CN213672273U - 一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床 - Google Patents

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黄玉平
何理论
徐强
杨增辉
丁忠军
郑继贵
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Abstract

本发明一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,A轴回转台10布置于转台底座11上,A轴回转台10能够在转台底座11上旋转,旋转轴定义为A轴,旋转轴绕X轴方向旋转;砂轮头架6上能够安装大直径砂轮,通过旋转轴A实现大直径砂轮或小直径砂轮角度调整;可摆角修整器8固定于工件头架4侧面,用于实现自身产生一定摆角,可摆角修整器8由滚轮旋转机构81、摆角导向机构82、角度驱动机构83组成;摆角导向机构82、角度驱动机构83均安装在工件头架4的侧面;滚轮旋转机构81安装在摆角导向机构82上;角度驱动机构83能够驱动摆角导向机构82旋转;滚轮旋转机构81能够修整砂轮头架6上安装的大直径砂轮或者内磨头组件12上安装小直径砂轮,实现砂轮可原位修形。

Description

一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床
技术领域
本发明涉及一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,属于可实现砂轮原位修形的内外螺纹磨床技术领域。
背景技术
螺纹磨削设备,是精密螺纹加工的关键设备,主要用于螺纹量具、螺纹工具和丝杠等重要螺纹量具和零件的精密加工。螺纹磨床属于专用机床,功能结构固定,基本以修整单一轮廓砂轮为主,因此对用作内或外螺纹磨削的磨床,修整机构布置和结构差异很大。传统外螺纹磨床的修整机构布置于砂轮头架上部,修整机构行程较短,常采用导轨或滑块的结构走固定角度或圆弧;传统内螺纹磨床一般采用特殊的修整机构,布置于工作台面上,这种布置非常占用空间,使磨床的可加工螺纹规格变小。随着数控系统的发展,修整精度越来越高,将修整机构布置于工件头架上也成为了主流,但由于工件头架空间有限,因此修整机构修整金刚轮自身仅有旋转自由度,需要借助于机床X和Z轴插补实现加工,对于不同螺旋升角螺纹,砂轮在修整时,需调整成与修整轮平行,修整结束后重新旋转至工作摆角姿态,这不仅导致需要非常高的砂轮摆角重复定位精度,且反复摆动角度的砂轮轴自由度降低了磨削过程刚度,会影响螺纹的磨削精度。
由于行星丝杠螺纹包含有单头、多头的内外螺纹,且螺纹形廓不统一,螺纹长度长、精度高的需求导致丝杠螺纹在磨削过程中需要多次修整砂轮。现有技术采用的反复摆角砂轮修整方式将引入重复定位误差,且会降低砂轮头架刚性,会影响到最终的螺纹磨削精度。为满足行星丝杠螺纹磨削要求需要传统螺纹磨床结构适当优化,以满足行星丝杠螺纹精密加工需求。
发明内容
本发明解决的技术问题为:克服上述现有技术的不足,提供一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,可通过伺服电机摆动修整器金刚碟轮倾斜角度,当该角度与砂轮磨削的工作角度相等时,碟轮轴线与砂轮轴线平行,砂轮修整后不需再次摆动角度,直接进行螺纹工件磨削,降低了砂轮头架重复摆角的精度要求;另外磨床可以便捷切换内外砂轮磨削头架,实现内外螺纹工件磨削;该磨床的X轴和Z轴提出了采用行星滚柱丝杠驱动,结合砂轮修整和螺纹磨削切换过程不需摆动角度,均提升了磨床的刚度,有利于磨床磨削螺纹的精度。
本发明解决的技术方案为:一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,包括:床身(1)、Z轴驱动丝杠组件(2)、工作台(3)、工件头架(4)、可摆角修整器(8)、X轴驱动丝杠组件(9)和A轴回转台(10)、转台底座(11);还包括砂轮头架(6)或内磨头组件(12);还选择性的包括:尾座(7);
工作台(3)相对床身(1)的运动方向设为Z轴方向;工作台(3)沿Z轴方向直线往复运动;
定义X轴与Z轴垂直,转台底座(11)沿X轴方向直线往复运动;
所述工作台(3)和转台底座(11)布置于床身(1)上,工件头架(4)、尾座(7)布置于工作台(3)上,工件头架(4)上设有旋转轴C,旋转轴C,即C轴,能够安装卡盘或顶尖,当设置尾座(7)时,尾座与工件头架(4)配合实现对工件顶持;A轴回转台(10)布置于转台底座(11)上,A轴回转台(10)能够在转台底座(11)上旋转,旋转轴定义为A轴,旋转轴绕X轴方向旋转(A轴的旋转的角度为0°,定义为:A轴旋转至使砂轮轴线保持与工件轴线平行的位置为0°,正负方向最大旋转角度为15°。),砂轮头架(6)或内磨头组件(12)均能够与A轴转台(10)相对工作台(3)的一侧利用螺栓固结;砂轮头架(6)上能够安装大直径砂轮,内磨头组件12能够安装小直径砂轮,通过旋转轴A实现大直径砂轮或小直径砂轮角度调整;Z轴驱动丝杠组件(2)安装在工作台(3)与床身(1)之间,能够驱动工作台(3)沿Z轴方向直线往复运动;
