CN214186719U - 一种曲面研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种曲面研磨装置，解决了传统磨床不能更好的研磨曲面工件的问题。本实用新型包括第一进给轴、第二进给轴、第一回转轴、第二回转轴、第三回转轴、刀具和工件夹持装置，第一进给轴与第二回转轴滑动连接，第二回转轴与第三回转轴连接，第三回转轴一端连接有工件夹持装置，第一进给轴与第二进给轴轴线垂直，第二进给轴上滑动连接有第一回转轴，第一回转轴一端连接有刀具。本实用新型具有可加工球面或非球面曲面、可加工内凹曲面、加工精度高、表面质量好等优点。

Description

一种曲面研磨装置

技术领域

本实用新型涉及机加工技术领域，具体涉及一种曲面研磨装置。

背景技术

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长；一般常见的磨床有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床等，用于对工件进行外圆、内圆、斜面或平面进行磨削，随着各行各业的发展，对于曲面工件的表面精度要求越来越高，特别是针对高硬度、高脆性的材料，例如超硬功能陶瓷，超硬功能陶瓷(如镁铝尖晶石MgAl2O4等)在军事和民用领域中具有重要的科研价值和迫切的应用需求，此类材料不仅硬度高，而且还有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗冲击高强度、高电绝缘性等良好特性，在紫外、可见光、红外波段均具有良好的光学透过性能，并且易于制备大尺寸的高强度光学透明器件，还可广泛地应用于高速冲击实验中精密温度测量装置的透明窗口、高精度制导武器的透波整流罩、武装战车/战舰的透明装甲，以及民用安防设施中的防爆窗口、高强度防护面罩等等，在基础科研、军事和民用领域中均具有很大的潜在或现实需求。

然而，超硬功能陶瓷是典型的硬脆材料，加工难度大，材料去除效率低，加工工具的使用寿命不长，对于器件表面的微观裂纹、变质、损伤等缺陷难以得到有效抑制，成品率和使用性能都无法得到有效保障，就现有的磨削机床，还不足以加工出满足要求的曲面工件，故对于磨床的改进亟待解决。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能加工曲面工件的研磨抛光机床，本实用新型提供了解决上述问题的一种曲面研磨装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种曲面研磨装置，包括驱动机构、传动机构和研磨机构，驱动机构与传动机构配合后用于为研磨机构中的执行轴提供动力，所述研磨机构包括第一回转轴、第二回转轴、第三回转轴、第一进给轴和第二进给轴；所述第一回转轴与第二进给轴轴线垂直并活动连接，驱动第二进给轴使第一回转轴沿第二进给轴轴向做往复运动，第一回转轴一端连接有刀具；所述第一进给轴与第二进给轴轴线垂直，第一进给轴通过第二回转轴与第三回转轴连接，第二回转轴与第一进给轴轴线垂直且活动连接，驱动第一进给轴使第二回转轴沿第一进给轴轴向做往复运动；所述第三回转轴与第二回转轴轴线相交或异面相交，第三回转轴一端安装有工件夹持装置。

现有的磨床中，并没有针对于曲面工件而设计的专用磨床，对于曲面工件的研磨一般都是在普通磨床上完成，通过两个方向的配合进给实现对曲面工件的磨削。然而在实际操作中，这种方法虽然具有一定的效果，但却发现存在诸多弊端，如(1)加工出的曲面自由端总是尖锐的、(2)研磨出的曲面的曲率变化不均匀，即表面质量得不到保障、(3)在砂轮“进入”到工件曲面区域时，砂轮总是以锐边与曲面接触，此时若进给量稍有不慎，极易破坏工件，特别是在加工工件自由端附近的位置。

本实用新型所提供的研磨抛光装置通过驱动第二进给轴旋转实现刀具在第二进给轴轴向上的偏移，从而实现刀具相对于工件位置的改变，同时驱动第一回转轴使刀具高速旋转，从而实现研磨抛光，驱动第一进给轴使工件在第一进给轴的轴向方向上实现研磨抛光进给，此轴也是主要控制刀具与待加工工件件之间的压力的进给轴，同时驱动第二回转轴和驱动第三回转轴实现待加工工件上的待加工面与刀具充分接触；在加工过程中，各个执行轴可以是这样配合的：刀具在进入高速旋转状态、工件进入低速旋转状态后，驱动第一进给轴实现待加工工件的进给，使待加工工件与刀具接触，再驱动第三回转轴使待加工工件绕第三回转轴做旋转运动，同时驱动第一进给轴增加或减少进给量、驱动第二进给轴使刀具与待加工点接触，即可实现对整个待加工面进行研磨。

