一种动平衡加工系统
技术领域
本实用新型涉及机械加工技术领域,尤其是涉及一种动平衡加工系统。
背景技术
刀柄用于将刀盘与机床主轴相连接,在机床主轴带动刀柄、刀盘转动时,易出现转动不平衡的现象,从而影响加工精度和加工系统的寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种动平衡加工系统,以解决现有技术中存在的转动不平衡的技术问题。
本实用新型提供了一种动平衡加工系统,包括机床主轴、动平衡刀柄和刀盘;所述机床主轴与所述动平衡刀柄相连接,所述动平衡刀柄与所述刀盘相连接;
所述动平衡刀柄包括柄本体和动平衡环;所述动平衡环安装于所述柄本体上;所述柄本体包括主轴安装部和平衡环安装部,所述主轴安装部和所述平衡环安装部相连接;所述动平衡环包括环体,所述环体具有相对的内侧面和外侧面,所述内侧面用于围成所述环体的中部的安装孔;所述外侧面设置有多个配重孔,且多个所述配重孔沿所述外侧面的长度方向布设。
进一步地,所述刀盘包括刀盘基座和固定设置在所述刀盘基座上的磨削部;所述磨削部呈环形;沿所述磨削部的周向,所述磨削部远离所述刀盘基座的一端设置有多个排屑槽;所述排屑槽的延伸方向垂直于所述磨削部的轴向;沿所述磨削部的轴向,所述排屑槽的深度小于所述磨削部的厚度。
进一步地,沿垂直于所述磨削部的轴向,所述刀盘基座的截面呈圆形;所述刀盘基座设置有刀盘中心孔;所述刀盘中心孔、所述刀盘基座和所述磨削部共轴设置;所述刀盘中心孔呈圆柱形;或者,所述刀盘中心孔呈圆锥台形,所述刀盘中心孔的大截面端设置在所述刀盘基座远离所述磨削部的表面。
进一步地,所述刀盘基座和/或所述磨削部上设置有至少一个阶梯槽;所述阶梯槽呈环形,且所述阶梯槽以所述磨削部的轴向为中心轴。
进一步地,所述排屑槽的槽口处具有切削刃。
进一步地,所述刀盘基座远离所述磨削部的表面,平行于所述磨削部远离所述刀盘基座的表面。
进一步地,所述动平衡环还包括调节装置,所述调节装置用于安装在所述配重孔中。
进一步地,所述配重孔具有内螺纹。
进一步地,所述调节装置为柱状结构;所述柱状结构具有外螺纹,用于与所述配重孔的内螺纹相配合。
进一步地,所述主轴安装部开设有主轴装配腔,且所述主轴装配腔沿所述主轴安装部的长度方向延伸。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:
本实用新型提供的动平衡加工系统,包括机床主轴、动平衡刀柄和刀盘;机床主轴与动平衡刀柄相连接,动平衡刀柄与刀盘相连接;动平衡刀柄包括柄本体和动平衡环;动平衡环安装于柄本体上;柄本体包括主轴安装部和平衡环安装部,主轴安装部和平衡环安装部相连接;动平衡环包括环体,环体具有相对的内侧面和外侧面,内侧面用于围成环体的中部的安装孔;外侧面设置有多个配重孔,且多个配重孔沿外侧面的长度方向布设。通过在动平衡环的配重孔中安装物体,以调节刀柄、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的空间位置,以使其保持在刀柄的旋转轴线上,从而有利于维持转动过程中的平衡状态,减少机械故障的发生,保证加工精度,延长加工系统的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一的刀盘的立体图;
图2为本实用新型实施例一的刀盘的结构示意图;
图3为图2所示的刀盘的A-A剖视图;
图4为图3所示的刀盘的B区放大图;
图5为本实用新型实施例一提供的刀盘的另一结构示意图;
图6为本实用新型实施例一中环体的结构示意图;
图7为本实用新型实施例一中环体的主视图;
图8为本实用新型实施例一中环体的右视图;
图9为图2中沿C-C线的剖视图;
图10为本实用新型实施例一中调节装置的结构示意图;
图11为本实用新型实施例一提供的动平衡加工系统的结构示意图;
图12为图11的另一视角的结构示意图;
图13为本实用新型实施例一提供的动平衡加工系统的剖视图;