X轴驱动丝杠组件(9)安装在转台底座(11)与床身(1)之间,能够驱动转台底座(11)沿X轴方向直线往复运动;
可摆角修整器(8)由滚轮旋转机构(81)、摆角导向机构(82)、角度驱动机构(83)组成。
摆角导向机构(82)、角度驱动机构(83)均安装在工件头架(4)的侧面;
滚轮旋转机构(81)安装在摆角导向机构(82)上;
角度驱动机构(83)能够驱动摆角导向机构(82)旋转;
滚轮旋转机构(81)能够修整砂轮头架(6)上安装的大直径砂轮或者内磨头组件(12)上安装小直径砂轮。
优选的,床身(1)为T形,包括横部和竖部;Z轴驱动丝杠组件(2)安装在床身(1)的横部,工作台(3)通过Z轴驱动丝杠组件(2)安装在床身(1)上;X轴驱动丝杠组件(9)安装在床身(1)的竖部;转台底座(11)通过X轴驱动丝杠组件(9)安装在床身(1)上。
优选的,砂轮头架(6)上能够安装大直径砂轮,直径在350mm以上;内磨头组件(12)能够安装小直径砂轮,直径在45mm以下。
优选的,可摆角修整器(8)固定于工件头架(4)侧面,能够实现自身产生摆角。
优选的,摆角导向机构(82)安装于工件头架(4)的内侧,即靠近转台底座(11)一侧,角度驱动机构(83)安装于工件头架(4)左侧,即远离尾座7的一端。
优选的,摆角导向机构(82),包括:摆角滑板(23)、导向滑销(21)、头架侧滑板(22)、滑板定心销轴(31)和回转轴承(32);
摆角滑板(23)上一端边缘设有扇形齿轮(231)、扇形齿轮(231)旁设有滑销导槽(232),摆角滑板(23)上另一端设有轴承孔,固定回转轴承(32);摆角滑板(23)面向燕尾滑轨一侧设置有与燕尾滑轨对应的凹弧形槽,凹弧形槽与燕尾滑轨配合能够使摆角滑板(23)绕滑板定心销轴(31)旋转;摆角滑板(23)上还设有支架孔,作为机架,用于固定滚轮旋转机构(81);
头架侧滑板(22)上设有销孔、销轴孔和圆弧形燕尾滑轨;销孔位于头架侧滑板(22)一端,销轴孔位于头架侧滑板(22)另一端,圆弧形燕尾滑轨位于头架侧滑板(22)中部;销孔能够与导向滑销(21)配合;
其中回转轴承(32)套在滑板定心销轴(31)上,定心销轴(31)压装于头架侧滑板(22)上的销轴孔中;导向滑销(21)压入头架侧滑板(22)上的销孔中,导向滑销(21)与摆角滑板(23)上的滑销导槽(232)配合,实现对摆角滑板(23)的旋转导向;滑板定心销轴(31)的轴线与滚轮旋转机构(81)中的金刚碟轮(31)旋转轴线垂直相交并且过金刚碟轮(31)的中心对称面。(中心对称面表示过图5中金刚碟轮31中间的虚线,且与金刚碟轮的端面平行的平面)
优选的,滑销导槽(232)为圆弧形,滑销导槽(232)的圆心位于轴承孔的中心;头架侧滑板(22)为有厚度的长方形平板,圆弧形燕尾滑轨的圆心为销轴孔的中心,头架侧滑板(22)上的销孔与销轴孔的轴线处于同一水平面上。
优选的,滚轮旋转机构(81),包括滚轮驱动电机(24)、第二联轴器(25)、第三防松螺母(26)、滚轮轴支撑轴承(27)、机械密封组件(28)、滚轮主轴(29)和金刚碟轮(30);
滚轮驱动电机(24)固定在摆角滑板(23)的机架上;
滚轮主轴(29)通过滚轮轴支撑轴承(27)安装于摆角滑板(23)的支架孔内,通过第三防松螺母(26)将滚轮主轴(29)轴向固定在支架孔中;滚轮主轴(29)一端通过第二连轴器(25)与滚轮驱动电机(24)固连;
机械密封组件(28)套在滚轮主轴(29)上,机械密封组件28一侧与摆角滑板(23)的支架孔远离导向滑销(21)一侧的孔口端面接触,另一侧与套在滚轮主轴(29)上的支架端盖(34)接触,起到对滚轮轴支撑轴承(27)的密封保护;金刚碟轮(30)通过螺母固定于滚轮主轴(29)的另一端,金刚碟轮(30)用于修整砂轮头架(6)上安装的大直径砂轮或者内磨头组件(12)上安装小直径砂轮。
优选的,机械密封组件(28),采用迷宫密封方式,包括固定密封环(282)和旋转密封环(281),滚轮主轴(29)上设有轴肩,固定密封环(282)一端固定在摆角滑板(23)的支架孔远离导向滑销(21)一侧的孔口端面(固定密封环固定在支架23上、密封环套在滚轮主轴29上),旋转密封环(281)的内侧套在滚轮主轴(29)上,一端靠在滚轮主轴(29)的轴肩上,另一端与滚轮轴支撑轴承(27)接触;
