CN215036240U - 用于异形工件的摆动磨削装置 - Google Patents

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张满朝
蔡留美
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Abstract

本实用新型公开了一种用于异形工件的摆动磨削装置，本装置的升降驱动机构驱动摆动臂绕A点回转摆动，工件固定轴设于摆动臂前端，回转驱动机构驱动工件固定轴回转，升降驱动机构驱动摆动臂摆动的同时，回转驱动机构驱动工件固定轴使异形工件连续旋转，磨削砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。本装置通过计算异形工件相对于基准位置的旋转角度和摆动臂的升程高度的关系，获得特定关系式并按照特定关系，升降驱动机构驱动摆动臂摆动的同时，回转驱动机构驱动工件固定轴使异形工件连续旋转，砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。本磨削装置通过摆臂的升降驱动以及工件的回转驱动，按照特定关系使砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。

Description

用于异形工件的摆动磨削装置
技术领域
本实用新型涉及机加工技术领域，尤其涉及一种用于异形工件的摆动磨削装置。
背景技术
对异形工件的磨削加工，主要是以凸轮和多边形工件为代表，传统机加工工艺大多采用靠模的方法，通过马达带动砂轮旋转，然后将母模型和待加工的工件固定在同一旋转轴线上，实现对工件的加工，加工效率低，且精度较差。
随动磨削技术源于非圆形状零件的加工,用于异形工件加工时,通过异形工件的旋转和砂轮架的线性往复直线运动的协同实现磨削点的周向进给，实现异形工件的加工成型；工件轮廓的磨削成型需要曲轴相对于主轴的偏心旋转，需要砂轮架的线性往复直线运动；实现该工艺的设备相对来说结构复杂、价格昂贵。使用摆动式加工异形工件的设备仍然得到广泛应用。
中国专利文献CN103072046A公开了一种异形工件的摆动磨削方法及摆动式磨削盘，其按照预先计算特定异形工件相对于基准位置的旋转角度和磨削装置的摆动角度的关系，磨削出特定的形状。通过摇摆式凸轮轴数控磨削插补算法及控制策略研究，根据摇摆式凸轮轴磨削运动几何原理,建立了以凸轮回转角度和摆角为参变量的算法模型，其角度关系计算繁琐。以上为代表的非圆形状磨削方法，是工件自转的同时外加摆动，砂轮位置固定不动形成零件外轮廓。
随着技术的进步，非圆零件的随动磨削技术不断发展。中国专利文献CN102059592A公开了一种多边形基于恒磨除率变速非圆磨削方法，其给出的方法是一种机械加工技术领域的多边形基于恒磨除率变速非圆磨削方法。文献“基于数控外圆磨床的非圆磨削工艺研究”(工具技术2012年第46卷)给出了基于随动磨削技术加工正六棱柱的方法，其针对的是单一对象。以上为代表的非圆形状磨削方法，是工件自转位置固定不动，配合砂轮横移运动形成工件外轮廓。
虽然随动磨削技术在加工非圆形状的工件应用越来越多，但由于体积和成本的限制，使用摆动式加工异形工件的加工设备仍然得到广泛应用。并且多数文献提出的异形工件控制方法均以单一对象为研究对象，且以摆动角和工件回转角为参数进行运动关系的控制，计算关系繁复，相对关系不易直观理解。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于异形工件的摆动磨削装置，本磨削装置克服传统异形工件加工的缺陷，通过摆臂的升降驱动以及工件的回转驱动，按照特定关系使砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。