图14为本实用新型实施例一中的动平衡刀柄和刀盘装配在一起的结构示意图;
图15为图14中D处的局部放大示意图;
图16为图14中E处的局部放大示意图;
图17为本实用新型实施例二提供的动平衡加工系统的结构示意图;
图18为图17的另一视角的结构示意图;
图19为本实用新型实施例二提供的动平衡加工系统的剖视图;
图20为本实用新型实施例二中的动平衡刀柄和刀盘装配在一起的结构示意图。
图标:
101-环体;102-内侧面;103-外侧面;104-配重孔;105-安装孔;106-环面;107-柱状结构;108-一字槽;
110-刀盘基座;111-刀盘中心孔;112-刀盘安装孔;113-阶梯槽;120-磨削部;121-排屑槽;122-切削刃;130-刀盘柄;131-刀柄装配杆;
600-柄本体;601-主轴安装部;602-平衡环安装部;603-第一直角避让环槽;604-台阶面;605-定位凸台;606-第三直角避让环槽;607-圆柱凸台;608-主轴装配腔;609-主轴连接杆;615-环形卡刀槽;700-机床主轴;701-动平衡刀柄;702-刀盘。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。
基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例一
参见图1至图16所示,其中,图11、图12和图13中只示出了机床主轴的一部分;本实用新型实施例提供了一种动平衡加工系统,包括机床主轴700、动平衡刀柄701和刀盘702;机床主轴与动平衡刀柄相连接,所动平衡刀柄与刀盘相连接。
该实施例提供的动平衡加工系统,通过在动平衡环的配重孔中安装物体,以调节刀柄、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的空间位置,以使其保持在刀柄的旋转轴线上,从而有利于维持转动过程中的平衡状态,减少机械故障的发生,保证加工精度,延长加工系统的使用寿命。
该实施例中,动平衡刀柄包括柄本体600和动平衡环;动平衡环安装于柄本体上。
柄本体包括主轴安装部601和平衡环安装部602,主轴安装部和平衡环安装部相连接。
主轴安装部的一端用于与机床主轴相连接,主轴安装部的另一端与平衡环安装部的一端相连接,平衡环安装部的另一端用于与刀盘或磨头相连接。该实施例中提供的动平衡刀柄,可适用于HSK主轴系列,通过将动平衡环安装于柄本体上后,在动平衡环的配重孔中安装物体,以调节刀柄、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的空间位置,以使其保持在刀柄的旋转轴线上,从而有利于维持转动过程中的平衡状态,减少机械故障的发生,保证加工精度,延长加工系统的使用寿命。
该实施例可选的方案中,主轴安装部与平衡环安装部为一体结构,且主轴安装部与平衡环安装部的连接处具有第一直角避让环槽603。该动平衡刀柄的柄本体的材质可以为不锈钢材质,结构性能好。通过第一直角避让环槽,一方面可起到避让安装于柄本体上的其它部件的棱边的作用,从而起到提高零部件之间的配合度及贴合度,另外也便于装配平面的加工。
具体而言,主轴安装部的另一端的端部的直径要小于平衡环安装部的一端的端部的直径,这样主轴安装部与平衡环安装部的连接处便形成台阶状的结构,而第一直角避让环槽603便开设在台阶状的结构的台阶面604上。
该实施例中,主轴安装部开设有主轴装配腔608,且主轴装配腔沿主轴安装部的长度方向延伸。
机床主轴与主轴安装部之间的连接可以为气动连接,或卡合连接。
该实施例可选的方案中,平衡环安装部的外壁(即外表面)设置有定位凸台605,定位凸台与平衡环安装部为一体结构。平衡环安装部的外壁上还设置有第三直角避让环槽606,且第三直角避让环槽位于定位凸台与平衡环安装部相连接的根部。在将动平衡环套设于平衡环安装部上后,通过定位凸台对动平衡环的安装位置进行定位;而第三直角避让环槽可以起到避让动平衡环的棱边的作用。
