮、第二同步带轮和同步带构成同步带传动系统。
优选地，所述的轮轴连接第二皮带轮，变频电机连接第一皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮之间通过皮带连接。
优选地，所述的回转类零件圆弧修整装置还包括计算机，计算机连接变频器及运动控制卡，变频器连接变频电机，由变频电机驱动研修轮对待修整工件进行修整，待修整工件由拨盘驱动旋转，旋转编码器一记录待修整工件的旋转次数，旋转编码器一与运动控制卡相连，由伺服电机通过同步带传动系统驱动拨盘转动，运动控制卡经由伺服驱动器控制伺服电机，旋转编码器二与伺服驱动器及伺服电机相连，开关电源与运动控制卡相连。
优选地，所述的研修轮包括修整刀具、刀具安装轴和内圆磨具架，修整刀具设于刀具安装轴上，刀具安装轴设于内圆磨具架上，内圆磨具架设于轮轴上。
本实用新型的修整原理是根据普林斯顿(Preston)方程：加工去除率与磨削压力和磨削相对速度成正比。已知曲面上某点(x，y)的瞬时磨削速度v(x，y)、磨削压强p(x，y)以及作用时间t，结合具体工况下的普林斯顿系数，可以计算出在时间t内零件表面材料去除率Δz。由普林斯顿方程模型可知，通过控制磨削速度、磨削压力和磨削时间都可以有效地实现定量磨削控制。本实用新型采用在磨削过程中通过控制磨削压力、磨削时间以及二者结合的控制方式达到控制磨削去除量的目的，通过计算机智能控制，实现回转类零件计算机控制智能修整。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的回转类零件圆弧修整装置可以实现对磨削压力和磨削相对速度的控制，进而控制加工去除率，通过多次修整、不断逼近，提高回转类零件的加工精度，实现回转类零件修整的低成本、高效率和智能化操作。
2、本实用新型中经过粗加工或者半精加工之后的工件，由圆度仪测得其某特定截面的轮廓数据，将该数据作为计算机数据处理的输入，经过一定的算法处理，输出速度数据，通过运动控制卡经伺服驱动器控制伺服电机的角位移和转速变化，通过同步带传动系统，以精确传递速度的变化。速度传递单元的输出端通过拨盘带动工件转动，以实现对工件修整过程中的速度变化的控制，提高磨削精度。
3、本实用新型可实现对磨削压力的控制，使刀具产生微位移，进一步提高磨削精度。
4、本实用新型在设置或调整好工件、刀具和机床等的参数以后，回转类零件圆弧修整能够实现智能化操作。在降低了回转类零件圆弧修整的成本的前提下，能够实现圆度误差快速收敛。
5、本实用新型可以用于制作轴承套圈、主轴、凸轮以及丝杆等回转类零件，其加工精度可以达到亚微米等级，零件轮廓精度达到0.1μm，表面粗糙度Ra10nm。
附图说明
图1是本实用新型所述回转类零件圆弧修整装置的主视图
图2是本实用新型所述回转类零件圆弧修整装置的俯视图
图3是本实用新型所述回转类零件圆弧修整装置的压力控制单元图
图4是本实用新型所述回转类零件圆弧修整装置的控制系统结构图
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，是本实用新型所述回转类零件圆弧修整装置的主视图，所述的回转类零件圆弧修整装置是在MG1432A磨床的基础上进行改造。将原电机替换为伺服电机4，平带传动替换为同步带传动。所述的回转类零件圆弧修整装置包括第二同步带轮1、同步带2、第一同步带轮3、伺服电机4、头架5、前顶尖6、拨杆7、拨盘8、后顶尖10、轮轴11、研修轮12、变频电机13、第一皮带轮14、皮带15、第二皮带轮16、旋转铰链17、导轨18、支座19、桥板20、第一配重21、平衡臂22、吊垂杆23、轴承24、转动副铰链25、支座26、支撑轴27、第二配重28、底座29、砂轮架30和机座31。其中，第二同步带轮1、同步带2、第一同步带轮3、伺服电机4、头架5、后架、前顶尖6、拨杆7、拨盘8、后顶尖10构成头架系统。轮轴11、研修轮12、变频电机13、第一皮带轮14、皮带15、第二皮带轮16构成刀具系统。旋转铰链17、导轨18、支座19、桥板20、第一配重21、平衡臂22、吊垂杆23、轴承24、转动副铰链25、支座26、支撑轴27、第二配重28、砂轮架30和机座31构成压力调整装置。