优选的,角度驱动机构(83),包括:摆角电机(13)、第一联轴器(14)、第一防松螺母(15)、第一支撑轴承(16)、齿轮轴(17)、第二支撑轴承(18)、第二防松螺母(19)、齿轮轴支座(20);
第一支撑轴承(16)和第二支撑轴承(18)设置与齿轮轴(170的两端;齿轮轴支座(20)固定在工件头架(4)侧面(即远离尾座7的一端);其中齿轮轴(17)通过第一支撑轴承(16)和第二支撑轴承(18)安装于齿轮轴支座(20)内,齿轮轴(17)的两端设有螺纹,能够安装第一防松螺母(15)和第二防松螺母(19),通过第一防松螺母(15)和第二防松螺母(19)限制第一支撑轴承(16)和第二支撑轴承(18)的轴向位置,从而限制齿轮轴(17)的轴向位移,齿轮轴(17)的一端通过第一联轴器(14)与摆角电机(13)固连;摆角电机(13)安装在齿轮轴支座(20)上;
齿轮轴(17)上的通过其上的驱动齿轮(171)与摆角滑板(23)上的扇形齿轮(231)啮合,可通过齿轮轴(17)带动摆角滑板(23)绕滑板定心销轴(31)旋转一定角度;即角度驱动机构(83)通过齿轮轴(17)的驱动齿轮(171)旋转,驱动摆角滑板(23)的扇形齿轮(231)旋转,实现摆角导向机构(82)的角度摆动,其传动纽带是通过齿轮传动。
优选的,A轴回转台(10)为旋转30°以内的回转体,回转体的轴为A轴,可实现A轴回转台(10)绕X轴方向的一定角度转动,A轴回转台(10)靠近工作台(3)的一侧布置有安装砂轮头架(6)和内磨头组件(12)的螺钉孔。
优选的,A轴回转台(10)上能够根据需要分别安装用于外螺纹磨削的砂轮头架(6)和用于内螺纹磨削的内磨头组件(12);当安装砂轮头架(6)时,所述螺纹磨床需要配合安装尾座(7)、工件头架(4)上的顶尖,用于磨削丝杆零件(5)的外螺纹;当安装内磨头组件(12)时,所述螺纹磨床的工件头架(4)需要配合卡盘,夹持螺母零件(33),用于磨削内螺纹。
优选的,工作台(3)和转台底座(11),分别通过Z轴驱动丝杠组件(2)和X轴驱动丝杠组件(9)驱动,Z轴驱动丝杠组件(2)和X轴驱动丝杠组件(9)均由行星滚柱丝杠、直驱电机、滚柱导轨组成;
直驱电机驱动行星滚柱丝杠旋转,带动工作台(3)和转台底座(11)沿滚柱导轨做直线运动;
上述的行星滚柱丝杠也能够采用高精度滚珠丝杠代替。
优选的,可摆角修整器(8)的摆角导向机构(82)与角度驱动机构(83)之间的齿轮啮合传动,也能够采用蜗杆与扇形涡轮形式;
优选的,滑板定心销轴(31)和回转轴承(32)能够替换为滑动轴承、滚动轴承、交叉滚子轴承;
优选的,摆角导向机构(82)的圆弧形燕尾滑轨截型为燕尾或T型。
优选的,角度驱动机构(83)也能够不连接摆角电机(13),直接通过加装手柄手动驱动齿轮轴(17)旋转。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明解决了螺纹加工时,砂轮修整和螺纹磨削中的来回摆动引入的精度和刚度问题,在砂轮处于工作角度时,修整器可以将金刚碟轮轴线调整到与砂轮轴线平行的角度,在修型时,省去砂轮头架的运动,缩短了修型时间;
(2)本发明磨床布置的修整器兼顾了外螺纹用的大砂轮和内螺纹用的小砂轮修型,修整器具有转角自由度,可借助砂轮进给伺服轴和工作台伺服轴的两轴插补,实现CNC修型,降低传统内外螺纹磨床配备两种修形装置的设备成本;
(3)本发明磨床可便捷切换实现内外螺纹加工,适用于行星滚柱丝杠螺母、滚柱和丝杆螺纹磨削加工,使得不同规格的行星滚柱丝杠螺母、滚柱和丝杆可通过一台设备完成;
(4)本发明磨床使用行星滚柱丝杠作为传动丝杠,进给方向刚度大,进给分辨率高,提高磨床的动刚度,能有效提高螺纹加工精度。
附图说明
图1本发明螺纹磨床正视图;
图2本发明螺纹磨床俯视图;
图3本发明螺纹磨床配置图;
图4本发明修整器结构剖视图;
图5本发明摆角滑板正视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,A轴回转台10布置于转台底座11上,A轴回转台10能够在转台底座11上旋转,旋转轴定义为A轴,旋转轴绕X轴方向旋转;砂轮头架6上能够安装大直径砂轮,通过旋转轴A实现大直径砂轮或小直径砂轮角度调整;可摆角修整器8固定于工件头架4侧面,用于实现自身产生一定摆角,可摆角修整器8由滚轮旋转机构81、摆角导向机构82、角度驱动机构83组成;摆角导向机构82、角度驱动机构83均安装在工件头架4的侧面;滚轮旋转机构81安装在摆角导向机构82上;角度驱动机构83能够驱动摆角导向机构82旋转;滚轮旋转机构81能够修整砂轮头架6上安装的大直径砂轮或者内磨头组件12上安装小直径砂轮,实现砂轮可原位修形。
图1、图2为本发明磨床的正视图和俯视图,其配置用于磨削外螺纹零件;图3为本发明磨床俯视图,其配置可用于磨削内螺纹零件;图4与图5为修整器的剖视图和摆角滑板正视图,分别给出了修整机内部结构布置和金刚碟轮摆动一定角度时的滑板运动姿态。
