CN100513080C - 杯状砂轮修整器 - Google Patents

Abstract

杯状砂轮修整器，涉及一种对非球面加工砂轮。提供一种不仅高度和倾角可调，而且具有摆动功能的杯状砂轮修整器。设有底座、摆臂支座、摆臂转轴、摆臂、修整砂轮、砂轮接盘、主轴、主轴带轮箱、伺服电机、传动机构、螺杆、螺栓、支撑圆棒、三角支座、滑槽和数控***。摆臂支座设于底座上，摆臂支座接摆臂转轴。砂轮设于砂轮接盘上，砂轮接盘安装在主轴上，主轴接主轴带轮箱，第1伺服电机经第1传动机构接主轴，第2伺服电机经第2传动机构接摆臂转轴。主轴带轮箱底面接三角支座并固定在三角支座上，螺栓设于三角支座下方，三角支座接摆臂，螺杆设在摆臂上，三角支座与螺杆下端联接，三角支座与摆臂开有滑槽，数控***与伺服电机连接。

Description

杯状砂轮修整器

技术领域

本发明涉及一种对非球面加工砂轮，尤其是涉及一种高度和倾角可调，且具有摆动功能的专用杯状砂轮修整器。

背景技术

目前，光学材料的磨削加工通常采用金刚石砂轮。用于磨削非球面的金刚石砂轮根据其外周截面形状的不同，可分为：平面砂轮、斜面(圆台)砂轮、圆弧砂轮和球形砂轮四种。磨削加工不仅要求磨削精度，而且同时要求磨削效率，砂轮作为磨削的关键部件，除了其本身的结构外，其加工表面的修形方法也是影响砂轮磨削性能的重要因素。修形的目的是消除砂轮的形状误差和表面缺陷，使砂轮具有准确的几何形状精度，以免在磨削中产生振动，引起不平坦不均等的切削。因此对任意一台磨床，砂轮修形的质量的高低直接影响着零件的加工精度，它是超精密磨削加工中的一项关键技术。如今，超硬超微粒金刚石砂轮的精密修形技术已得到了各国的工艺专家的高度重视，并已发展出多种实用方法。

为了达到高精度非球面镜片的加工精度要求，选择金刚石砂轮的修形方式将直接影响到工件的加工精度及表面质量。表1列举了几种常用的金刚石砂轮的修形方式。对比表1中各种修形方式所能达到的形状精度、表面粗糙度及修形效率等指标，可以得到对于具有高精度要求的金刚石砂轮。

表1 金刚石砂轮的修形方式比较

 

修形类型	工件形状精度	工件粗糙度值	磨粒状态	修形效率
					单晶金刚石	高	大	破碎多	高高
旋转金刚轮	中	中	破碎中	高
					综合成形	中	小	好	低
电火花修形	中	中	破碎中	中
					ECD电化学	高	大	好	高
放电修形	中	小	好	中
					杯状砂轮	高	小	好	低
激光修形	高	中	好	中

激光修形作为一种非接触修形法，避开力的作用和硬接触，基于热的熔化和气化机理，无疑是很有发展前途的修形技术，但需进一步深入开展多方位研究，同时采用激光修形超硬磨料砂轮时，也存在着许多问题。如果激光修锐参数不当，结合剂及磨料将同时被去除，砂轮表面因出现深沟而遭到破坏，而且受激光光斑直径的影响以及金刚石磨料的碳化现象，激光修形方法不适应细粒度金刚石砂轮的修锐。以目前的技术成熟程度来看，采用杯状砂轮修整器进行修形、修锐是比较理想的工作方式，其综合性能最佳(参见文献：Y.Keunieda，H.Matsuura，S.Kodama，N.Yoshihara，J.Yan，T.Kuriyagawa.Development of New Laser ConditioningMethod for Micro Aspherical Grinding，Proceeding of Conference on Jspe.2006，499)。