本实用新型适用于与数控装置结合作为数控磨床，本实用新型通过第二回转轴与第二进给轴的配合，可实现待加工工件始终与刀具点面接触或面面接触，在加工过程中，待加工工件不易被破坏；通过多轴联动配合，可省略换刀操作，同时实现不同曲率曲面的均匀过度，提高待加工工件表面质量。

优选的，所述工件夹持装置为真空吸具系统，还包括冷却液系统，冷却液系统用于冷却刀具；采用真空吸具系统，在装夹或取下工件时更加方便，提高加工效率，尤其体现在批量加工的应用场景，再者，对于内部中空的构件，传统的夹持结构容易对工件造成破坏，而使用真空吸具系统既实现了中空构件的装夹，又夹持稳定。

优选的，所述工件夹持装置连接在第一回转轴的一端，所述刀具连接在第三回转轴一端；对工件与刀具的位置进行了替换，从而使本装置适用于立式机床，不同的是，第一回转轴为低速旋转，而第三回转轴为高速旋转，主要进给对象为刀具。

优选的，所述刀具包括抛光轮和传动变向装置，所述抛光轮通过传动变向装置与第三回转轴连接，第三回转轴轴线垂直于抛光轮轴线，第三回转轴通过传动变向装置带动抛光轮旋转；传动变向装置的设置使得抛光轮或砂轮亦可进行内凹曲面的加工。

进一步的，所述传动变向装置包括壳体、输入轴、中间轴和输出轴，输入轴轴线分别与中间轴轴线、输出轴轴线垂直，所述传动变向装置通过输入轴与第三回转轴同轴连接，所述输入轴通过第一传动机构与中间轴连接，输入轴通过第一传动机构带动中间轴旋转，所述中间轴通过第二传动机构与输出轴连接，中间轴通过第二传动机构带动输出轴旋转，所述输出轴与抛光轮轴孔配合连接，所述输入轴、中间轴和输出轴位于壳体内并与壳体可旋转连接，壳体上开有与抛光轮适配的凹槽。

更进一步的，所述第一传动机构包括第一伞齿轮和第二伞齿轮，第一伞齿轮同轴连接于输入轴上，第二伞齿轮同轴连接于中间轴上，第一伞齿轮与第二伞齿轮直接啮合或通过中间传动间接啮合；此处的通过中间传动间接啮合是指两个伞齿轮之间还可啮合多个齿轮方便调速或提高调速精度，第一伞齿轮通过中间传动将动力传递到第二伞齿轮。

更进一步的，所述第二传动机构包括钢带传动轮和传动钢带，两个钢带传动轮分别与中间轴和输出轴同轴连接，两个钢带传动轮通过传动钢带连接。

再进一步的，所述中间轴上与钢带传动轮对应的一端、输出轴上与钢带传动轮对应的一端分别同轴连接有惰轮，两个惰轮通过传动钢带连接；惰轮与传动钢带在此处不传动动力，而是为了平衡输出轴、中间轴上的负载，同时作导向用。

再进一步的，所述输出轴包括芯轴和外轴，所述外轴主要由两个短轴组成，两个短轴分别位于抛光轮两侧，外轴轴心处开有与芯轴适配的通孔，所述抛光轮轴心处开有与芯轴适配的通孔，所述钢带传动轮与外轴同轴连接或钢带传动轮、惰轮分别与两个短轴同轴连接，所述芯轴为非圆形柱体，芯轴依次穿过外轴的短轴、抛光轮、外轴的短轴并与壳体可拆卸连接；芯轴形状的设置，使得外轴在钢带传动带的带动下同时带动芯轴旋转，而芯轴又带动抛光轮旋转，从而实现磨削，本方案中，芯轴与外壳可拆卸连接，当芯轴被取出时，抛光轮可根据实际加工的需要替换为多种尺寸，避免了整个刀具与第一回转轴的拆装。

优选的，还包括接触式压力传感器，接触式压力传感器用于实时检测刀具与待加工工件直接的接触压力；通过在数控装置中设置压力自适应算法，则可配合接触式压力传感器对执行轴进行精确控制，保证刀具与待加工工件之间的接触压力的稳定，保证曲面加工质量。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型通过研磨机构中执行轴的设计，实现了对高硬度、高脆性材料表面进行曲面研磨，通过手动或自动的驱动各个执行轴进行联动，使得各执行轴之间的转速相互配合，从而达到对高硬度、高脆性材料进行球面或非球形曲面的研磨。

2、本实用新型通过设计多个执行轴实现多轴联动，使得在加工非球形曲面时，通过可选择的提高机床构件精度及合理的进行执行轴间的配合实现非球形曲面中曲率的圆滑过渡，相较于传统的加工，提高了曲面的表面加工质量，不用换刀，提高加工效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的俯视结构原理示意图。