该实施例可选的方案中,平衡环安装部的外壁上还设有环形卡刀槽615,环形卡刀槽的截面呈V字形或Y字形。采用上述结构,环形卡刀槽用于刀库卡刀,通过将其截面设置呈V字形或Y字形,加工方便,能够通用于大多机床。
该实施例可选的方案中,定位凸台与环形卡刀槽相邻,且定位凸台与环形卡刀槽均靠近平衡环安装部的轴向的中部。
该实施例可选的方案中,平衡环安装部的另一端的端面的中心具有圆柱凸台607,圆柱凸台的中心轴线与平衡环安装部的轴线重合;圆柱凸台的直径小于平衡环安装部的另一端的端面的直径。
该实施例中,刀盘包括刀盘基座110和固定设置在刀盘基座110上的磨削部120;磨削部120用于对工件表面进行磨削。
磨削部120呈环形;
沿磨削部120的周向,磨削部120远离刀盘基座110的一端设置有多个排屑槽121;可选地,排屑槽121的数量为2个-6个;例如,排屑槽121的数量为2个、3个、5个、6个等等。
排屑槽121的延伸方向垂直于磨削部120的轴向;通过采用垂直于磨削部120轴向的排屑槽121,以便于更好的排屑,有利于更好的加工工件。
沿磨削部120的轴向,排屑槽121的深度小于磨削部120的厚度。通过控制排屑槽121的深度,以便于更好的排屑,有利于更好的加工工件。
可选地,沿磨削部120的轴向,排屑槽121的深度为磨削部120的厚度的20%-60%。处于磨削部120厚度20%-60%的排屑槽121深度,既可以很好的散热和排屑。
可选地,磨削部120呈圆柱环形或者圆锥环形。
可选地,多个排屑槽121沿磨削部120的周向均匀设置。以使排屑槽121可以均匀的散热,在一定程度上提高了刀盘旋转的稳定性,进而保障工件的加工精度。
该实施例中的刀盘包括刀盘基座110和磨削部120;通过磨削部120远离刀盘基座110的一端沿自身的周向设置有多个排屑槽121,既可以散出加工时产生的少量热量,又可以排出加工时产生的磨削屑,保障了工件加工质量,提高了加工的精度,还延长了磨削部120的使用寿命,进而延长了刀盘的使用寿命。通过排屑槽121的延伸方向垂直于磨削部120的轴向,以及排屑槽121的深度小于磨削部120的厚度,进一步提高了加工的精度。
该刀盘,在加工工件时产生的热量相对较低,其冷却性能好,加工的工件精度更高、效率更好。
本实施例的可选方案中,沿垂直于磨削部120的轴向,刀盘基座110的截面呈圆形;
可选地,刀盘基座110设置有刀盘中心孔111;刀盘中心孔111、刀盘基座110和磨削部120共轴设置;通过刀盘中心孔111、刀盘基座110和磨削部120共轴设置,以使刀盘的旋转更为稳定,进而保障工件的加工精度。
可选地,刀盘中心孔111呈圆柱形;或者,刀盘中心孔111呈圆锥台形,刀盘中心孔111的大截面端设置在刀盘基座110远离磨削部120的表面。
可选地,刀盘安装孔112的数量为2个-6个;例如,刀盘安装孔112为2个、3个、5个、6个等等。
参见图4所示,本实施例的可选方案中,刀盘基座110和/或磨削部120上设置有至少一个阶梯槽113;也就是说,刀盘基座110设置有至少一个阶梯槽113,或者磨削部120设置有至少一个阶梯槽113,或者刀盘基座110和磨削部120上均设置有至少一个阶梯槽113。通过阶梯槽113,以便于测量刀盘的端面跳动和圆度跳动,从而便于及时调整刀盘或者刀柄,以使刀盘旋转更加稳定,进而保障工件的加工精度。
可选地,阶梯槽113呈环形,且阶梯槽113以磨削部120的轴向为中心轴。
本实施例的可选方案中,排屑槽121的槽口处具有切削刃122。通过切削刃122,能够对工件表面高点进行切削,从而起到缓冲刀盘与工件之间的切削碰撞,保障工件的加工精度。
本实施例的可选方案中,切削刃122与磨削部120的垂直于轴向之间的刃角为55°-90°,也即切削刃122与磨削部120的径向之间的刃角为55°-90°。通过不同的刃角,可以改善工件表面的精度,以及降低切削刃122与工件之间的切削碰撞而产生的震动。