如图1所示，头架5、后架和用于研磨待修整工件9的研修轮12，头架5和后架设于底座29上，所述的头架5的后侧设有前顶尖6，后架的前侧设有后顶尖10，待修整工件9通过前顶尖6和后顶尖10定位在头架5和后架之间，头架5可在伺服电机4的驱动下进行转动，待修整工件9的前侧固定有拨盘8，头架5的后侧设有拨杆7，头架5可经由拨杆7带动拨盘8和待修整工件9转动，所述的伺服电机4的前端设有第一同步带轮3(小同步带轮)，头架5的前端设有第二同步带轮1(大同步带轮)，第一同步带轮3和第二同步带轮1之间通过同步带2连接，第一同步带轮3、第二同步带轮1和同步带2构成同步带传动系统。伺服电机4可经由同步带传动系统以及拨盘8带动待修整工件9转动。
研修轮12设于轮轴11上，所述的轮轴11连接第二皮带轮16(大皮带轮)，变频电机13连接第一皮带轮14(小皮带轮)，第一皮带轮14和第二皮带轮16之间通过皮带15连接。轮轴11可在变频电机13的带动下进行转动。
所述的研修轮12包括修整刀具、刀具安装轴和内圆磨具架，修整刀具通过螺栓安装于刀具安装轴上，刀具安装轴设于内圆磨具架上，内圆磨具架设于轮轴11上。修整刀具采用半刚性刀具，从外到内材料依次为磨粒、柔性层和刚性层。刀具安装轴末端做成莫氏锥度，结合螺纹，和内圆磨具架进行装配。
如图2所示，所述的待修整工件9设于第一支座19上，第一支座19设于桥板20上，所述的桥板20设于导轨18上，可以左右移动，以调整桥板的位置，导轨18设于底座29上。如图3所示，桥板20固定连接支撑轴27的下端，支撑轴27的上端固定连接第二支座26，第二支座26通过转动副铰链25连接吊垂杆23的一端，吊垂杆23的另一端连接第二配重28，吊垂杆23压在轮轴11上的轴承24的上侧，研修轮12设于待修整工件9上侧，轮轴11设于砂轮架30上，砂轮架30通过旋转铰链17与机座31连接，旋转铰链17的作用是调整研磨轮12的空间位置。所述的机座31设于底座29上，砂轮架30固定连接平衡臂22的一端，平衡臂22设于旋转铰链17上，平衡臂22的另一端连接第一配重21。压力调整装置的基本原理为杠杆原理，通过加配重的方法实现压力的变化。支座26通过螺纹和吊垂杆23连接，并且通过螺母和垫片的配合，可以在纵向实现高度的变化，以适应不同的研修轮中心线高度的要求。吊垂杆23压在轴承24上，以调节研修轮12和待修整工件9之间的接触应力。
如图4所示，所述的回转类零件圆弧修整装置还包括计算机，计算机连接变频器及运动控制卡，变频器连接三相异步电动机，变频器和三相异步电动机构成变频电机13，由三相异步电动机驱动研修轮12对待修整工件9进行修整，待修整工件9由拨盘8驱动旋转，旋转编码器一记录待修整工件9的旋转次数，旋转编码器一9与运动控制卡相连，由伺服电机4通过同步带传动系统驱动拨盘8转动，运动控制卡经由伺服驱动器控制伺服电机4带动研磨轮转动，旋转编码器二与伺服驱动器及伺服电机4相连，开关电源与运动控制卡相连。计算机上作为上位机，控制待修整工件和研修轮的运动。运动控制卡以计算机为主机，是基于PCI总线、串口或者以太网的数字式伺服电机的上位控制单元。它与计算机构成主从式控制结构：计算机机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作，如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送等，同时，由编码器采集来的电机的位置、速度信号经过处理都会在上位机界面上显示出来，达到实时监测的目的。运动控制卡进行自带的PID及速度前馈的闭环控制，输出的是经D/A转换后的±10V电压模拟量，通过驱动器控制伺服电机以速度控制模式转动。速度控制模式是通过模拟量控制电机的位移和转速，闭环控制，能够检测和反馈调节电机的位移和转速，控制精度较位置控制模式高。开关电源给运动控制卡供电，运动控制卡控制伺服驱动器，带动伺服电机根据预定的程序运转。伺服电机通过同步带传动系统和拨盘等机构，最终带动工件运转。变频器设定好频率，控制变频电机以一定的速度转动，带动修整刀具转动。修整刀具和工件接触，进行切削操作。其中两个旋转编码器实时测量转速，以实时反馈。