本发明一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,包括:床身(1)、Z轴驱动丝杠组件(2)、工作台(3)、工件头架(4)、可摆角修整器(8)、X轴驱动丝杠组件(9)和A轴回转台(10)、转台底座(11);还包括砂轮头架(6)或内磨头组件(12);还选择性的包括:尾座(7);
工作台(3)相对床身(1)的运动方向设为Z轴方向;工作台(3)沿Z轴方向直线往复运动;
定义X轴与Z轴垂直,转台底座(11)沿X轴方向直线往复运动;
所述工作台(3)和转台底座(11)布置于床身(1)上,工件头架(4)、尾座(7)布置于工作台(3)上,工件头架(4)上设有旋转轴C,旋转轴C,即C轴,能够安装卡盘或顶尖,当设置尾座(7)时,尾座与工件头架(4)配合实现对工件顶持;A轴回转台(10)布置于转台底座(11)上,A轴回转台(10)能够在转台底座(11)上旋转,旋转轴定义为A轴,旋转轴绕X轴方向旋转(A轴的旋转的角度为0°,优选定义为:A轴旋转至使砂轮轴线保持与工件轴线平行的位置为0°,正负方向最大旋转角度为15°),砂轮头架(6)或内磨头组件(12)均能够与A轴转台(10)相对工作台(3)的一侧利用螺栓固结;砂轮头架(6)上能够安装大直径砂轮,内磨头组件12能够安装小直径砂轮,通过旋转轴A实现大直径砂轮或小直径砂轮角度调整;Z轴驱动丝杠组件(2)安装在工作台(3)与床身(1)之间,能够驱动工作台(3)沿Z轴方向直线往复运动;
X轴驱动丝杠组件(9)安装在转台底座(11)与床身(1)之间,能够驱动转台底座(11)沿X轴方向直线往复运动;
可摆角修整器(8)由滚轮旋转机构(81)、摆角导向机构(82)、角度驱动机构(83)组成。
摆角导向机构(82)、角度驱动机构(83)均安装在工件头架(4)的侧面;
滚轮旋转机构(81)安装在摆角导向机构(82)上;
角度驱动机构(83)能够驱动摆角导向机构(82)旋转;
滚轮旋转机构(81)能够修整砂轮头架(6)上安装的大直径砂轮或者内磨头组件(12)上安装小直径砂轮。
优选的,床身(1)为T形,包括横部和竖部;Z轴驱动丝杠组件(2)安装在床身(1)的横部,工作台(3)通过Z轴驱动丝杠组件(2)安装在床身(1)上;X轴驱动丝杠组件(9)安装在床身(1)的竖部;转台底座(11)通过X轴驱动丝杠组件(9)安装在床身(1)上。
优选的,砂轮头架(6)上能够安装大直径砂轮,直径在350mm以上;内磨头组件(12)能够安装小直径砂轮,直径在45mm以下。
优选的,可摆角修整器(8)固定于工件头架(4)侧面,能够实现自身产生摆角。
优选的,摆角导向机构(82)安装于工件头架(4)的内侧,即靠近转台底座(11)一侧,角度驱动机构(83)安装于工件头架(4)左侧,即远离尾座7的一端。
优选的,摆角导向机构(82),包括:摆角滑板(23)、导向滑销(21)、头架侧滑板(22)、滑板定心销轴(31)和回转轴承(32);
摆角滑板(23)上一端边缘设有扇形齿轮(231)、扇形齿轮(231)旁设有滑销导槽(232),摆角滑板(23)上另一端设有轴承孔,固定回转轴承(32);摆角滑板(23)面向燕尾滑轨一侧设置有与燕尾滑轨对应的凹弧形槽,凹弧形槽与燕尾滑轨配合能够使摆角滑板(23)绕滑板定心销轴(31)旋转;摆角滑板(23)上还设有支架孔,作为机架,用于固定滚轮旋转机构(81);
头架侧滑板(22)上设有销孔、销轴孔和圆弧形燕尾滑轨;销孔位于头架侧滑板(22)一端,销轴孔位于头架侧滑板(22)另一端,圆弧形燕尾滑轨位于头架侧滑板(22)中部;销孔能够与导向滑销(21)配合;
其中回转轴承(32)套在滑板定心销轴(31)上,定心销轴(31)压装于头架侧滑板(22)上的销轴孔中;导向滑销(21)压入头架侧滑板(22)上的销孔中,导向滑销(21)与摆角滑板(23)上的滑销导槽(232)配合,实现对摆角滑板(23)的旋转导向;滑板定心销轴(31)的轴线与滚轮旋转机构(81)中的金刚碟轮(31)旋转轴线垂直相交并且过金刚碟轮(31)的中心对称面。(中心对称面表示过图5中金刚碟轮31中间的虚线,且与金刚碟轮的端面平行的平面)
优选的,滑销导槽(232)为圆弧形,滑销导槽(232)的圆心位于轴承孔的中心;头架侧滑板(22)为有厚度的长方形平板,圆弧形燕尾滑轨的圆心为销轴孔的中心,头架侧滑板(22)上的销孔与销轴孔的轴线处于同一水平面上。
优选的,滚轮旋转机构(81),包括滚轮驱动电机(24)、第二联轴器(25)、第三防松螺母(26)、滚轮轴支撑轴承(27)、机械密封组件(28)、滚轮主轴(29)和金刚碟轮(30);
滚轮驱动电机(24)固定在摆角滑板(23)的机架上;