可选地,切削刃122与磨削部120的垂直于轴向之间的刃角例如可以为55°、60°、70°、85°或90°,或者其他角度。
切削刃122与磨削部120的垂直于轴向之间的刃角,可根据工件的材质、工件要求的加工精度等因素而定。
本实施例的可选方案中,磨削部120用于接触工件的表面设置有金刚石砂粒。由于金刚石砂砾能够提供良好的硬度和耐磨性能,从而保障磨削部120的使用寿命。
本实施例的可选方案中,刀盘基座110远离磨削部120的表面,平行于磨削部120远离刀盘基座110的表面;以提高刀盘旋转的稳定性,进而保障工件的加工精度。
本实施例的可选方案中,磨削部120远离刀盘基座110的一端的外周设置有半径为1.5mm-3mm的倒圆角。磨削部120采用倒圆角的设计,能够提高磨削部120的强度和切削寿命,有效延长了磨削部120的使用寿命。
使用时,可以通过将圆柱凸台插入刀盘的刀盘中心孔,并使用圆柱凸台与刀盘过盈配合连接,或者螺纹连接,或者圆柱凸台插入刀盘的刀盘中心孔间隙配后,通过螺钉穿过刀盘安装孔与平衡环安装部的另一端的端面螺纹连接,便可以将刀盘或磨头安装于动平衡刀柄上。
为了更好地理解本实施例,以下进行了刀盘性能测试:
加工对象:100mm×100mm玻璃表面;
测试以及对比刀具:选取普通金刚石磨刀盘、无排屑槽刀盘、有排屑槽无切削刃刀盘、有排屑槽有切削刃刀盘(切削刃的刃角为90度)、有排屑槽有切削刃刀盘(切削刃的刃角为70度)、有排屑槽有切削刃刀盘(切削刃的刃角为60度)各十把刀具做测试。
需要说明的是,上述测试刀盘的磨削部直径相同,也即刀盘在玻璃表面的磨削直径相同。
测试表
该实施例中,动平衡环包括环体101,环体101具有相对的内侧面102和外侧面103,内侧面102用于围成环体101的中部的安装孔105;外侧面103设置有多个配重孔104,且多个配重孔104沿外侧面103的长度方向布设,也就是说,多个配重孔沿外侧面的周向布设。
具体而言,环体101呈圆环状,环体101还具有相对的两个环面106,环面106与环体101的轴线垂直。而内侧面102和外侧面103均与环体101的轴线平行,且环体101的直径垂直于内侧面102和外侧面103。使用时,通过将刀柄的柄本体或刀盘穿过安装孔105,以实现动平衡环的安装。配重孔104为圆形孔;配重孔104的轴线穿过环体101的环心。配重孔104贯穿内侧面102和外侧面103。
该实施例提供的动平衡环,在将刀柄与刀盘装配形成一体后,再将动平衡环安装于刀盘或刀柄的柄本体上,然后通过在动平衡环的配重孔104中安装物体,以调节刀柄、刀盘和动平衡环形成的整体的重心的空间位置,以使其保持在刀柄的旋转轴线上,从而有利于维持转动过程中的平衡状态,减少机械故障的发生。
该实施例可选的方案中,动平衡环还包括调节装置,调节装置用于安装在配重孔104中。
具体而言,通过调节装置以实现重心的调节。调节装置与配重孔104之间的连接方式可以螺纹连接。动平衡环与柄本体,或动平衡环与刀盘之间的连接方式可以是间隙配合连接,并在环体101上对称的两个配重孔104中安装调节装置,以实现动平衡环与柄本体固定连接,或动平衡环与刀盘固定连接。
需要说明的是,调节装置与配重孔104之间的连接方式还可以是过盈配合连接;调节装置与配重孔104之间的连接是可拆卸连接时,可以便于调平。
该实施例可选的方案中,配重孔104具有内螺纹。调节装置为柱状结构107;柱状结构107具有外螺纹,用于与配重孔104的内螺纹相配合。内螺纹可以是单线螺纹,且外螺纹是单线螺纹;或内螺纹是多线螺纹,且外螺纹是多线螺纹;在采用多线螺纹时,可以提高柱状结构107的快速调节。柱状结构107的端部开设有驱动槽,,通过螺丝刀插入驱动槽,以旋拧柱状结构,使其安装于配重孔中,驱动槽可以为一字槽108或十字槽,该实施例中,以驱动槽为一字槽108为例。需要说明的是,调节装置还只可以是螺钉、螺栓或螺柱。