图2为本实用新型的正视结构原理示意图。

图3为本实用新型的一种刀具的结构示意图。

图4为本实用新型适用于卧式机床的一种实施方式结构示意图。

图5为本实用新型适用于立式机床的一种实施方式结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一回转轴，2-第二进给轴，3-第一进给轴，4-第二回转轴，5-第三回转轴，6-工件夹持装置，7-刀具，8-待加工工件，9-输入轴，10-第一传动机构，11-中间轴，12-钢带传动轮，13-传动钢带，14-外轴，15-芯轴，16-抛光轮，17-惰轮，18-壳体，19-连接盘，20-导轨防尘罩。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1、图2所示，一种曲面研磨装置，包括第一进给轴3、第二进给轴2、第一回转轴1、第二回转轴4、第三回转轴5、刀具7、工件夹持装置6和连接盘19；其中，第一回转轴1一端同轴连接有刀具7，刀具7为研磨轮，第一回转轴1与第二进给轴2滑动连接，通过驱动第二进给轴2使第一回转轴1沿第二进给轴2轴向做往复运动；第一进给轴3与第二进给轴2轴线垂直设置，第一进给轴3与第二回转轴4滑动连接，通过驱动第一进给轴3使第二回转轴4沿第一进给轴3轴向做往复运动；第三回转轴5与第二回转轴4轴线垂直且通过连接盘19连接，连接盘19呈圆盘状，连接盘19与第二回转轴4同轴心；第三回转轴5的一端连接有工件夹持装置6，工件夹持装置6用于夹持待加工工件8，第一进给轴3和第二进给轴2外均套设有导轨防尘罩20。

工作原理：本装置一般配合数控装置一起进行磨削作业，将待加工工件8装夹完成后，驱动第一回转轴1做高速旋转运动、驱动第二回转轴4和第三回转轴5做低速旋转运动，手动或系统自动驱动第一进给轴3与第二进给轴2进行对刀，对刀完成后，数控装置根据内部的数控程序实时调节各执行轴的进给量或转速或旋转角度，从而实现对待加工工件8上的待加工面进行充分研磨。

实施例2

在实施例1的基础上，将工件夹持装置6设置为真空吸具系统，在刀具7附近设置冷却液装置。

真空吸具系统方便待加工工件8的拆卸与装夹，冷却液装置实现刀具7及与刀具7的接触点的冷却。

实施例3

在实施例1的基础上，将工件夹持装置6连接在第一回转轴1的一端，将刀具7连接在第三回转轴5的一端。

本方案适用于立式机床，此时第一回转轴1在工作时应低速驱动，第三回转轴5在工作时应高速驱动。

实施例4

在实施例3的基础上，将刀具7设为超半球形砂轮。

设置为立式机床的基础上，将刀具7设为超半球形砂轮，适用于对待加工工件8内凹曲面的加工。

实施例5

在实施例1或实施例3的基础上，所述刀具7包括抛光轮16、传动变向装置，传动变向装置又包括输入轴9、中间轴11、输出轴和壳体18，其中，输出轴又包括芯轴15和外轴14；传动变向装置通过输入轴9与第三回转轴5或第一回转轴1同轴连接、通过输出轴与抛光轮16连接，输入轴9、中间轴11、输出轴均位于壳体18内并分别与壳体18可旋转连接，输入轴9通过第一传动机构10与中间轴11连接，第一传动机构10为两个伞齿轮啮合而成，其中一个伞齿轮与输入轴9同轴连接，另一个伞齿轮通过径向轴承与中间轴11同轴连接，中间轴11与输出轴通过第二传动机构连接，第二传动机构由两个钢带传动轮12和传动钢带13组成，其中一个钢带传动轮12与中间轴11轴孔配合并随伞齿轮转动，另一个钢带传动轮12与输出轴的外轴14轴孔配合连接，两个钢带传动轮12通过传动钢带13连接，输出轴的外轴14分为两个短轴，两个短轴分别位于抛光轮16两侧，两个短轴、抛光轮16同轴线的开有与芯轴15适配的通孔，芯轴15为非圆形柱体，芯轴15依次穿过短轴、抛光轮16、短轴并与外壳可拆卸连接，外壳上开有与抛光轮16适配的凹槽，在短轴上与钢带传动轮12对应的一端、中间轴11上与钢带传动轮12对应的一端分别设有两个惰轮17，两个惰轮17通过传动钢带13连接。

