CN101367182A - 高精度大尺寸平面磨床 - Google Patents

Abstract

高精度大尺寸平面磨床，涉及一种适用于磨削工件平面的机床或装置。提供一种实现磨床总体运动平稳、刚性好、定位精度高、加工精度高、加工尺寸大、整体性能好的高精度大尺寸平面磨床。设有立柱底座、z轴伺服电机、z轴带轮驱动机构、z轴直线导轨、z轴导轨滑块、立柱线轨支架、立柱、y轴带轮驱动机构、y轴伺服电机、y轴滚珠丝杆副、y轴直线导轨、砂轮电机、联轴器、动静压主轴、磨头、砂轮、***钣金全防护罩、工作台、静压导轨、工作台床身、z轴滚珠丝杆副、x轴伺服电机、x轴带轮驱动机构和砂轮修整器。

Description

高精度大尺寸平面磨床

技术领域

本发明涉及一种适用于磨削工件平面的机床或装置，尤其是涉及一种高精度大尺寸平面磨床。

背景技术

高精度平面磨床是指用来实现高精度磨削的机床。高精度平面磨床主要应用于对黑色金属材料(如钢、铁)、陶瓷及玻璃等脆性材料的磨削加工。

高精度磨削代表了目前磨削加工的较高水平。目前，行业上所指的高精度磨削是指加工精度等级达到5μm以上的加工等级技术。高精度磨床为了实现高精度磨削加工，在机床的设备性能上对各轴定位精度、运动平稳性、机床总体刚度等性能提出了很高的要求。

大尺寸磨床则是指磨床工作台的加工区域尺寸较大。由于受到现有磨床结构特点的影响，磨床沿着磨头主轴的方向(对应于工作台宽度方向)刚性较差，加工精度较低，因此该方向的加工尺寸不宜太大。目前国内现有的高精度平面磨床的工作台宽度在200mm以内，故行业中俗称的大尺寸磨床为磨床工作台宽度在200mm以上的磨床。

公开号为CN1820896的发明专利申请提供一种大型立式磨床，由工作台、动力及传动装置、导轨基座、横向导轨和导板台、纵向导轨及导板、磨具及抛光轮组成。工作台是立式的，与动力及传动装置相连；导板基座与工作台相对而立，横向导轨装配在导轨基座上，横向导板台套装在横向导轨上，两个纵向导轨则固定在横向导板台上，磨具与抛光轮装置均安装在纵向导板上。通过操作台控制可使磨具及抛光轮沿横向与纵向任意移动。本发明消除了卧式磨床工作台水平放置所造成周边下垂，并降低了运动阻力，节约能耗。对被加工的工件研磨和抛光可在同一设备上进行，方便操作人员随时观察或检验研磨或抛光状态。

公开号为CN101066580的发明专利申请提供一种外圆磨削式平面磨床，包括安装在磨床体上的x向移动的工作台，所述工作台上设有两个位置对应的支架，在支架上安装纵向移动的夹持装置，该装置通过传动装置与动力装置联接，夹持装置上安装轴类工件，在轴类工件上方设有沿y向和z向运动的磨削装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的平面磨床所存在的刚度较差、加工尺寸较小等问题，提供一种实现磨床总体运动平稳、刚性好、定位精度高、加工精度高、加工尺寸大、整体性能好的高精度大尺寸平面磨床。