杯状砂轮修形法的修形机理如下：在修形过程中，从杯状砂轮上脱落下来的磨粒对金刚石磨粒和结合剂的冲击以及研磨作用产生修形效果。脱落下来的磨粒越大，修形效率越高，而金刚石表面越粗糙。由于依靠从杯状砂轮上脱落磨料与金刚石砂轮的研磨作用，因此对密实型金刚石砂轮修形时，即可整形，也可同时修锐，但修形工具耗损严重。由于整形时的阻力很小，因此可获得较高的整形精度。采用杯状砂轮修整器修形超硬磨料成形砂轮，其修形效率和修形精度都比传统的成形砂轮修形方法要高(参见文献：1、W.Ling，H.Omori，T.Yamada，et al.Studies on manufacture of long dimension X radial mirror[C].Proceedings of Jspe，2000，(10)：296；2、庄司克雄，周立波，唐建设.超硬磨料砂轮的整形和修锐，制造技术与机床[J]，1993(5)：14—18)。但杯状砂轮的修形机理主要依赖于磨料对结合剂的研蚀去除作用，这样就造成砂轮修整器的损耗较大，需用较复杂的专用修形装置，这些因素限制了它在精密及超精密磨削中的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的砂轮修整中有关精度和修形质量存在的上述问题，提供一种不仅高度和倾角可调，而且具有摆动功能的杯状砂轮修整器。

本发明设有底座、摆臂支座、摆臂转轴、摆臂、修整砂轮、砂轮接盘、主轴、主轴带轮箱、第1伺服电机、第1传动机构、第2伺服电机、第2传动机构、螺杆、螺栓、支撑圆棒、三角支座、滑槽和数控***。

摆臂支座安装于底座上，摆臂支座通过轴承与摆臂转轴联接，摆臂与摆臂转轴之间过盈配合。修整砂轮设于砂轮接盘上，砂轮接盘安装在主轴上，主轴与主轴带轮箱通过轴承联接，第1伺服电机经第1传动机构接主轴并带动修整砂轮转动，第2伺服电机经第2传动机构接摆臂转轴并带动摆臂摆动。

主轴带轮箱的底面通过支撑圆棒与三角支座联接，主轴带轮箱固定在三角支座上，螺栓设于三角支座下方，可调节主轴带轮箱与水平面的倾斜角度，以控制修整砂轮的修整角度，三角支座侧面标有角度刻度。三角支座通过燕尾形导轨与摆臂联接，螺杆安装在摆臂上，三角支座与螺杆下端联接，旋转螺杆可带动三角支座上下运动，从而调节三角支座的水平高度。三角支座与摆臂上均开有滑槽，调整好三角支座的水平高度后，利用螺栓穿过滑槽将三角支座与摆臂固定起来。

数控***与第1伺服电机连接，并通过第1传动机构驱动主轴转动，从而带动修整砂轮转动。数控***与第2伺服电机连接，并通过第2传动机构驱动摆臂转轴摆动，从而带动摆臂摆动。

修整砂轮最好为无倾角杯状砂轮，或内圆锥形杯状砂轮，或外圆锥形杯状砂轮。

摆臂的摆角调节范围为-15～15°。三角支座倾角调节范围为0～15°。三角支座高度调节范围为0～90mm。

杯状砂轮修整器的传动方式为圆弧齿形同步带传动，杯状砂轮修整器对圆弧金刚石砂轮进行修形的运动关系为砂轮旋转+修整器摆动+修整器往复送进运动。杯状砂轮修整器在对圆弧金刚石砂轮进行砂轮修整时，应调节三角支座的高度使被修整的圆弧砂轮圆弧部分半径的中心线与摆臂转轴的摆动中心线在同一直线上。

修整砂轮可通过环氧树脂粘在砂轮接盘上。三角支座侧面可开有螺钉孔，用于固定主轴带轮箱。摆臂侧面最好标有升降刻度。

使用时，底座安装于磨床工作台上。

本发明由于能实现修整砂轮相对于金刚石砂轮的前后、左右和上下移动，不仅倾角和高度可调，而且具有摆动的功能，可有效地提高修整精度和修整效率，因此本发明能精确修整用于磨削非球面的平面、斜面(圆台)、圆弧和球形四种金刚石砂轮。另外，本发明的结构简单，体小质轻，功能强大，可通过数控编程进行控制。

