CN205237770U - 超高精度数控非圆曲面复合磨床 - Google Patents

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宋援朝
吕桂芳
曹光有
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Abstract

一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，它包括床身和前后可移动立柱，工作台处于床身前端，其上安装有头架和尾座和测量装置，可移动立柱上安装有一个卧轴和一个立轴砂轮盘，通过X轴、Y轴、Z轴和C轴四个伺服轴精准控制，实现了复合磨削的功能，工件一次装卡不仅可磨削外圆、平面、沟槽、棱柱多面体、端面，还可通过C轴和X轴联动差补磨削非圆曲面。该超高精度数控非圆曲面复合磨床具有加工精度高、适用面广、生产效率高等特点。

Description

超高精度数控非圆曲面复合磨床
技术领域
本发明涉及一种机械加工设备中的磨床，尤其涉及一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，属于机械加工机床领域。
背景技术
机械加工设备中磨床是一种常规精密加工机床，有内圆磨床、外圆磨床、平面磨床、工具磨床等等，按磨头主轴布局形式分为立轴和卧轴两种类型，常规磨床一般只有一个磨头，且功能单一，磨削外圆的磨床无法磨平面，磨削平面的磨床无法磨外圆。近来，也出现了一些多磨头复合磨床，如CN103817582A介绍了一种数控内外圆及端面复合磨床，它设置了三个卧式磨头，主要针对汽车行业中各种齿轮的内孔、端面、外圆等回转表面的精加工，CN103302558A介绍了一种数控复合磨床及其磨削方法也是针对大型轴承或齿轮内圆、外圆和端面的精加工磨削，这些均是针对特定零件的专用磨床，而对于一些轴类零件，如汽车动力转向器输入轴油口边、多面体轴、外圆、轴向槽、端面等，一次装卡如何实现高精度磨削，以及如凸轮轴这类非圆曲面的高精度磨削，目前现有的磨床和技术还无法实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，主要针对轴类零件，一次装卡可实现外圆、轴向槽、多面体面、平面、端面、端面槽、锥面的磨削加工，尤其还可用于非圆曲面(如凸轮轴)的精密磨削加工。
本发明的上述目的是这样实现的：提供一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，它包括床身1、立柱2、砂轮，其特征在于：所述的床身1上安装有Z轴移动导轨10，Z轴移动驱动系统11驱动工作台3沿Z轴方向移动，工作台3上安装有头架2、尾座9和测量装置A5，头架上安装有旋转主轴、C轴旋转驱动系统21和工件卡盘4，尾座安装有顶尖8，所述的床身上还安装有X轴移动导轨12，X轴移动驱动系统13驱动立柱15沿X轴方向移动，立柱上安装有卧轴砂轮盘20和Y轴移动导轨16，Y轴移动驱动系统17驱动Y轴滑板14沿Y轴方向移动，从而带动安装在Y轴滑板14上的立轴砂轮盘7和测量装置B18沿Y轴方向移动；
所述头架2上安装的旋转主轴轴线与尾座9上安装的顶尖8轴线共线，且平行于Z轴，驱动旋转主轴旋转的C轴旋转驱动系统21为直接连接的伺服电机；
所述安装在工作台3上的测量装置A5安装在油缸或气缸的活塞杆前端，油缸或气缸固装在工作台上，其测量中心高度与工件旋转轴线等高，测量装置A5可由油缸或气缸驱动沿X轴方向移动，该测量装置A5为主动测量仪；
所述用于驱动立柱及安装其上的卧轴砂轮盘20、立轴砂轮盘7和测量装置B18一起沿X轴移动的X轴移动驱动系统13为直线电机；
所述Y轴移动驱动系统17和Z轴移动驱动系统11均为由伺服电机驱动的滚珠丝杠副；
所述安装在立柱15上卧轴砂轮盘20其旋转轴线平行于工件旋转轴线，垂直于立柱侧立面，卧轴砂轮盘20位于立柱侧端，砂轮轴从立柱侧面穿过立柱柱体，卧轴砂轮盘及砂轮轴由电机驱动，并装有动平衡自动调整装置；
所述安装在Y轴滑板14上的立轴砂轮盘7其旋转轴线垂直于水平面，平行于Y轴方向，且处于卧式砂轮盘旋转轴线前面，立轴砂轮盘主轴19或由电机驱动，或为电主轴；
所述安装在Y轴滑板14上的测量装置B18安装在油缸或气缸的活塞杆前端，油缸或气缸固装在Y轴滑板14上，测量装置B18可由油缸或气缸驱动沿Y轴方向上下移动，该测量装置B18为在线测量探头；
所述超高精度非圆曲面复合磨削是通过由直接连接的伺服电机控制工件旋转的C轴与由直线电机控制立柱及安装其上的卧轴砂轮盘20和立轴砂轮盘7移动的X轴联动差补实现的。
本发明的超高精度数控非圆曲面复合磨床，具有如下有益的效果：
该超高精度数控非圆曲面复合磨床，由于安装有卧轴砂轮盘和立轴砂轮盘，这样一台磨床同时具备了卧轴砂轮盘和立轴砂轮盘特点，工作台上安装有头架和尾座，使工件加工过程变形降到最小，通过X轴、Y轴、Z轴和C轴四个伺服轴精准控制，实现了复合磨削的功能，工件一次装卡不仅可磨削外圆、平面、沟槽、棱柱多面体、端面，还可通过C轴和X轴联动差补磨削非圆曲面，C轴直驱保证了C轴高精度，X轴采用直线电机驱动消除了用丝杠驱动所带来的往复间隙，安装在线测量检测装置，加工过程闭环控制，赋予了该磨床超高精度的品质。该超高精度数控非圆曲面复合磨床具有加工精度高、适用面广、生产效率高等特点。
下面结合附图和实施例对本发明的超高精度数控非圆曲面复合磨床作进一步说明。
附图说明