该实施例可选的方案中,柱状结构107的长度可以根据实现调节,如柱状结构107的长度小于环体101的环宽,环体101的环宽为环体101的外圆半径与内圆半径之差。需要说明的是,柱状结构107的长度还可以大于或等于环体101的环宽。
该实施例可选的方案中,多个配重孔104在外侧面103上等圆心角分布,也就是说,任意相邻两个配重孔104之间所对的圆心角相等。
具体而言,配重孔104的数量可以为15~30个,该实施例中,以配重孔104的数量为20个具体说明其分布情况,相邻两个配重孔104之间所对的圆心角为20°。
该实施例可选的方案中,环体101的轴向截面形状呈矩形,环体101的某一直径位于该轴向截面上,且该轴向截面垂直于环体101的环面106。环体101的相对的两个环面106相互平行。环体101的内侧面102和外侧面103均为柱面。
需要说明的是,该实施例中,环体101的截面形状还可以呈直角梯形等。
该实施例可选的方案中,环体101的环面106与外侧面103之间具有倒角结构。
该实施例中,主要对动平衡环进行改进;动平衡环的配重孔104的孔径与环体101的外径、环体101的轴向长度和环体101的环宽线性相关,通过实验测算,当线性相关时,便于配置相应的调节装置,且有利于快速的调节平衡。
具体而言,配重孔104的孔径满足以下公式:
d=xD+yL+zW+C,
其中,d表示配重孔104的孔径(既配重孔的孔直径),D表示环体101的外径(即环体的外圆直径),L表示环体101的轴向长度,W表示环体101的环宽;C表示常数;x、y、z均表示相关系数,孔径、外径、轴向长度和环宽的单位均为毫米。
在该实施例上,配重孔104的孔径d满足:
d=0.02D+0.5L+0.2W+0.1。
该实施例还提供了一种动平衡环的设计方法,该设计方法包括:
步骤S100、确定环体的外径D,环体的外径D是刀柄的外径的1.1~1.3倍;
步骤S200、确定环体的内径D',环体的内径D'与刀柄的外径间隙配合,且公差等级为H8或H10;
步骤S300、确定环体的环宽W,其中,环体的环宽W满足公式:
步骤S400、确定环体的轴向长度L,其中,环体的轴向长度是刀柄的轴向长度0.10~0.13倍;
确定配重孔的孔径d,其中,配重孔的孔径d足公式:
d=0.02D+0.5L+0.2W+0.1。
该实施例中,通过动平衡环实现调节平衡,减小或消除转动不平衡的方法为:
将换能器、刀盘(或磨头)连接至刀柄,再将动平衡环装于刀柄的柄本体上,以形成一装配体,通过动平衡仪测量上述装配体的重心;当转动不平衡时,在相应的配重孔104内装入调节装置,再次测试,重复上述步骤直至装配体的重心保持在刀柄的轴线为止。
需要说明的是,在使用时,并不是每个配重孔中都安装有调节装置,并且只当上述装配体的重心不在刀柄的轴线上时,在某一个或多个配重孔中安装调节装置以实现调节平衡。
实施例二
本实施例二也提供了一种动平衡加工系统,该实施例的动平衡加工系统描述了所述柄本体的形状、定位凸台的位置和环形卡刀槽的另一种实现方案,除此之外的实施例一的技术方案也属于该实施例,不再重复描述。
参见图17至图20所示,其中,图17、图18和图19中只示出了机床主轴的一部分;该实施例中,主轴安装部呈圆台状,平衡环安装部呈圆柱状。呈圆台状的主轴安装部的一端的直径小于其另一端的直径,也就是说,平衡环安装部的一端与主轴安装部的直径较大的一端相连接;通过设置使主轴安装部呈圆台状,有利于控制刀柄的转动平衡。
该实施例可选的方案中,环形卡刀槽位于平衡环安装部的一端,而定位凸台位于平衡环安装部的另一端。主轴装配腔608与一主轴连接杆609螺纹连接。使用时,主轴连接杆及主轴安装部一起机床主轴相连接。
该实施例中提供的动平衡刀柄,可适用于ISO主轴系列。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。