使用时，通过头架系统控制工件修整过程中工件速度的变化，通过刀具系统控制研修轮的回转速度，通过压力调整装置来修整压力。在头架系统的带动下，待修整工件以变速度转动，同时研修轮对其进行研修，以研修一周或者几周作为一个周期。研修后，再次进行精度的测量，合格则停止研修，否则，再次将测量的轮廓数据进行处理，得到速度数据，对头架系统的输出转速进行控制，调整好刀具系统参数，进行研修，直到精度满足要求。
Claims (8)
1.一种回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，包括头架(5)、后架和用于研磨待修整工件(9)的研修轮(12)，头架(5)和后架设于底座(29)上，待修整工件(9)定位于头架(5)和后架之间，头架(5)可在伺服电机(4)的驱动下进行转动，待修整工件(9)的前侧固定有拨盘(8)，头架(5)的后侧设有拨杆(7)，头架(5)可经由拨杆(7)带动拨盘(8)和待修整工件(9)转动，研修轮(12)设于轮轴(11)上，轮轴(11)可在变频电机(13)的带动下进行转动。
2.如权利要求1所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的头架(5)的后侧设有前顶尖(6)，后架的前侧设有后顶尖(10)，待修整工件(9)通过前顶尖(6)和后顶尖(10)定位在头架(5)和后架之间。
3.如权利要求1所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的待修整工件(9)设于第一支座(19)上，第一支座(19)设于桥板(20)上，桥板(20)固定连接支撑轴(27)的下端，支撑轴(27)的上端固定连接第二支座(26)，第二支座(26)通过转动副铰链(25)连接吊垂杆(23)的一端，吊垂杆(23)的另一端连接第二配重(28)，吊垂杆(23)设于轮轴(11)上的轴承(24)的上侧，研修轮(12)设于待修整工件(9)上侧，轮轴(11)设于砂轮架(30)上，砂轮架(30)通过旋转铰链(17)与机座(31)连接，所述的机座(31)设于底座(29)上，砂轮架(30)固定连接平衡臂(22)的一端，平衡臂(22)设于旋转铰链(17)上，平衡臂(22)的另一端连接第一配重(21)。
4.如权利要求3所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的桥板(20)设于导轨(18)上，导轨(18)设于底座(29)上。
5.如权利要求1所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的伺服电机(4)的前端设有第一同步带轮(3)，头架(5)的前端设有第二同步带轮(1)，第一同步带轮(3)和第二同步带轮(1)之间通过同步带(2)连接，第一同步带轮(3)、第二同步带轮(1)和同步带(2)构成同步带传动系统。
6.如权利要求1所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的轮轴(11)连接第二皮带轮(16)，变频电机(13)连接第一皮带轮(14)，第一皮带轮(14)和第二皮带轮(16)之间通过皮带(15)连接。
7.如权利要求1所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的回转类零件圆弧修整装置还包括计算机，计算机连接变频器及运动控制卡，变频器连接变频电机(13)，由变频电机(13)驱动研修轮(12)对待修整工件(9)进行修整，待修整工件(9)由拨盘(8)驱动旋转，旋转编码器一记录待修整工件(9)的旋转次数，旋转编码器一(9)与运动控制卡相连，由伺服电机(4)通过同步带传动系统驱动拨盘(8)转动，运动控制卡经由伺服驱动器控制伺服电机(4)，旋转编码器二与伺服驱动器及伺服电机(4)相连，开关电源与运动控制卡相连。
8.如权利要求1所述的回转类零件圆弧修整装置，其特征在于，所述的研修轮(12)包括修整刀具、刀具安装轴和内圆磨具架，修整刀具设于刀具安装轴上，刀具安装轴设于内圆磨具架上，内圆磨具架设于轮轴(11)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150107 Effective date of abandoning: 20161012 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |