CN212600670U - 一种新型高速高精度数控端面外圆磨床 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，包括床身、大罩、电机箱、砂轮架、头架本体、尾架和工作台，在床身上设有大罩、砂轮架、头架本体、尾架和工作台。本实用新型的头架回转通过伺服电机实现无级变速；尾架顶尖的进退采用弹簧顶紧，可以调节工件夹紧力，防止细长工件变形；砂轮架进给X轴配光栅尺，实现进给、测量‑加工闭环控制，很好地保证了加工精度；上工作台可手动调整相对于下工作台转动一定角度，从而实现小锥度外圆磨削。

Description

一种新型高速高精度数控端面外圆磨床

技术领域：

本实用新型涉及机械加工技术领域，特别是一种新型高速高精度数控端面外圆磨床。

背景技术：

外圆磨床通常由头架与尾架组合，对工件起支承、定心、夹持及带动回转等作用。头架是外圆类磨床的主要部件，其中头架内的主轴是保证回转精度的关键零件，主轴的精度高低对于整机的几何精度和工作精度有着直接的影响。

现有外圆磨床头架主轴变速一般采用皮带轮传动，不能实现精准变速，且带轮变速不方便。另外其主轴两端通常采用轴承支撑，在加工一些高精度零件时尺寸稳定性较低，往往达不到高要求的表面光洁度。

精密磨床需要高的几何精度和低速进给运动的稳定性，工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能够平稳工作。另外需要减振性能好，振动会给加工质量产生严重不良影响。

发明内容：

为了克服现有设备的不足，提供一种减少轴承磨损，提高主轴旋转精度；防止细长工件变形，保证加工精度的新型高速高精度数控端面外圆磨床。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，包括床身、大罩、电机箱、砂轮架、头架本体、尾架和工作台，在所述床身上设有大罩、砂轮架、头架本体、尾架和工作台，所述头架本体套在头架主轴前段，所述头架主轴前端的外圆上装有第一轴承和第二轴承，然后通过锁紧螺母压紧，在所述头架主轴上套有气膜环，然后装入套筒内，在所述套筒外圆上依次装有第三轴承、轴承内隔圈、外隔圈、轴承和第二同步带轮，所述第二同步带轮通过拨盘压紧，在所述拨盘上固定有联键的一端，所述联键的另一端卡在头架主轴的联键槽内，所述第四轴承通过压盖压紧，再把盖安装在拨盘上，在所述头架主轴后端的外圆上套有第五轴承和第六轴承，后端通过支座压紧，在所述头架本体内装有第一伺服电机、第一电机连接板、第一同步带轮和第一同步带，所述第一伺服电机带动第一同步带轮、第一同步带和第二同步带轮转动，所述第二同步带轮通过拨盘上的联键带动主轴转动。

头架回转通过伺服电机实现无级变速，采用“死”顶尖结构(即头架主轴不回转)，伺服电机通过同步带传动，再带动拨盘22-2旋转,拨盘22-2通过拨杆带动工件回转。由伺服电机驱动器控制电机实现工件无级变速。为了装卸工件的方便性，头架具有准停功能，头架套筒采用密集滚珠轴承支承和气膜环。

本实用新型的进一步改进在于：所述头架主轴上套有气膜环，气膜环从外部通入空气，在主轴和气膜环之间形成一层气膜，使主轴处于悬浮状态，降低了主轴和轴承之间的摩擦力，有效减少了主轴的振动，提高了主轴旋转的精度。

本实用新型的进一步改进在于：在所述床身上还设有排屑机和第一丝杆部件，所述工作台设在第一丝杆部件上。

本实用新型的进一步改进在于：在所述床身上通过第二电机连板安装有第二伺服电机，在所述第二伺服电机的前端安装有第四同步带轮，所述第四同步带轮通过第二同步带连接有第三同步带轮，所述第三同步带轮带动第一丝杆部件转动，所述第一丝杆部件带动工作台在床身上移动。在所述同步带上安装有涨紧机构。

本实用新型的进一步改进在于：所述尾架包括尾座本体、顶尖套、顶尖、弹簧和调节手把，所述顶尖套装在尾座本体内，在所述顶尖套的前端安装有顶尖，在所述顶尖套中装有弹簧和调节手把，用于工件夹紧力调整，防止细长件因夹紧力过大而产生变形。

本实用新型的进一步改进在于：所述工作台包括上工作台、下工作台、左压板、右压板、千分表、表座、对表棒、联板和丝杆，在所述丝杆的一端安装在联板上，另一端与表座相连，在所述上工作台的两端卡装在左压板和右压板之间，所述上工作台的一端通过联板与丝杆相连，联板一端做有圆弧面，紧靠在上工作台右侧的圆弧面上，并与上工作台固定。在所述联板上设有对表棒，所述对表棒压住千分表，转动所述丝杆，带动上工作台在左压板与右压板之间转动，此时所述联板上的对表棒压住千分表，读出转动的数值。

工作台采用上、下层结构，上工作台台面为水平面，使头、尾架在其上定位更稳定，刚性好，上工作台台面安装有长度尺，便于确定头尾架顶尖之间的距离，上工作台可手动调整，相对于下工作台转动一定角度，从而实现小锥度外圆磨削，工作台导轨采用“平、V”贴塑导轨，减小了导轨动静摩擦力之差。

本实用新型的进一步改进在于：所述砂轮架包括磨头底板、磨头本体、线轨和砂轮，所述砂轮固定在主轴上，所述主轴安装在磨头本体内，在所述磨头本体外装有砂轮罩和电机，并固定在垫板上方，在所述垫板的下方装有第二丝杆部件和线轨，所述第二丝杆部件由伺服电机带动，在所述磨头底板上前后移动。

采用前置砂轮修整装置，通过X轴与Z轴的联动，插补实现砂轮各种型面的修整及补偿，保证了砂轮磨削状态的一致性。

进给机构(砂轮架、工作台驱动机构)：

砂轮架进给采用NSK丝杠轴承,精密滚珠丝杠，工作台驱动采用NSK丝杠轴承,精密滚珠丝杠，经同步带与伺服电机联接，实现精确进给。

本实用新型的进一步改进在于：所述套筒与锁紧螺母之间设有第一隔圈和第二隔圈。

本实用新型的进一步改进在于：在所述头架主轴的尾部装有螺母，由安装在支座上的螺钉顶紧。

本实用新型的进一步改进在于：在所述头架本体的前端设有前罩，后端设有后罩，顶部设有顶盖。

本实用新型的进一步改进在于：在所述拨盘上安装有盖。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.机床采用CNC控制,进行两轴两联动：即砂轮架进给(X轴)、工作台移动(Z轴)，头架回转通过伺服电机实现无级变速；

2.在头架主轴中间增设气膜环，使主轴转动时在气膜环之间形成一层气膜，使主轴处于悬浮状态，减少轴承磨损，提高主轴旋转精度。

3.尾架顶尖的进退采用弹簧顶紧，可以调节工件夹紧力，特别是防止细长工件变形；

4.砂轮架进给X轴配光栅尺，实现进给、测量-加工闭环控制，很好地保证了加工精度；

5.上工作台可手动调整，相对于下工作台转动一定角度，从而实现小锥度外圆磨削；

6.机床的床身、工作台、磨头本体、头架、尾架等均采用高性能的孕育铸铁，并经多次时效处理加工而成；高数值的铸件壁厚大大提高了机床铸件的固有频率，刚性高，机床的精度保持性好，性能稳定。

附图说明：

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型拆去大罩后的俯视图；

图5为头架的立体图；

图6为头架的主视图；

图7为图6的L-L向剖视图；

图8为图6的I-I向剖视图；

图9为图6的M-M向剖视图；

图10为套筒的立体图；

图11为套筒的主视图；

图12为套筒的I-I向示意图；

图13为尾架的立体图；

图14为尾架的主视图；

图15为图14的I-I向剖视图；

图16为工作台的立体图；

图17为工作台的主视图；

图18为工作台的俯视图；

图19为图18的I-I向剖视图；

图20为砂轮架结构示意图；

图21为的砂轮的主视图；

图22为砂轮的俯视图；

图23为图22的I-I向示意图；

图24为22的K-K向示意图；

图25为床身的立体图；

图26为床身的主视图；

图27为图26的I-I向剖视图

图中标号：1-2盖、2-2第一隔圈、3-2压盖、4-2第二隔圈、5-2锁紧螺母、 6-2、顶尖、7-2第四轴承、8-2外隔圈、9-2内隔圈、10-2第三轴承、11-2 头架主轴、12-2螺母、13-2螺钉、14-2支座、15-2第六轴承、16-2第五轴承、17-2套筒、18-2气膜环、19-2第二同步带轮、20-2第一轴承、21-2 第二轴承、22-2拨盘、6-1头架本体、23-2联键、24-2后罩、25-2顶盖、 26-2第一伺服电机、27-2第一电机连接扳、28-2第一同步带轮、29-2前罩、 30-2第一同步带、2-3顶尖、4-3顶尖套、6-3调节手把、7-3弹簧、8-3尾座本体、1-4左压板、2-4上工作台、3-4下工作台、4-4右压板、5-4千分表、6-4表座、7-4对表棒、8-4连板、9-4丝杆、1-5磨头底板、2-5磨头本体、3-5线轨、4-5电机、5-5第二丝杆部件、6-5垫板、7-5主轴、8-5 砂轮、9-5砂轮罩、1-6第一丝杆部件、2-6第三同步带轮、3-6第二同步带、 4-6第二电机连板、5-6第四同步带轮、9-6第二伺服电机、11-6床身、12- 排屑机、1-1大罩、2-1油雾收集器、3-1电器箱、4-1排屑机、5-1砂轮架、 7-1作台、8-1尾架。

具体实施方式：

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1-图27示出了一种新型高速高精度数控端面外圆磨床的具体实施方式：包括床身11-6、大罩1-1、电机箱3-1、砂轮架5-1、头架本体6-1、尾架 8-1和工作台7-1，在所述床身11-6上设有大罩1-1、砂轮架5-1、头架本体6-1、尾架8-1和工作台7-1，所述头架本体6-1装有头架主轴11-2，所述头架主轴11-2 前端的外圆上装有第一轴承20-2和第二轴承21-2，然后通过锁紧螺母5-2压紧，在所述头架主轴11-2上套有气环膜18-2，然后装入套筒17-2内，在所述套筒17-2外圆上依次装有第三轴承10-2、轴承内隔圈9-2、外隔圈8-2、第四轴承7-2和第二同步带轮19-2，所述第二同步带轮19-2通过拨盘22-2压紧，在所述拨盘22-2上固定有联键23-2的一端，所述联键23-2的另一端卡在头架主轴11-2的联键槽内，所述第二同步带轮19-2通过拨盘22-2、联键23-2带动头架主轴11-2转动，再把盖1-2安装在拨盘22-2上，所述第四轴承7-2通过压盖 3-2压紧，在所述头架主轴11-2后端的外圆上套有第五轴承16-2和第六轴承15-2，后端通过支座14-2压紧，在所述头架本体6-1内装有第一伺服电机26-2、第一电机连接板27-2、第一同步带轮28-2和第一同步带30-2，所述第一伺服电机26-2带动第一同步带轮28-2、第一同步带30-2和第二同步带轮19-2转动，所述第二同步带轮19-2通过拨盘22-2、联键23-2带动头架主轴11-2转动。

头架回转通过伺服电机实现无级变速，采用“死”顶尖结构(即头架主轴不回转)，伺服电机通过同步带传动，再带动拨盘22-2旋转,拨盘22-2通过拨杆带动工件回转。由伺服电机驱动器控制电机实现工件无级变速。为了装卸工件的方便性，头架具有准停功能，头架套筒采用密集滚珠轴承支承，在头架主轴中间增设气膜环，使主轴和气膜环之间形成一层气膜，使主轴处于悬浮状态，减少轴承磨损，提高主轴旋转精度；

在所述床身11-6上还设有排屑机12和第一丝杆部件1-6，所述工作台7-1 设在第一丝杆部件1-6上；

在所述床身11-6上通过第二电机连板4-6安装有第二伺服电机9-6，在所述第二伺服电机9-6的前端安装有第四同步带轮5-6，所述第四同步带轮5-6通过第二同步带3-6连接有第三同步带轮2-6，所述第三同步带轮2-6带动第一丝杆部件1-6转动，所述第一丝杆部件1-6带动工作台7-1在床身11-6上移动；

磨床带全封闭防护装置；机床防护装置带有前滑门及观察窗口，手动开闭防护门。并配有便于观察加工过程的照明设施；

机床采用独立电箱(带空调)，滚珠丝杠螺母配有集中润滑系统,冷却水箱带有磁性分离和纸质过滤两级过滤装置；

所述尾架8-1包括尾座本体8-3、顶尖套4-3、顶尖2-3、弹簧7-3和调节手把6-3，所述顶尖套4-3装在尾座本体8-3内，在所述顶尖套4-3的前端安装有顶尖2-3，在所述顶尖套4-3中装有弹簧7-3和调节手把6-3，用于工件夹紧力调整，防止细长件因夹紧力过大而产生变形；

所述工作台7-1包括上工作台2-4、下工作台3-4、左压板1-4、右压板4-4、千分表5-4、表座6-4、对表棒7-4、连板8-4和丝杆9-4，在所述丝杆9-4的一端安装在联板8-4上，另一端与表座6-4相连，在所述上工作台2-4的两端卡装在左压板1-4和右压板4-4之间，所述上工作台2-4的一端通过联板8-4与丝杆9-4 相连，在所述联板8-4设有对表棒7-4，所述对表棒7-4压住千分表5-4，转动所述丝杆9-4，带动上工作台2-4在左压板1-4与右压板4-4之间移动，此时所述联板8-4上的对表棒7-4压住千分表5-4，读出转动的数值；联板8-4一端做有圆弧面，紧靠在上工作台2-4右侧的圆弧面上，并与上工作台2-4固定。

工作台采用上、下层结构，上工作台2-4台面为水平面，使头、尾架在其上定位更稳定，刚性好，上工作台台面安装有长度尺，便于确定头尾架顶尖之间的距离，上工作台2-4可手动调整相对于下台转动一定角度，从而实现小锥度外圆磨削，工作台导轨采用“平、V”贴塑导轨，减小了导轨动静摩擦力之差；

所述砂轮架5-1包括磨头底板1-5、磨头本体2-5、线轨3-5和砂轮8-5，所述砂轮8-5固定在主轴7-5上，所述主轴7-5安装在磨头本体2-5内，在所述磨头本体2-5外装有砂轮罩9-5和电机4-5，并固定在垫板6-5上方，在所述垫板 6-5的下方装有第二丝杆部件5-5和线轨3-5，所述第二丝杆部件5-5由伺服电机带动，在所述磨头底板1-5上前后移动；

采用直轨斜进布局方式，砂轮轴线与头尾架轴线成60度夹角，可同时磨削零件的外圆和端面；也可一次切入磨削轴类零件的外圆，亦可实现纵向磨削，工作台转动一定角度，可实现轴类零件的外圆小锥度磨削；机床采用 CNC控制,进行两轴两联动：即砂轮架进给(X轴)、工作台移动(Z轴)，头架回转通过伺服电机实现无级变速；机床配外径测量仪和轴向定位装置，X 轴配光栅尺，实现进给、测量-加工闭环控制，很好地保证了加工精度；

砂轮架导轨采用重载滚柱直线导轨，该导轨摩擦系数小，精度高刚性好，吸震性好，能很好地保证砂轮进给(X轴)的稳定性和可靠性，同时砂轮架进给X轴配有光栅尺可实现砂轮架进给闭环控制；

砂轮修整装置：

采用前置砂轮修整装置，通过X轴与Z轴的联动，插补实现砂轮各种型面的修整及补偿，保证了砂轮磨削状态的一致性；

进给机构(砂轮架、工作台驱动机构)：

砂轮架进给采用NSK丝杠轴承,精密滚珠丝杠，工作台驱动采用NSK丝杠轴承,精密滚珠丝杠，经同步带与伺服电机联接，实现精确进给。

所述套筒17-2与锁紧螺母5-2之间设有第一隔圈2-1和第二隔圈4-2；

在所述头架主轴11-2的尾部装有螺母12-2，由安装在支座14-2上的螺钉 13-2顶紧；

在所述头架本体6-1的前端设有前罩29-2，后端设有后罩24-2，顶部设有顶盖25-2；

在所述拨盘22-2上安装有盖1-2。

本实用新型采用CNC控制,进行两轴两联动：即砂轮架进给(X轴)、工作台移动(Z轴)，头架回转通过伺服电机实现无级变速；尾架顶尖的进退采用弹簧顶紧，可以调节工件夹紧力，特别是防止细长工件变形；砂轮架进给X 轴配光栅尺，实现进给、测量-加工闭环控制，很好地保证了加工精度；上工作台可手动调整相对于下工作台转动一定角度，从而实现小锥度外圆磨削；机床的床身、工作台、磨头本体、头架、尾架等均采用高性能的孕育铸铁，并经多次时效处理加工而成；高数值的铸件壁厚大大提高了机床铸件的固有频率，刚性高，机床的精度保持性好，性能稳定。

本实用新型采用伺服电机驱动同步带控制主轴转速，伺服是在变频的基础上进行闭环的精确控制从而达到更理想的效果；另外在头架主轴中间增设气膜环，使主轴转动时在气膜环之间形成一层具有一定承载作用的气膜，依靠气膜使主轴处于悬浮状态，减少轴承磨损，提高主轴旋转精度；在尾架上使用弹簧，可调节工件夹紧力，防止细长工件变形，保证加工精度；在工作台上设有角度微调整机构，实现小锥度外圆磨削，采用伺服电机驱动保证工作台平稳运行。

主要精度对比：

申请人又一声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的实现方法及装置结构，但本实用新型并不局限于上述实施方式，即不意味着本实用新型必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开的范围之内。

本实用新型并不限于上述实施方式，凡采用和本实用新型相似结构及其方法来实现本实用新型目的的所有方式，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，包括床身(11-6)、大罩(1-1)、电机箱(3-1)、砂轮架(5-1)、头架本体(6-1)、尾架(8-1)和工作台(7-1)，在所述床身(11-6)上设有大罩(1-1)、砂轮架(5-1)、头架本体(6-1)、尾架(8-1)和工作台(7-1)，其特征在于：所述头架本体(6-1)套在头架主轴(11-2)前段，所述头架主轴(11-2)前端的外圆上装有第一轴承(20-2)和第二轴承(21-2)，然后通过锁紧螺母(5-2)压紧，在所述头架主轴(11-2)上套有气膜环(18-2)，然后装入套筒(17-2)内，在所述套筒(17-2)外圆上依次装有第三轴承(10-2)、轴承内隔圈(9-2)、外隔圈(8-2)、第四轴承(7-2)和第二同步带轮(19-2)，所述第二同步带轮(19-2)通过拨盘(22-2)压紧，在所述拨盘(22-2)上固定有联键(23-2)的一端，所述联键(23-2)的另一端卡在头架主轴(11-2)的联键槽内，再把盖(1-2)安装在拨盘(22-2)上，所述第四轴承(7-2)通过压盖(3-2)压紧，在所述头架主轴(11-2)后端的外圆上套有第五轴承(16-2)和第六轴承(15-2)，后端通过支座(14-2)压紧，在所述头架本体(6-1)内装有第一伺服电机(26-2)、第一电机连接板(27-2)、第一同步带轮(28-2)和第一同步带(30-2)，所述第一伺服电机(26-2)带动第一同步带轮(28-2)、第一同步带(30-2)和第二同步带轮(19-2)转动，所述第二同步带轮(19-2)通过拨盘(22-2)、联键(23-2)带动头架主轴(11-2)转动。

2.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：在所述床身(11-6)上还设有排屑机(12)和第一丝杆部件(1-6)，所述工作台(7-1)设在第一丝杆部件(1-6)上。

3.根据权利要求2所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：在所述床身(11-6)上通过第二电机连板(4-6)安装有第二伺服电机(9-6)，在所述第二伺服电机(9-6)的前端安装有第四同步带轮(5-6)，所述第四同步带轮(5-6)通过第二同步带(3-6)连接有第三同步带轮(2-6)，所述第三同步带轮(2-6)带动第一丝杆部件(1-6)转动，所述第一丝杆部件(1-6)带动工作台(7-1)在床身(11-6)上移动。

4.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：所述尾架(8-1)包括尾座本体(8-3)、顶尖套(4-3)、顶尖(2-3)、弹簧(7-3)和调节手把(6-3)，所述顶尖套(4-3)装在尾座本体(8-3)内，在所述顶尖套(4-3)的前端安装有顶尖(2-3)，在所述顶尖套(4-3)中装有弹簧(7-3)和调节手把(6-3)，用于工件夹紧力调整，防止细长件因夹紧力过大而产生变形，影响工件加工精度。

5.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：所述工作台(7-1)包括上工作台(2-4)、下工作台(3-4)、左压板(1-4)、右压板(4-4)、千分表(5-4)、表座(6-4)、对表棒(7-4)、联板(8-4)和丝杆(9-4)，在所述丝杆(9-4)的一端安装在联板(8-4)上，另一端与表座(6-4)相连，所述左压板(1-4)和右压板(4-4)的内侧设有圆弧面，分别固定在下工作台(3-4)上，在所述上工作台(2-4)的两端卡装在左压板(1-4)和右压板(4-4)之间的环形槽中，上工作台(2-4)可在环形槽中转动，所述联板(8-4)的一端设有圆弧面，紧靠在上工作台(2-4)右侧的圆弧面上，并与上工作台(2-4)固定，所述上工作台(2-4)的一端通过联板(8-4)与丝杆(9-4)相连，在所述联板(8-4)上设有对表棒(7-4)，所述对表棒(7-4)压住千分表(5-4)，转动所述丝杆(9-4)，带动上工作台(2-4)在左压板(1-4)与右压板(4-4)之间的环形槽中转动，此时所述联板(8-4)上的对表棒(7-4)压住千分表(5-4)，读出转动的数值。

6.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：所述砂轮架(5-1)包括磨头底板(1-5)、磨头本体(2-5)、线轨(3-5)和砂轮(8-5)，所述砂轮(8-5)固定在主轴(7-5)上，所述主轴(7-5)安装在磨头本体(2-5)内，在所述磨头本体(2-5)外装有砂轮罩(9-5)和电机(4-5)，并固定在垫板(6-5)上方，在所述垫板(6-5)的下方装有第二丝杆部件(5-5)和线轨(3-5)，所述第二丝杆部件(5-5)由伺服电机带动，在所述磨头底板(1-5)上前后移动。

7.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：所述套筒(17-2)与锁紧螺母(5-2)之间设有第一隔圈(2-2)和第二隔圈(4-2)。

8.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：在所述头架主轴(11-2)的尾部装有螺母(12-2)，由安装在支座(14-2)上的螺钉(13-2)顶紧。

9.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：在所述头架本体(6-1)的前端设有前罩(29-2)，后端设有后罩(24-2)，顶部设有顶盖(25-2)。

10.根据权利要求1所述的一种新型高速高精度数控端面外圆磨床，其特征在于：在所述拨盘(22-2)上安装有盖(1-2)。

Images