滚轮主轴(29)通过滚轮轴支撑轴承(27)安装于摆角滑板(23)的支架孔内,通过第三防松螺母(26)将滚轮主轴(29)轴向固定在支架孔中;滚轮主轴(29)一端通过第二连轴器(25)与滚轮驱动电机(24)固连;
机械密封组件(28)套在滚轮主轴(29)上,机械密封组件28一侧与摆角滑板(23)的支架孔远离导向滑销(21)一侧的孔口端面接触,另一侧与套在滚轮主轴(29)上的支架端盖(34)接触,起到对滚轮轴支撑轴承(27)的密封保护;金刚碟轮(30)通过螺母固定于滚轮主轴(29)的另一端,金刚碟轮(30)用于修整砂轮头架(6)上安装的大直径砂轮或者内磨头组件(12)上安装小直径砂轮。
优选的,机械密封组件(28),采用迷宫密封方式,包括固定密封环(282)和旋转密封环(281),滚轮主轴(29)上设有轴肩,固定密封环(282)一端固定在摆角滑板(23)的支架孔远离导向滑销(21)一侧的孔口端面,旋转密封环(281)的内侧套在滚轮主轴(29)上,一端靠在滚轮主轴(29)的轴肩上,另一端与滚轮轴支撑轴承(27)接触;
优选的,角度驱动机构(83),包括:摆角电机(13)、第一联轴器(14)、第一防松螺母(15)、第一支撑轴承(16)、齿轮轴(17)、第二支撑轴承(18)、第二防松螺母(19)、齿轮轴支座(20);
第一支撑轴承(16)和第二支撑轴承(18)设置与齿轮轴(170的两端;齿轮轴支座(20)固定在工件头架(4)侧面(即远离尾座7的一端);其中齿轮轴(17)通过第一支撑轴承(16)和第二支撑轴承(18)安装于齿轮轴支座(20)内,齿轮轴(17)的两端设有螺纹,能够安装第一防松螺母(15)和第二防松螺母(19),通过第一防松螺母(15)和第二防松螺母(19)限制第一支撑轴承(16)和第二支撑轴承(18)的轴向位置,从而限制齿轮轴(17)的轴向位移,齿轮轴(17)的一端通过第一联轴器(14)与摆角电机(13)固连;摆角电机(13)安装在齿轮轴支座(20)上;
齿轮轴(17)上的通过其上的驱动齿轮(171)与摆角滑板(23)上的扇形齿轮(231)啮合,可通过齿轮轴(17)带动摆角滑板(23)绕滑板定心销轴(31)旋转一定角度;即角度驱动机构(83)通过齿轮轴(17)的驱动齿轮(171)旋转,驱动摆角滑板(23)的扇形齿轮(231)旋转,实现摆角导向机构(82)的角度摆动,其传动纽带是通过齿轮传动。
优选的,A轴回转台(10)为旋转30°以内的回转体(即定义A轴旋转至使砂轮轴线保持与工件轴线平行的位置为0°,正负方向最大旋转角度为15°),回转体的轴为A轴,可实现A轴回转台(10)绕X轴方向的一定角度转动,A轴回转台(10)靠近工作台(3)的一侧布置有安装砂轮头架(6)和内磨头组件(12)的螺钉孔。
优选的,A轴回转台(10)上能够根据需要分别安装用于外螺纹磨削的砂轮头架(6)和用于内螺纹磨削的内磨头组件(12);当安装砂轮头架(6)时,所述螺纹磨床需要配合安装尾座(7)、工件头架(4)上的顶尖,用于磨削丝杆零件(5)的外螺纹;当安装内磨头组件(12)时,所述螺纹磨床的工件头架(4)需要配合卡盘,夹持螺母零件(33),用于磨削内螺纹。
优选的,工作台(3)和转台底座(11),分别通过Z轴驱动丝杠组件(2)和X轴驱动丝杠组件(9)驱动,Z轴驱动丝杠组件(2)和X轴驱动丝杠组件(9)均由行星滚柱丝杠、直驱电机、滚柱导轨组成;
直驱电机驱动行星滚柱丝杠旋转,带动工作台(3)和转台底座(11)沿滚柱导轨做直线运动;
上述的行星滚柱丝杠也能够采用高精度滚珠丝杠代替。
优选的,可摆角修整器(8)的摆角导向机构(82)与角度驱动机构(83)之间的齿轮啮合传动,也能够采用蜗杆与扇形涡轮形式;
优选的,滑板定心销轴(31)和回转轴承(32)能够替换为滑动轴承、滚动轴承、交叉滚子轴承;
优选的,摆角导向机构(82)的圆弧形燕尾滑轨截型为燕尾或T型。
优选的,角度驱动机构(83)也能够不连接摆角电机(13),直接通过加装手柄手动驱动齿轮轴(17)旋转。
本发明的优选方案为:磨床设置的A轴最大旋转角度为±15°,相应的修整器可驱动金刚碟轮旋转的角度也为±15°,这里设定砂轮轴线或金刚碟轮轴线处于水平方向的位置为0°。
本发明的优选方案为:磨床床身采用铸铁或人造花岗岩材料,提高磨床的抗振性能,降低对热源敏感性。Z轴和X轴驱动丝杠采用G1级以上精度丝杠,采用全闭环光栅尺,实现高位置精度控制。
图1到图5分别是本实用发明的各向视图,下面结合图示进行说明
如图1、图2、图3所示,本发明砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,包括床身1、Z轴驱动丝杠组件2、工作台3、工件头架4、砂轮头架6、尾座7、可摆角修整器8、X轴驱动丝杠组件9和A轴回转台10等部分;
工作台3和转台底座11布置于T型床身1上,可在床身上沿Z轴和X轴向平行移动;工件头架4、尾座7布置于工作台3上;A轴回转台10布置于转台底座11上,形成具有一定旋转角度的A轴,砂轮头架6和内磨头组件12均可与A轴转台10端面利用螺栓固结,实现螺纹磨削过程砂轮角度调整;可摆角修整器8布置于工件头架4侧面,可通过齿轮轴17带动摆角滑板23绕滑板定心销轴31旋转一定角度,实现滚轮主轴29轴向与砂轮头架6的砂轮轴向平行或交错一定角度。
如图4、图5所示,可摆角修整器8由滚轮旋转机构81、摆角导向机构82、角度驱动机构83组成。其中摆角导向机构82安装于工件头架4的内侧,角度驱动机构83安装于工件头架4左侧,滚轮旋转机构81安装于摆角导向机构82的机架上;角度驱动机构83通过齿轮轴17的驱动齿轮171旋转,驱动摆角滑板23的扇形齿轮231旋转,实现摆角导向机构82的角度摆动,其传动纽带是通过齿轮传动。
滚轮旋转机构81,包括滚轮驱动电机24、第二联轴器25、第三防松螺母26、滚轮轴支撑轴承27、机械密封组件28、滚轮主轴29和金刚碟轮31。滚轮主轴29通过滚轮轴支撑轴承27安装于摆角滑板23的支架孔内,通过第三防松螺母26轴向固定;滚轮主轴29一端通过第二连轴器25与滚轮驱动电机24固连;机械密封组件28一端与滚轮主轴轴肩接触,一端与摆角滑板23的支座孔端面接触,通过支座孔端盖固定于滚轮主轴29中端;金刚碟轮31通过螺母固定于滚轮主轴29的右端。
机械密封组件28,采用迷宫密封方式,包括固定密封环和旋转密封环,固定密封环固定在摆角滑板23的支座孔端面,旋转密封环与滚轮珠海走29固连。
摆角导向机构82,由摆角滑板23、导向滑销21、头架侧滑板22、滑板定心销轴31和回转轴承32组成;其中回转轴承32套在滑板定心销轴31上,两者一起压装于头架侧滑板22上;导向滑销21压入头架侧滑板22上,导向滑销21与摆角滑板23上的滑销导槽232配合;摆角滑板23上的凹弧形槽中心与回转轴承32中心重合,且此凹弧形槽与头架侧滑板22上的弧形导向块配合;滑板定心销轴31的轴线与金刚碟轮31旋转轴线垂直相交并且过金刚碟轮31的中心对称面。
角度驱动机构83,由摆角电机13、第一联轴器14、第一防松螺母15、第一支撑轴承16、齿轮轴17、第二支撑轴承18、第二防松螺母19、齿轮轴支座20组成。其中齿轮轴通过第一支撑轴承16和第二支撑轴承18安装于齿轮轴支座20上,通过第一防松螺母15和第二防松螺母19限制轴向位移,齿轮轴17通过第一联轴器14与摆角电机13固连。
齿轮轴17通过驱动齿轮171与摆角滑板23上的扇形齿轮232啮合。
A轴回转台10为一半封闭回转轴,可实现绕X轴的一定角度转动,A轴回转台10的端面布置有安装砂轮头架6和内磨头组件12的螺钉孔。
螺纹磨床可根据需要分别安装用于外螺纹磨削的砂轮头架6和用于内螺纹磨削的内磨头组件12;当安装砂轮头架6时,所述螺纹磨床需要配合安装尾座7、头架顶尖,用于磨削丝杆零件5的外螺纹;当安装内磨头组件12时,所述螺纹磨床的工件头架4需要配合安装夹具,夹持螺母零件33,用于磨削内螺纹。
工作台3和转台底座11,分别通过Z轴驱动丝杠组件2和X轴驱动丝杠组件9驱动,Z轴驱动丝杠组件2和X轴驱动丝杠组件9均由行星滚柱丝杠、直驱电机、滚柱导轨组成。
行星滚柱丝杠也可采用高精度滚珠丝杠代替。
可摆角修整器8的摆角导向机构82与角度驱动机构83之间的齿轮啮合传动,也可以采用蜗杆与扇形涡轮形式;
滑板定心销轴31和回转轴承32可以是滑动轴承、滚动轴承、交叉滚子轴承;
摆角导向机构82的弧形导向块截型可以是燕尾、T型块。
角度驱动机构83也可以不连接摆角电机13,直接通过加装手柄手动驱动齿轮轴17旋转。
可摆角修整修整器8实施方法为:摆角电机13通过第一联轴器14带动齿轮轴17转动,齿轮轴17与摆角滑板23的扇形齿轮231啮合运动,带动摆角滑板23绕滑板定心销轴31的中心线旋转,进而带动固连在摆角滑板23支架轴孔上的金刚碟轮31一起摆动;滚轮驱动电机24通过第二联轴器25带动滚轮主轴29旋转,进而带动固连在滚轮主轴29上的金刚碟轮31旋转。
本发明一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床的优选控制方式为:在砂轮头架6或内磨头组件12通过A轴回转台10摆动到一定工作角度后,可摆角修整器8通过摆角电机13驱动金刚碟轮31摆动一定角度,最终使得金刚碟轮31的轴线转动到与砂轮轴线在同样的工作角度,随后通过螺纹磨床的X轴和Z轴插补实现砂轮修形;砂轮修形结束后,砂轮头架6或内磨头组件12保持修整工作角度,进行丝杆零件5或螺母零件33的螺纹磨削。
本发明实现砂轮修形精度提高的进一步优选方案:设金刚碟轮的外圆旋转线速度为V1,被修整砂轮的旋转线速度为V2,优选满足0.6<(V2/V1)<1.2,满足该优选约束条件,可实现砂轮修型精度的进一步提高。
本发明实现磨床砂轮头架刚度提高的进一步优选方案:设螺纹零件螺纹升角为α角,砂轮修整或螺纹磨削时,砂轮摆角保持α角固定不变,金刚碟轮摆角也保持α角固定不变,降低了砂轮修整与磨削工件之间的往复摆动的自由度,提高了修整刚度,可实现砂轮修形精度的进一步提高。
待加工零件,优选为:行星丝杠丝杆、滚棒、塞规、螺钉、行星丝杠螺母、环规等。
需要对待加工零件进行加工,优选为:行星丝杠丝杆、滚棒、塞规、螺钉等单头或多头外螺纹特征零件,行星丝杠螺母、环规、螺母等单头或多头内螺纹特征零件。
采用本发明的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床对待加工零件进行加工,优选的控制方式如下:
(1)加工外螺纹零件时,磨床工作台3上需要配置安装工件头架4、尾座7,A轴回转台10上需要安装砂轮头架6,工件头架4侧面安装可摆角修整器8,工件头架上安装顶尖和拨叉,工件通过工件头架和尾座上的顶尖顶持,工件头架带动拨叉旋转,驱动工件旋转;加工内螺纹零件时,磨床工作台3上需要配置安装工件头架4,A轴回转台10上需要安装内磨头组件12,工件头架4侧面安装可摆角修整器8,工件头架上安装卡盘,工件通过工件头架上的卡盘夹持,卡盘带动工件旋转;
(2)加工零件螺纹前,对砂轮头架6上的大砂轮或内磨头组件12上的小砂轮进行轮廓修整,砂轮头架6或内磨头组件12摆动与工件螺纹升角一致的角度,可摆角修整器8摆动一定角度,使金刚碟轮轴线与砂轮轴线平行,启动金刚碟轮和砂轮的驱动电机,使金刚碟轮和砂轮旋转,保持一定的旋转速比(优选0.6-1.2),通过Z轴或X轴驱动丝杠组件分别驱动工作台作Z向运动和砂轮头架6作X向运动,使金刚碟轮与砂轮接触,通过Z向和X向运动的联动,使金刚碟轮与砂轮按照需要的牙廓形状进行修整,砂轮修整过程中,金刚碟轮与砂轮的接触点呈现三维空间分布;
(3)砂轮修型结束后,通过Z轴和X轴方向运动驱动砂轮运动至与工件保持一定距离,启动工件头架和砂轮的驱动电机使工件和砂轮保持一定旋转速度,利用Z轴和C轴联动,驱动砂轮相对工件按照一定的速比进行运动,实现螺纹磨削。
本发明解决了螺纹加工时,砂轮修整和螺纹磨削中的来回摆动引入的精度和刚度问题,在砂轮处于工作角度时,修整器可以将金刚碟轮轴线调整到与砂轮轴线平行的角度,在修型时,省去砂轮头架的运动,缩短了修型时间;且本发明磨床布置的修整器兼顾了外螺纹用的大砂轮和内螺纹用的小砂轮修型,修整器具有转角自由度,可借助砂轮进给伺服轴和工作台伺服轴的两轴插补,实现CNC修型,降低传统内外螺纹磨床配备两种修形装置的设备成本;
本发明磨床可便捷切换实现内外螺纹加工,适用于行星滚柱丝杠螺母、滚柱和丝杆螺纹磨削加工,使得不同规格的行星滚柱丝杠螺母、滚柱和丝杆可通过一台设备完成;且本发明磨床使用行星滚柱丝杠作为传动丝杠,进给方向刚度大,进给分辨率高,提高磨床的动刚度,能有效提高螺纹加工精度。

Claims (10)

1.一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于包括:床身(1)、Z轴驱动丝杠组件(2)、工作台(3)、工件头架(4)、可摆角修整器(8)、X轴驱动丝杠组件(9)和A轴回转台(10)、转台底座(11);还包括砂轮头架(6)或内磨头组件(12);还选择性的包括:尾座(7);
工作台(3)相对床身(1)的运动方向设为Z轴方向;工作台(3)沿Z轴方向直线往复运动;
定义X轴与Z轴垂直,转台底座(11)沿X轴方向直线往复运动;
所述工作台(3)和转台底座(11)布置于床身(1)上,工件头架(4)、尾座(7)布置于工作台(3)上,工件头架(4)上设有旋转轴C,旋转轴C,即C轴,与卡盘或顶尖连接,当设置尾座(7)时,尾座与工件头架(4)配合,对工件顶持;A轴回转台(10)布置于转台底座(11)上,A轴回转台(10)能够在转台底座(11)上旋转,旋转轴定义为A轴,旋转轴绕X轴方向旋转,砂轮头架(6)或内磨头组件(12)均能够与A轴回转台(10)相对工作台(3)的一侧利用螺栓固结;砂轮头架(6)上能够与大直径砂轮连接,内磨头组件(12)能够与小直径砂轮连接,通过旋转轴A实现大直径砂轮或小直径砂轮角度调整;Z轴驱动丝杠组件(2)安装在工作台(3)与床身(1)之间,能够驱动工作台(3)沿Z轴方向直线往复运动;
X轴驱动丝杠组件(9)安装在转台底座(11)与床身(1)之间,能够驱动转台底座(11)沿X轴方向直线往复运动;
可摆角修整器(8)由滚轮旋转机构(81)、摆角导向机构(82)、角度驱动机构(83)组成;
摆角导向机构(82)、驱动摆角导向机构(82)旋转的角度驱动机构(83)均安装在工件头架(4)的侧面;
修整砂轮头架(6)上安装的大直径砂轮或者内磨头组件(12)上安装小直径砂轮的滚轮旋转机构(81)安装在摆角导向机构(82)上。