附图说明

图1为本发明实施例的结构主视剖面图。

图2为本发明实施例的结构俯视剖面图。

图3为本发明实施例的外观结构示意图。

图4为图3经调节高度和倾角后的结构示意图。

图5为本发明实施例的无倾角杯状砂轮的结构示意图。

图6为本发明实施例的内圈锥形杯状砂轮的结构示意图。

图7为本发明实施例的外圈锥形杯状砂轮的结构示意图。

图8为本发明实施例所用的杯状砂轮的修整运动原理图。

图9为本发明实施例的立体结构示意图。

以下给出图1～9中的各主要配件的代号：

1.第1伺服电机，2.修整砂轮，3.砂轮接盘，4.主轴，5.主轴带轮箱，6.轴承，7.第1传动机构，8.支撑圆棒，9.三角支座，10.螺栓，11.摆臂转轴，12.轴承，13.第2传动机构，14.轴承，15.螺杆，16.摆臂，17.滑槽，18.螺栓，19.摆臂支座，20.底座，21.螺栓，22.第2伺服电机，23.升降刻度，24.角度刻度25.金刚石砂轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～4和图9，本发明设有底座20、摆臂支座19、摆臂转轴11、摆臂16、修整砂轮2、砂轮接盘3、主轴4、主轴带轮箱5、第1伺服电机1、第1传动机构7、第2伺服电机22、第2传动机构13、螺杆15、螺栓(10、18与21)、支撑圆棒8、三角支座9、滑槽17和数控***。

摆臂支座19安装于底座20上，摆臂支座19通过轴承12、14与摆臂转轴11联接，摆臂16与摆臂转轴11之间过盈配合。修整砂轮2设于砂轮接盘3上，砂轮接盘3安装在主轴4上，主轴4与主轴带轮箱5通过轴承6联接，第1伺服电机1经第1传动机构7接主轴4并带动修整砂轮2转动，第2伺服电机22经第2传动机构13接摆臂转轴11并带动摆臂16摆动。

主轴带轮箱5的底面通过支撑圆棒8与三角支座9联接，主轴带轮箱5固定在三角支座9上，螺栓10设于三角支座9下方，通过螺栓10可调节主轴带轮箱5与水平面的倾斜角度，以控制修整砂轮2的修整角度，三角支座9侧面标有角度刻度24。三角支座9通过燕尾形导轨与摆臂16联接，螺杆15安装在摆臂16上，三角支座9与螺杆15下端联接，旋转螺杆15可带动三角支座9上下运动，从而调节三角支座9的水平高度。三角支座9与摆臂16上均开有滑槽17，调整好三角支座9的水平高度后，利用螺栓18穿过滑槽17将三角支座9与摆臂16固定起来。

数控***与第1伺服电机1连接，并通过第1传动机构7驱动主轴4转动，从而带动修整砂2轮转动。数控***同时与第2伺服电机22连接，并通过第2传动机构13驱动摆臂转轴11摆动，从而带动摆臂16摆动。

修整砂轮2可采用无倾角杯状砂轮(参见图5)，或内圆锥形杯状砂轮(参见图6)，或外圆锥形杯状砂轮(参见图7)。

摆臂的摆角调节范围为-15～15°。三角支座倾角调节范围为0～15°。三角支座高度调节范围为0～90mm。

图8给出本发明实施例的杯状砂轮针对圆弧金刚石砂轮的修整运动原理图。本发明的传动方式采用圆弧齿形同步带传动，对圆弧金刚石砂轮25进行修形的运动关系砂轮旋转+修整器摆动+修整器往复纵向送进运动。修形过程中，被修整圆弧金刚石砂轮25绕砂轮轴旋转，杯状砂轮2同时进行往复纵向送进运动、摆动运动和自身的旋转运动，摆动运动以摆动中心O为圆心。当采用本发明对圆弧金刚石砂轮25进行砂轮修整时，应调节三角支座的高度使被修整的圆弧砂轮圆弧部分半径的中心线与摆臂转轴的摆动中心线O在同一直线上。