本发明设有立柱底座、z轴伺服电机、z轴带轮驱动机构、z轴直线导轨、z轴导轨滑块、立柱线轨支架、立柱、y轴带轮驱动机构、y轴伺服电机、y轴滚珠丝杆副、y轴直线导轨、砂轮电机、联轴器、动静压主轴、磨头、砂轮、***钣金全防护罩、工作台、静压导轨、工作台床身、z轴滚珠丝杆副、x轴伺服电机、x轴带轮驱动机构和砂轮修整器。z轴伺服电机安装在立西半球底座上，z轴带轮驱动机构分别与z轴伺服电机和z轴滚珠丝杆副连接，z轴伺服电机通过z轴带轮驱动机构将动力传递给z轴滚珠丝杆副，立柱底座通过z轴直线导轨和z轴导轨滑块与立柱连接，立柱线轨支架的两侧分别与立柱以及设于立柱底座上的z轴导轨滑块连接，y轴伺服电机设于立柱上，y轴带轮驱动机构分别与y轴伺服电机和y轴滚珠丝杆副连接，y轴伺服电机通过y轴带轮驱动机构将动力传递给y轴滚珠丝杆副，y轴直线导轨分别与立柱和磨头连接，砂轮电机设在磨头的尾部，砂轮电机通过联轴器与动静压主轴连接，砂轮设在磨头的前部，工作台设于工作台床身上，工作台与工作台床身之间通过静压导轨连接，x轴伺服电机通过x轴带轮驱动机构与工作台床身连接，砂轮修整器设于工作台上。

x、y、z轴驱动方式可采用伺服电机驱动带轮结构方式，带轮为同步带轮结构。

工作台床身和立柱底座可采用分体铸件方式分别铸造，再通过螺栓连接；工作台床身和立柱底座也可采用一体式铸件方式铸造成一个整体铸件。

连接立柱和立柱底座的直线导轨的滑块不少于2块，其中有一半以上(含一半)安装在靠近磨头的一侧，其余的安装在远离磨头的一侧。

砂轮电机安装在磨头尾部，并通过联轴器和磨头主轴连接，以此构成重心平衡结构。

工作台和工作台相对运动的导轨可采用静压导轨或直线导轨。磨头垂直运动导轨可采用直线导轨或静压导轨。

立柱与立柱底座的相对运动的导轨为直线导轨，并采用滚珠丝杆单轴驱动。

磨头主轴可采用液体动静压主轴。

磨头的砂轮可采用砂轮防护罩防护，磨床可设磨床整机防护罩，磨床整机防护罩可采用钣金全防护罩防护。

砂轮修整器最好采用杯状在线砂轮修整器。

由于本发明的工作台和工作台床身通过静压导轨连接，工作台床身上安装x轴伺服电机，x轴伺服电机通过x轴同步带轮机构将动力传递给滚珠丝杆副，从而带动工作台实现进给运动，工作台相对于床身的运动方向为x轴方向。磨头和立柱通过直线导轨副或静压导轨连接，磨头相对于立柱的垂直运动方向为y轴方向。在立柱顶部安装y轴伺服电机，y轴伺服电机通过y轴同步带轮机构将动力传递给滚珠丝杆副，从而带动磨头实现y轴方向的垂直进给。立柱和立柱底座通过直线导轨副连接，立柱底座上安装z轴伺服电机，z轴伺服电机通过z轴同步带轮机构将动力传递给z轴滚珠丝杆副，从而带动立柱实现进给运动，立柱相对于立柱底座的运动方向为z轴方向。z轴的两条直线导轨都采用3块滑块配置，其中两块安装在前端，即靠近磨头的一侧，一块安装在后端，即远离磨头的一侧。立柱线轨支架为L型线轨支架，两侧通过螺钉分别和立柱，及立柱底座上的滑块连接，从而实现了立柱和立柱底座的直线导轨连接。工作台床身和立柱底座采用T型分体铸件方式分别铸造，再通过螺栓连接，或是采用一体式铸件方式铸造成一个整体。磨头主轴采用动静压主轴，砂轮电机安装在磨头尾部，并通过联轴器和动静压主轴连接；砂轮安装在磨头的前部，并采用砂轮防护罩结构防护；在工作台上装设砂轮修整器(可采用本申请人的专利申请，申请号为200710009626.9)，实现砂轮的在线修形。磨床整体采用外观钣金全封闭防护罩防护。

因此与现有的静压导轨结构相比，本发明具有以下突出特点：

1.使得磨床整体运动更加平稳。由于本发明在工作台上采用了静压导轨结构，因此保证工作台的运动平稳性；且由于x、y、z轴采用同步带轮驱动机构来取代联轴器动力传递机构，于是降低了刚性振动，增强了运动平稳性能。