为解决上述技术问题，本实用新型用于异形工件的摆动磨削装置包括以A点回转摆动的摆动臂、磨削砂轮、升降驱动机构、回转驱动机构和工件固定轴，所述升降驱动机构驱动所述摆动臂绕固定点A回转摆动，所述工件固定轴用于安装异形工件并设于所述摆动臂前端，所述回转驱动机构驱动所述工件固定轴回转，所述工件固定轴与异形工件的回转中心同心，所述升降驱动机构驱动摆动臂摆动的同时，所述回转驱动机构驱动所述工件固定轴使异形工件连续旋转，所述磨削砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。
进一步，所述升降驱动机构采用滚珠丝杠结构驱动所述摆动臂绕固定点A回转摆动。
进一步，所述回转驱动机构采用齿轮传动结构驱动所述工件固定轴回转。
进一步，所述异形工件通过夹持安装于所述工件固定轴。
由于本实用新型用于异形工件的摆动磨削装置采用了上述技术方案，即本装置的升降驱动机构驱动摆动臂绕A点回转摆动，工件固定轴用于安装异形工件并设于摆动臂前端，回转驱动机构驱动工件固定轴回转，工件固定轴与异形工件的回转中心同心，升降驱动机构驱动摆动臂摆动的同时，回转驱动机构驱动工件固定轴使异形工件连续旋转，磨削砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。本装置通过计算异形工件相对于基准位置的旋转角度和摆动臂的升程高度的关系，获得切削加工异形工件的形状特定关系式，按照特定关系，升降驱动机构驱动摆动臂摆动的同时，回转驱动机构驱动工件固定轴使异形工件连续旋转，砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。本磨削装置克服传统异形工件加工的缺陷，通过摆臂的升降驱动以及工件的回转驱动，按照特定关系使砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：
图1为本实用新型用于异形工件的摆动磨削装置结构示意图；
图2为本装置中异形工件固定坐标系UBV示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本实用新型用于异形工件的摆动磨削装置包括以A点回转摆动的摆动臂1、磨削砂轮2、升降驱动机构3、回转驱动机构4和工件固定轴5，所述升降驱动机构3驱动所述摆动臂1绕固定点A回转摆动，所述工件固定轴5用于安装异形工件6并设于所述摆动臂1前端，所述回转驱动机构4驱动所述工件固定轴5回转，所述工件固定轴5与异形工件6的回转中心同心，所述升降驱动机构3驱动摆动臂1摆动的同时，所述回转驱动机构4驱动所述工件固定轴5使异形工件6连续旋转，所述磨削砂轮2回转磨削加工出异形工件6的轮廓形状。
优选的，所述升降驱动机构3采用滚珠丝杠结构驱动所述摆动臂1绕固定点A回转摆动。
优选的，所述回转驱动机构4采用齿轮传动结构驱动所述工件固定轴5回转。
优选的，所述异形工件6通过夹持安装于所述工件固定轴5。
如图1和图2所示，基于上述磨削装置的用于异形工件的摆动磨削方法包括如下步骤：
步骤一、计算异形工件相对于基准位置的自身旋转角度α与异形工件回转中心B的升程高度H的特定关系；
步骤二、假设异形工件不动，磨削砂轮绕异形工件旋转进行切削，以异形工件回转中心B为原点建立异形工件固定坐标系UBV，则在异形工件固定坐标系UBV中，磨削砂轮的磨削轨迹点P为：
Figure BDA0002884035880000031
其中，δ为磨削轨迹点P在固定坐标系UBV中的角度；
根据磨削关系，当磨削砂轮磨削异形工件时，磨削砂轮外圆与磨削轨迹点P相切，磨削砂轮中心Ow位于P点的法线上，则磨削砂轮中心Ow的轨迹点为：
Figure BDA0002884035880000041
其中，d表示偏置距离，即磨削砂轮的半径,u'p(δ)、v'p(δ)为磨削轨迹点P坐标值的变化量；