图1为超高精度数控非圆曲面复合磨床等轴侧示意图；
其中：
1-床身；2-头架；3-工作台；4-工件卡盘；5-测量装置A；
6-加工工件；7-立轴砂轮盘；8-顶尖；9-尾座；10-Z轴移动导轨；
11-Z轴移动驱动系统；12-X轴移动导轨；13-X轴移动驱动系统；14-Y轴滑板；
15-立柱；16-Y轴移动导轨；17-Y轴移动驱动系统；18-测量装置B；
19-立轴砂轮盘主轴；20-卧轴砂轮盘；21-C轴旋转驱动系统；
具体实施方式
参照图1所示，工作台3上安装有头架2、尾座9和测量装置A5，工件卡盘4装卡工件后，尾座顶尖8将工件顶紧，Z轴移动驱动系统11驱动工作台3使工件沿Z轴方向移动到合适位置，由气缸或油缸将测量装置B移下，对工件进行起始测量和定位，然后再左右移动以用来选择用卧轴砂轮盘20或用立轴砂轮盘7加工，工作台上的测量装置A5由气缸或油缸驱动靠近工件，通过X轴、Y轴、Z轴及C轴合适的驱动和联动进行磨削控制。其中，Y轴负责立轴砂轮盘7是否投入使用以及立轴砂轮盘7在Y轴方向上下移动和进给；X轴负责卧轴砂轮盘20或立轴砂轮盘7的精准径向进给，C轴负责工件位置分度和加工方位，同时，C轴也可以使工件以合适、确定的速度旋转；Z轴负责工件轴向加工部位选择、轴向进给、端面磨削进给、加工砂轮盘选择、测量装置B的投用，如需要Z轴也可以使安装在工作台3上的加工工件6沿Z轴产生合适的往复振荡。其中，C轴直驱保证了C轴高精度，X轴采用直线电机驱动消除了用丝杠驱动所带来的往复间隙，C轴与X轴精准联动和差补，一次装卡不但可以实现外圆、轴向槽、多面体面、平面、端面、端面槽、锥面的磨削加工，尤其还可用于非圆曲面(如凸轮轴)的精密磨削加工，安装在线测量检测装置，整个加工过程闭环控制，确保实现超高精度磨削加工。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和核心思想的前提下，还可以作出若干变形和改进，也视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，它包括床身(1)、立柱(15)、砂轮，其特征在于：所述的床身(1)上安装有Z轴移动导轨(10)，Z轴移动驱动系统(11)驱动工作台(3)沿Z轴方向移动，工作台(3)上安装有头架(2)、尾座(9)和测量装置A(5)，头架上安装有旋转主轴、C轴旋转驱动系统(21)和工件卡盘(4)，尾座安装有顶尖(8)，所述的床身(1)上还安装有X轴移动导轨(12)，X轴移动驱动系统(13)驱动立柱(15)沿X轴方向移动，立柱上安装有卧轴砂轮盘(20)和Y轴移动导轨(16)，Y轴移动驱动系统(17)驱动Y轴滑板(14)沿Y轴方向移动，从而带动安装在Y轴滑板(14)上的立轴砂轮盘(7)和测量装置B(18)沿Y轴方向移动。
2.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述头架(2)上安装的旋转主轴轴线与尾座(9)上安装的顶尖(8)轴线共线，且平行于Z轴，驱动旋转主轴旋转的C轴旋转驱动系统(21)为直接连接的伺服电机。
3.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述安装在工作台(3)上的测量装置A(5)安装在油缸或气缸的活塞杆前端，油缸或气缸固装在工作台上，其测量中心高度与工件旋转轴线等高，测量装置A(5)可由油缸或气缸驱动沿X轴方向移动，该测量装置A(5)为主动测量仪。
4.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述用于驱动立柱及安装其上的卧轴砂轮盘(20)、立轴砂轮盘(7)和测量装置B(18)一起沿X轴移动的X轴移动驱动系统(13)为直线电机。
5.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述Y轴移动驱动系统(17)和Z轴移动驱动系统(11)均为由伺服电机驱动的滚珠丝杠副。
6.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述安装在立柱(15)上卧轴砂轮盘(20)其旋转轴线平行于工件旋转轴线，垂直于立柱侧立面，卧轴砂轮盘(20)位于立柱侧端，砂轮轴从立柱侧面穿过立柱柱体，卧轴砂轮盘及砂轮轴由电机驱动，并装有动平衡自动调整装置。
7.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述安装在Y轴滑板(14)上的立轴砂轮盘(7)其旋转轴线垂直于水平面，平行于Y轴方向，且处于卧式砂轮盘旋转轴线前面，立轴砂轮盘主轴(19)或由电机驱动，或为电主轴。
8.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述安装在Y轴滑板(14)上的测量装置B(18)安装在油缸或气缸的活塞杆前端，油缸或气缸固装在Y轴滑板(14)上，测量装置B(18)可由油缸或气缸驱动沿Y轴方向上下移动，该测量装置B(18)为在线测量探头。
9.根据权利要求1所述的一种超高精度数控非圆曲面复合磨床，其特征在于：所述超高精度非圆曲面复合磨削是通过由直接连接的伺服电机控制工件旋转的C轴与由直线电机控制立柱及安装其上的卧轴砂轮盘(20)和立轴砂轮盘(7)移动的X轴联动差补实现的。
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