本方案中的刀具7实现了研磨轮也可加工内凹曲面的目的，芯轴15与外壳的可拆卸连接实现了研磨轮的更换，相比于整个刀具7的换装，节约了换刀时间，同时也减少了刀具7在第三回转轴5或第一回转轴1上的拆装，减少设备维护。

实施例6

在实施例1～6任一实施例的基础上，还设置有接触式压力传感器，接触式压力传感器用于实时检测刀具7与待加工工件8直接的接触压力。

通过接触式压力传感器与压力自适应算法的配合，保证加工精度，提高待加工工件8表面的加工质量。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲面研磨装置，包括驱动机构、传动机构和研磨机构，驱动机构与传动机构配合后用于为研磨机构中的执行轴提供动力，其特征在于，所述研磨机构包括第一回转轴（1）、第二回转轴（4）、第三回转轴（5）、第一进给轴（3）和第二进给轴（2）；

所述第一回转轴（1）与第二进给轴（2）轴线垂直并活动连接，驱动第二进给轴（2）使第一回转轴（1）沿第二进给轴（2）轴向做往复运动，第一回转轴（1）一端连接有刀具（7）；

所述第一进给轴（3）与第二进给轴（2）轴线垂直，第一进给轴（3）通过第二回转轴（4）与第三回转轴（5）连接，第二回转轴（4）与第一进给轴（3）轴线垂直且活动连接，驱动第一进给轴（3）使第二回转轴（4）沿第一进给轴（3）轴向做往复运动；

所述第三回转轴（5）与第二回转轴（4）轴线相交或异面相交，第三回转轴（5）一端安装有工件夹持装置（6）。

2.根据权利要求1所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述工件夹持装置（6）为真空吸具系统，还包括冷却液系统，冷却液系统用于冷却刀具（7）。

3.根据权利要求1所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述工件夹持装置（6）连接在第一回转轴（1）的一端，所述刀具（7）连接在第三回转轴（5）一端。

4.根据权利要求1或权利要求3所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述刀具（7）包括抛光轮（16）和传动变向装置，所述抛光轮（16）通过传动变向装置与第三回转轴（5）或第一回转轴（1）连接，第三回转轴（5）轴线垂直于抛光轮（16）轴线，第三回转轴（5）通过传动变向装置带动抛光轮（16）旋转。

5.根据权利要求4所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述传动变向装置包括壳体（18）、输入轴（9）、中间轴（11）和输出轴；

输入轴（9）轴线分别与中间轴（11）轴线、输出轴轴线垂直；

所述传动变向装置通过输入轴（9）与第三回转轴（5）同轴连接；

所述输入轴（9）通过第一传动机构（10）与中间轴（11）连接，输入轴（9）通过第一传动机构（10）带动中间轴（11）旋转；

所述中间轴（11）通过第二传动机构与输出轴连接，中间轴（11）通过第二传动机构带动输出轴旋转；

所述输出轴与抛光轮（16）轴孔配合连接；

所述输入轴（9）、中间轴（11）和输出轴位于壳体（18）内并与壳体（18）可旋转连接，壳体（18）上开有与抛光轮（16）适配的凹槽。

6.根据权利要求5所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述第一传动机构（10）包括第一伞齿轮和第二伞齿轮，第一伞齿轮同轴连接于输入轴（9）上，第二伞齿轮同轴连接于中间轴（11）上，第一伞齿轮与第二伞齿轮直接啮合或通过中间传动间接啮合。

7.根据权利要求5所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述第二传动机构包括钢带传动轮（12）和传动钢带（13），两个钢带传动轮（12）分别与中间轴（11）和输出轴同轴连接，两个钢带传动轮（12）通过传动钢带（13）连接。

8.根据权利要求7所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述中间轴（11）上与钢带传动轮（12）对应的一端、输出轴上与钢带传动轮（12）对应的一端分别同轴连接有惰轮（17），两个惰轮（17）通过传动钢带（13）连接。

9.根据权利要求8所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，所述输出轴包括芯轴（15）和外轴（14），所述外轴（14）主要由两个短轴组成，两个短轴分别位于抛光轮（16）两侧，外轴（14）轴心处开有与芯轴（15）适配的通孔；

所述抛光轮（16）轴心处开有与芯轴（15）适配的通孔；

所述钢带传动轮（12）与外轴（14）同轴连接或钢带传动轮（12）、惰轮（17）分别与两个短轴同轴连接；

所述芯轴（15）为非圆形柱体，芯轴（15）依次穿过外轴（14）的短轴、抛光轮（16）、外轴（14）的短轴并与壳体（18）可拆卸连接。

10.根据权利要求1所述的一种曲面研磨装置，其特征在于，还包括接触式压力传感器，接触式压力传感器用于实时检测刀具（7）与待加工工件（8）直接的接触压力。

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