2.提高了承载的合理性。因立柱与磨头的组合结构的重心在立柱的前端，即靠近磨头的一侧，故本发明中z轴的两条直线导轨都采用3块滑块配置，其中两块安装靠近磨头的一侧，一块安装在远离磨头的一侧，这样便提高了直线导轨滑块承载的合理性。

3.实现了立柱、磨头部分的重心平衡。由于y轴进给的滚珠丝杆副安装在立柱上，伺服电机驱动时，通过同步带轮把动力传递给滚珠丝杆副，磨头通过丝杆座和丝杆连接。由于磨头的重心位置在立柱外，因此工作时会产生颠覆力矩，并造成磨头主轴发生跳动。于是，我们在砂轮磨头的尾部安装砂轮电机，并通过联轴器将砂轮电机和动静压主轴刚性连接起来，这样，砂轮、磨头与砂轮电机组成的结构的重心就会靠近于立柱位置，可以降低磨头工作时由于重心在立柱外而带来的颠覆力矩的影响，从而实现重心平衡。

4.实现了砂轮的在线修型。由于本发明在工作台上装备了砂轮修整器，实现了砂轮的在线修形，因此，可以保证砂轮具有精确的几何形状精度，既提高了加工效率，又使得磨床在性能上符合了高精度磨床的需要。

5.可以实现大尺寸工件的精密加工。由于该发明实现了磨床的运动平稳性，并具有承载合理、刚性好等特点，加上装备了可在线修形砂轮的修整器，因此，具备了实现大尺寸工件的精密加工的条件。

由此可见，利用本发明实现的高精度大尺寸平面磨床具有运动平稳、刚性好、加工尺寸大等优点，因此具有很大的研究价值和可行性。

附图说明

图1为本发明实施例的基本结构示意图。

图2为本发明实施例的俯视图。

图3为本发明实施例的右视图。

图4为图3装备砂轮修整器后的示意图。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～3，本发明实施例的基本结构设有立柱底座1、z轴伺服电机2、z轴带轮驱动机构3、z轴直线导轨4、z轴导轨滑块5、立柱线轨支架6、立柱7、y轴带轮驱动机构8、y轴伺服电机9、y轴滚珠丝杆副10、y轴直线导轨11、砂轮电机12、联轴器13、动静压主轴14、磨头15、砂轮防护罩16、砂轮17、***钣金全防护罩18、工作台19、静压导轨20、工作台床身21、z轴滚珠丝杆副22、x轴伺服电机23、x轴带轮驱动机构24和砂轮修整器25。z轴伺服电机2安装在立西半球底座1上，z轴带轮驱动机构3分别与z轴伺服电机2和z轴滚珠丝杆副22连接，z轴伺服电机2通过z轴带轮驱动机构3将动力传递给z轴滚珠丝杆副22，立柱底座1通过z轴直线导轨4和z轴导轨滑块5与立柱7连接，立柱线轨支架6的两侧分别与立柱7以及设于立柱底座1上的z轴导轨滑块5连接，y轴伺服电机9设于立柱7上，y轴带轮驱动机构8分别与y轴伺服电机9和y轴滚珠丝杆副10连接，y轴伺服电机9通过y轴带轮驱动机构8将动力传递给y轴滚珠丝杆副10，y轴直线导轨11分别与立柱7和磨头15连接，砂轮电机12设在磨头15的尾部，砂轮电机12通过联轴器13与动静压主轴14连接，砂轮17设在磨头15的前部，工作台19设于工作台床身21上，工作台19与工作台床身21之间通过静压导轨20连接，x轴伺服电机23通过x轴带轮驱动机构24与工作台床身21连接，砂轮修整器25设于工作台19上。砂轮防护罩16设于砂轮17外。

工作台19和工作台床身21通过静压导轨20连接，这是因为磨削加工中，工作台相对于工作台床身的进给方向，即x方向为重要的进给运动方向，采用静压导轨可以保证其进给精度及运动平稳性。该实施例中，工作台面积(长×宽)为1000mm×600mm；可磨削工件的最大尺寸(长×宽×高)为800mm×600mm×500mm；采用的静压导轨为拼块式薄膜节流液体静压导轨。