2.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:床身(1)为T形,包括横部和竖部;Z轴驱动丝杠组件(2)安装在床身(1)的横部,工作台(3)通过Z轴驱动丝杠组件(2)安装在床身(1)上;X轴驱动丝杠组件(9)安装在床身(1)的竖部;转台底座(11)通过X轴驱动丝杠组件(9)安装在床身(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:砂轮头架(6)上能够安装大直径砂轮,直径在350mm以上;内磨头组件(12)能够安装小直径砂轮,直径在45mm以下。
4.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:可摆角修整器(8)固定于工件头架(4)侧面,能够实现自身产生摆角。
5.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:摆角导向机构(82)安装于工件头架(4)的内侧,即靠近转台底座(11)一侧,角度驱动机构(83)安装于工件头架(4)左侧,即远离尾座(7)的一端。
6.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:摆角导向机构(82),包括:摆角滑板(23)、导向滑销(21)、头架侧滑板(22)、滑板定心销轴(31)和回转轴承(32);
摆角滑板(23)上一端边缘设有扇形齿轮(231)、扇形齿轮(231)旁设有滑销导槽(232),摆角滑板(23)上另一端设有轴承孔,固定回转轴承(32);摆角滑板(23)面向燕尾滑轨一侧设置有与燕尾滑轨对应的凹弧形槽,凹弧形槽与燕尾滑轨配合能够使摆角滑板(23)绕滑板定心销轴(31)旋转;摆角滑板(23)上还设有支架孔,作为机架,用于固定滚轮旋转机构(81);
头架侧滑板(22)上设有销孔、销轴孔和圆弧形燕尾滑轨;销孔位于头架侧滑板(22)一端,销轴孔位于头架侧滑板(22)另一端,圆弧形燕尾滑轨位于头架侧滑板(22)中部;销孔能够与导向滑销(21)配合,
其中回转轴承(32)套在滑板定心销轴(31)上,定心销轴(31)压装于头架侧滑板(22)上的销轴孔中;导向滑销(21)压入头架侧滑板(22)上的销孔中,导向滑销(21)与摆角滑板(23)上的滑销导槽(232)配合,实现对摆角滑板(23)的旋转导向;滑板定心销轴(31)的轴线与滚轮旋转机构(81)中的金刚碟轮(30)旋转轴线垂直相交并且过金刚碟轮(30)的中心对称面。
7.根据权利要求6所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:滑销导槽(232)为圆弧形,滑销导槽(232)的圆心位于轴承孔的中心;头架侧滑板(22)为有厚度的长方形平板,圆弧形燕尾滑轨的圆心为销轴孔的中心,头架侧滑板(22)上的销孔与销轴孔的轴线处于同一水平面上。
8.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:滚轮旋转机构(81),包括滚轮驱动电机(24)、第二联轴器(25)、第三防松螺母(26)、滚轮轴支撑轴承(27)、机械密封组件(28)、滚轮主轴(29)和金刚碟轮(30);
滚轮驱动电机(24)固定在摆角滑板(23)的机架上;
滚轮主轴(29)通过滚轮轴支撑轴承(27)安装于摆角滑板(23)的支架孔内,通过第三防松螺母(26)将滚轮主轴(29)轴向固定在支架孔中;滚轮主轴(29)一端通过第二连轴器(25)与滚轮驱动电机(24)固连;
机械密封组件(28)套在滚轮主轴(29)上,机械密封组件(28)一侧与摆角滑板(23)的支架孔远离导向滑销(21)一侧的孔口端面接触,另一侧与套在滚轮主轴(29)上的支架端盖(34)接触,起到对滚轮轴支撑轴承(27)的密封保护;金刚碟轮(30)通过螺母固定于滚轮主轴(29)的另一端,金刚碟轮(30)用于修整砂轮头架(6)上安装的大直径砂轮或者内磨头组件(12)上安装小直径砂轮。
9.根据权利要求8所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:机械密封组件(28),采用迷宫密封方式,包括固定密封环(282)和旋转密封环(281),滚轮主轴(29)上设有轴肩,固定密封环(282)一端固定在摆角滑板(23)的支架孔远离导向滑销(21)一侧的孔口端面,旋转密封环(281)的内侧套在滚轮主轴(29)上,一端靠在滚轮主轴(29)的轴肩上,另一端与滚轮轴支撑轴承(27)接触。
10.根据权利要求1所述的一种砂轮可原位修形的内外螺纹磨床,其特征在于:角度驱动机构(83)也能够不连接摆角电机(13),直接通过加装手柄手动驱动齿轮轴(17)旋转。
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