修整砂轮可通过环氧树脂粘在砂轮接盘上。三角支座侧面可开有螺钉孔，用于固定主轴带轮箱。摆臂侧面最好标有升降刻度。

使用时，底座安装于磨床工作台上。

在本发明杯状砂轮修整器中，底座安装于磨床工作台上，由于磨床工作台可在磨床床身作x向左右运动，金刚石砂轮可在磨床床身作z向前后运动和y向上下运动。因此，修整器底座本身已能实现相对于砂轮做x，z，y轴，即前后左右和上下运动，因修整器又具有摆动功能，故本发明杯状砂轮修整器可实现相对于金刚石砂轮表面做三移动轴和一转动轴即绕x轴转动的功能。

砂轮修整器的工作步骤：首先调节主轴带轮箱与水平面的倾斜角度，一般倾角为10°。当使用内圆锥形杯状砂轮或外圆锥形杯状砂轮进行修整时，倾角为0°。调整好后用螺栓将三角支座与主轴带轮箱固定在一起。接下来调整三角支座的水平高度，在对圆弧金刚石砂轮进行砂轮修整时，应调节三角支座的高度使被修整的圆弧砂轮圆弧部分半径的中心线与摆臂转轴的摆动中心线在同一直线上。调整好三角支座的水平高度后，利用螺栓穿过滑槽将三角支座与摆臂固定起来。

Claims (7)

1.杯状砂轮修整器，其特征在于设有底座、摆臂支座、摆臂转轴、摆臂、修整砂轮、砂轮接盘、主轴、主轴带轮箱、第1伺服电机、第1传动机构、第2伺服电机、第2传动机构、螺杆、螺栓、支撑圆棒、三角支座、滑槽和数控***；摆臂支座安装于底座上，摆臂支座通过轴承与摆臂转轴联接，摆臂与摆臂转轴之间过盈配合；修整砂轮设于砂轮接盘上，砂轮接盘安装在主轴上，主轴与主轴带轮箱通过轴承联接，第1伺服电机经第1传动机构接主轴并带动修整砂轮转动，第2伺服电机经第2传动机构接摆臂转轴并带动摆臂摆动；主轴带轮箱的底面通过支撑圆棒与三角支座联接，主轴带轮箱固定在三角支座上，螺栓设于三角支座下方，可调节主轴带轮箱与水平面的倾斜角度，以控制修整砂轮的修整角度，三角支座侧面标有角度刻度；三角支座通过燕尾形导轨与摆臂联接，螺杆安装在摆臂上，三角支座与螺杆下端联接，旋转螺杆可带动三角支座上下运动，从而调节三角支座的水平高度；三角支座与摆臂上均开有滑槽；数控***与第1伺服电机连接，并通过第1传动机构驱动主轴转动，带动修整砂轮转动；数控***与第2伺服电机连接，并通过第2传动机构驱动摆臂转轴摆动，带动摆臂摆动。

2.如权利要求1所述的杯状砂轮修整器，其特征在于修整砂轮为无倾角杯状砂轮，或内圆锥形杯状砂轮，或外圆锥形杯状砂轮。

3.如权利要求1所述的杯状砂轮修整器，其特征在于摆臂的摆角调节范围为-15～15°。

4.如权利要求1所述的杯状砂轮修整器，其特征在于三角支座高度调节范围为0～90mm。

5.如权利要求1所述的杯状砂轮修整器，其特征在于修整砂轮通过环氧树脂粘在砂轮接盘上。

6.如权利要求1所述的杯状砂轮修整器，其特征在于三角支座侧面开有螺钉孔。

7.如权利要求1所述的杯状砂轮修整器，其特征在于摆臂侧面标有升降刻度。

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