工作台床身21上安装x轴伺服电机23；x轴伺服电机23通过x轴带轮驱动机构24带动工作台19实现进给运动，工作台19相对于床身21的运动方向为x轴方向。其中，x轴伺服电机的功率/转矩为2kw/10N.m；x轴最大进给速度20000mm/min；带轮传动方式采用同步带轮传动。采用同步带轮驱动机构来取代联轴器动力传递机构，可降低了刚性振动，增强了运动平稳性能。

磨头15和立柱7通过直线导轨副11连接，(也可根据实际需要采用静压导轨结构)磨头15相对于立柱7的垂直运动方向为y轴方向；在立柱7顶部安装y轴伺服电机9；y轴伺服电机9通过y轴带轮机构8将动力传递给滚珠丝杆副10，从而带动磨头15实现y轴方向的垂直进给。其中，x轴伺服电机的功率/转矩为4kw/19N.m；y轴最大垂向移动速度5000mm/min；带轮传动方式采用同步带轮传动；滚珠丝杆直径50mm，螺距8mm，精度等级为C3，即0.008/300mm。

立柱7与立柱底座1通过z轴直线导轨副4和z轴导轨滑块5连接，立柱底座1上安装z轴伺服电机2，z轴伺服电机2通过z轴带轮机构3将动力传递给z轴滚珠丝杆副22，从而带动立柱7实现进给运动，立柱7相对于立柱底座1的运动方向为z轴方向。其中，z轴伺服电机的功率/转矩为2kw/10N.m；z轴最大进给速度5000mm/min；带轮传动方式采用同步带轮传动；滚珠丝杆直径50mm，螺距8mm，精度等级为C3，即0.008/300mm。

z轴的两条直线导轨4都采用3块滑块5配置，其中两块安装在前端，即靠近磨头15的一侧，一块安装在后端，即远离磨头15的一侧。这是因为立柱7与磨头15的组合结构的重心在立柱7的前端，即靠近磨头15的一侧，故本实施例的布置方案可以提高了直线导轨滑块承载的合理性。

立柱线轨支架6为L型线轨支架，两侧通过螺钉分别和立柱7，及立柱底座1上的滑块5连接，从而实现了立柱7和立柱底座1的直线导轨连接。

工作台床身21和立柱底座1采用T型分体铸件方式分别铸造，再通过螺栓连接。本实施例中，采用的螺栓的直径为M24。也可根据实际需要采用一体式铸件方式铸造成一个整体。

磨头15的主轴采用动静压主轴14。这是因为动静压油膜能均化主轴和轴承的误差，具有高精度、高刚度、高抗振的特点。

砂轮电机12安装在磨头15尾部，并通过联轴器13和动静压主轴14连接。这样，砂轮17、磨头15与砂轮电机12组成的结构的重心就会靠近于立柱7位置，可以降低磨头工作时由于重心在立柱外而带来的颠覆力矩的影响，从而实现重心平衡。

砂轮17安装在磨头15的前部，并采用砂轮防护罩16防护，起到保护砂轮17，并减少切屑飞溅的作用。本实施例中，砂轮直径为300mm。

参见图4，在工作台19上可装备砂轮修整器25(见申请号为200710009626.9的发明专利申请)，实现砂轮17的在线修形，可以保证砂轮17具有精确的几何形状精度，既提高了加工效率，又使得磨床在性能上符合了高精度磨床的需要。图4中的其它代号所代表的部件与图1～3相同。