根据三角函数关系，求解得到从异形工件回转中心B到磨削砂轮中心Ow的长度BOw：
Figure BDA0002884035880000042
利用余弦定理求得∠OwBP；
∠OwBP＝cos-1((BP2+BOw 2-POw 2)/(2×BP×BOw))；
步骤三、分别过固定点A和磨削砂轮中心Ow建立总坐标系XOY，在总坐标系XOY中，根据每一个异形工件磨削轨迹点P，求解对应异形工件回转中心B点的坐标值xb和yb；
步骤四、根据异形工件回转中心B点坐标xb和yb，计算出升降驱动机构驱动摆动臂的升程H；设定初始磨削起始基准点P，确定初始角度∠OwBP，根据计算得到的B点坐标xb和yb，求解∠OwBA：
∠OwBA＝cos-1((AB2+BOw 2-AOw 2)/(2×AB×BOw))
则B点与基准点P的连线PB与摆动臂AB的夹角∠ABP＝∠OwBA+∠OwBP，即起始磨削基准点P对应异形工件回转角度位置；
步骤五、根据步骤四，设定下一个磨削点P,同样进行计算处理，得到B点与磨削点P的连线PB与摆动臂AB的夹角∠ABP，异形工件回转的角度增量α为相邻不同磨削点对应角度∠ABP的差值，以此类推，计算获得对应磨削点变化的异形工件回转角度α的增量；
步骤六、按异形工件回转角度α的增量和摆动臂的升程高度H，确定异形工件轮廓形状，由磨削砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。
本装置各部件设置于机座，将非圆形截面的异形工件使用夹头安装在摆动臂上的工件固定轴上，异形工件的回转中心与工件固定轴同心，摆动臂摆动的同时工件固定轴带动该异形工件连续旋转，磨削砂轮加工出异形工件的轮廓形状。本装置中针对异形工件的机加工不限于磨削砂轮及相应的磨削加工工艺，亦可使用铣刀等其他机加工刀具及相应切削加工工艺。
通过预先计算非圆形截面异形工件相对于基准位置的旋转角度和摆动臂的升程高度的关系，获得切削加工特定异形工件的非圆形截面形状特定关系式；按照非圆形截面轮廓形状特定关系式，一边使摆动臂以摆动轴心为中心摆动，一边使异形工件连续旋转，切削加工出由异形工件旋转角度和摆动臂的升程高度确定的非圆形截面的异形工件轮廓形状。
本装置中工件固定轴与磨削砂轮的相对运动有异形工件绕工件固定轴旋转的回转运动，还有非圆形截面的异形工件相对于磨削砂轮的径向运动；两个运动耦合，非圆形截面的异形工件回转一周，按照特定关系，升降驱动机构驱动摆动臂以固定点为中心摆动的同时，回转驱动机构驱动使非圆形截面异形工件以回转中心连续旋转，轮廓加工成形。
本装置能适应不同非圆形截面的异形工件加工，其中特定关系清晰直观、计算简便，可以较好的保证非圆形截面的异形工件加工精度和表面质量。

Claims (4)

1.一种用于异形工件的摆动磨削装置，其特征在于：本装置包括以A点回转摆动的摆动臂、磨削砂轮、升降驱动机构、回转驱动机构和工件固定轴，所述升降驱动机构驱动所述摆动臂绕固定点A回转摆动，所述工件固定轴用于安装异形工件并设于所述摆动臂前端，所述回转驱动机构驱动所述工件固定轴回转，所述工件固定轴与异形工件的回转中心同心，所述升降驱动机构驱动摆动臂摆动的同时，所述回转驱动机构驱动所述工件固定轴使异形工件连续旋转，所述磨削砂轮回转磨削加工出异形工件的轮廓形状。
2.根据权利要求1所述的用于异形工件的摆动磨削装置，其特征在于：所述升降驱动机构采用滚珠丝杠结构驱动所述摆动臂绕固定点A回转摆动。
3.根据权利要求1或2所述的用于异形工件的摆动磨削装置，其特征在于：所述回转驱动机构采用齿轮传动结构驱动所述工件固定轴回转。
4.根据权利要求1或2所述的用于异形工件的摆动磨削装置，其特征在于：所述异形工件通过夹持安装于所述工件固定轴。
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