磨床整体采用外观钣金全封闭防护罩18防护，为磨削加工创造良好的加工环境。

1.高精度大尺寸平面磨床，其特征在于设有工作台、工作台床身、立柱、立柱底座、x/y/z轴伺服电机、x/y/z轴带轮驱动机构、砂轮电机、联轴器、动静压主轴、静压导轨、直线导轨、导轨滑块、立柱线轨支架、滚珠丝杆副、磨头、砂轮防护罩、砂轮、***钣金全防护罩和修整器等。工作台和工作台床身通过移动导轨连接；工作台床身上安装x轴伺服电机；x轴伺服电机通过x轴带轮机构将动力传递给滚珠丝杆副，从而带动工作台实现进给运动；磨头和立柱通过移动导轨副连接；在立柱顶部安装y轴伺服电机；y轴伺服电机通过y轴带轮机构将动力传递给滚珠丝杆副，从而带动磨头实现y轴方向的垂直进给；立柱和立柱底座通过移动导轨副连接；立柱底座上安装z轴伺服电机；z轴伺服电机通过z轴带轮机构将动力传递给z轴滚珠丝杆副，从而带动立柱实现进给运动；z轴的两条直线导轨都采用三个滑块配置，其中两块安装在前端，即靠近磨头的一侧，一块安装在后端，即远离磨头的一侧；立柱线轨支架为L型线轨支架，两侧通过螺钉分别和立柱，及立柱底座上的滑块连接，从而实现了立柱和立柱底座的直线导轨连接；砂轮电机安装在磨头尾部，并和磨头主轴连接；砂轮安装在磨头的前部；在工作台上安装砂轮修整器；磨床整机采用防护罩防护。

Claims (10)

1.高精度大尺寸平面磨床，其特征在于设有立柱底座、z轴伺服电机、z轴带轮驱动机构、z轴直线导轨、z轴导轨滑块、立柱线轨支架、立柱、y轴带轮驱动机构、y轴伺服电机、y轴滚珠丝杆副、y轴直线导轨、砂轮电机、联轴器、动静压主轴、磨头、砂轮、***钣金全防护罩、工作台、静压导轨、工作台床身、z轴滚珠丝杆副、x轴伺服电机、x轴带轮驱动机构和砂轮修整器。z轴伺服电机安装在立西半球底座上，z轴带轮驱动机构分别与z轴伺服电机和z轴滚珠丝杆副连接，z轴伺服电机通过z轴带轮驱动机构将动力传递给z轴滚珠丝杆副，立柱底座通过z轴直线导轨和z轴导轨滑块与立柱连接，立柱线轨支架的两侧分别与立柱以及设于立柱底座上的z轴导轨滑块连接，y轴伺服电机设于立柱上，y轴带轮驱动机构分别与y轴伺服电机和y轴滚珠丝杆副连接，y轴伺服电机通过y轴带轮驱动机构将动力传递给y轴滚珠丝杆副，y轴直线导轨分别与立柱和磨头连接，砂轮电机设在磨头的尾部，砂轮电机通过联轴器与动静压主轴连接，砂轮设在磨头的前部，工作台设于工作台床身上，工作台与工作台床身之间通过静压导轨连接，x轴伺服电机通过x轴带轮驱动机构与工作台床身连接，砂轮修整器设于工作台上。

2.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于x、y、z轴驱动方式为伺服电机驱动带轮结构方式，带轮为同步带轮结构。

3.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于工作台床身和立柱底座采用分体铸件方式分别铸造，再通过螺栓连接；或工作台床身和立柱底座采用一体式铸件方式铸造成一个整体铸件。

4.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于连接立柱和立柱底座的直线导轨的滑块不少于2块，其中至少有一半安装在靠近磨头的一侧，其余的安装在远离磨头的一侧。

5.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于砂轮电机安装在磨头尾部，并通过联轴器和磨头主轴连接。

6.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于工作台和工作台相对运动的导轨采用静压导轨或直线导轨，磨头垂直运动导轨采用直线导轨或静压导轨。

7.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于立柱与立柱底座的相对运动的导轨为直线导轨，并采用滚珠丝杆单轴驱动。

8.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于磨头主轴采用液体动静压主轴。

9.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于磨头的砂轮采用砂轮防护罩防护，磨床设磨床整机防护罩，磨床整机防护罩采用钣金全防护罩防护。

10.如权利要求1所述的高精度大尺寸平面磨床，其特征在于砂轮修整器采用杯状在线砂轮修整器。

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