CN201728556U - 四轴数控高精度球体无心磨削设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于加工精密球体零件的四轴数控高精度球体无心磨削设备，具有机座以及四个设置在机座上的由计算机控制***驱动的轴系导轨支承磨头装置，四个轴系导轨支承磨头装置包括一个垂直轴系导轨支承磨头装置和三个对称设置的倾斜轴系导轨支承磨头装置，四个磨头装置轴线上的力组成一个静力平衡***，其任意三个轴线的矢量合力等于第四个轴线的力。该球体无心磨削设备的四个磨头主轴的轴线采用空间对称分布并按四轴六状态的时序运动，在四个磨头旋转的条件下，被磨削球体绕某一瞬时轴线回转，形成一个完备的球面运动轨迹，具有结构合理、操作简单、精度高、可以加工任何材料、任意尺寸的球体零件等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于机械零件加工设备技术领域，涉及一种用于加工精密球体零件的四轴数控高精度球体无心磨削设备。
背景技术
精密球体零件是机械工程领域广泛应用的精密机械基础件，以往在轴承行业传统的精密球体加工方法都是利用研磨盘研磨的方式大批量生产钢球。近年来，随着科学技术的飞速发展，对精密球体零件的材料、品种、精度、数量等均有了各种不同的要求，现代球体精密加工的正形成多品种、小批量、多规格的趋势，传统的钢球研磨盘研磨的方法已经不能满足市场需求和科学技术发展的需求，在此背景下，研发一种可以进行精密单件、小批量加工的精密磨削设备已成为当前精密球体加工的迫切需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种结构合理、操作简单、精度高、可以加工任何材料、任意尺寸的球体零件的四轴数控高精度球体无心磨削设备。
用于实现上述发明目的的技术解决方案是这样的：所提供的四轴数控高精度球体无心磨削设备具有机座以及四个设置在机座上的由计算机控制***驱动的轴系导轨支承磨头装置，四个轴系导轨支承磨头装置包括一个沿垂直轴设置的垂直轴系导轨支承磨头装置和三个呈对称倾斜设置的倾斜轴系导轨支承磨头装置，四个磨头装置轴线上的力组成一个静力平衡***，其任意三个轴线的矢量合力等于第四个轴线的力。
本实用新型具体结构中，所说的垂直轴系导轨支承磨头装置具有一副通过滚动精密导轨装在机座垂直支架上的垂直主轴支架，在垂直主轴支架上装有由垂直步进电机和丝杠组件组成的支架垂直移动机构以及垂直主轴电机，垂直主轴电机输出轴端通过弹性加载机构与金刚石磨头连接；所说的三个倾斜轴系导轨支承磨头装置均具有一副通过移动导轨装在机座上的倾斜移动支架，在倾斜移动支架外侧端装有倾斜主轴电机，倾斜主轴电机的输出轴端通过弹性加载机构与金刚石磨头连接。另外在机座上还设有对中***和磨头自动修复器。
本实用新型所述的四轴数控高精度球体无心磨削设备由于四个磨头主轴的轴线采用空间对称分布，从力学的角度来讲，四个轴线上的力组成了一个静力平衡***，任意三个轴线的矢量合力等于第四个轴线的力；从运动学来讲，根据运动学数学分析，四个轴的旋转运动需按四轴六状态的时序运动，四个磨头的磨头圆包络出一个整球面，在四个磨头旋转的条件下，被磨削球体绕某一瞬时轴线回转的同时(设磨头无滑动的摩擦驱动被磨削球体)，还要使球体的回转轴线的位置不断的改变(形成必要条件)，形成一个完备的球面运动轨迹。本实用新型另一个特点是主体结构采用箱式模块结构，将垂直轴的支承设计为滚动导轨结构，伺服电机驱动丝杠升降，有利于装卡工件后四个轴系对中精度的重复性。除此之外，本实用新型用于驱动倾斜轴系导轨支承磨头装置的斜轴伺服电机采用了稀土永磁式直流力矩电机分装结构，并根据四轴数控精密球体磨床的原理，设计了较长的主轴，目的是使磨头以主轴定位，保证磨头与主轴的同轴度，使磨头可以沿主轴自由滑动，在弹性加载机构的作用下施加磨削压力，大大提高了四个轴系的对中性能。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点是：
1、本实用新型既可以单件加工，也可批量加工，生产准备简单，相对传统球体精密加工方法成本低廉，是磨削单件、小批量球体的理想设备，适应现代球体精密加工小批量、多品种的发展趋势。
2、该球体无心磨削设备的精度高(加工的球体圆度、粗糙度达到nm级)，可以加工任何材料的球体零件，特别是难加工的材料，例如宝石球、陶瓷球、玻璃球、有色金属材料球等，可以磨削精密阀球(由于阀球有过孔，是不能用研磨盘研磨加工的)，可以加工任意尺寸的球体，而大批量生产的钢球是按国际尺寸系列生产的。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。
图2本实用新型四个主轴的轴线空间对称分布结构示意图。
图中各标号名称分别为：1-丝杠组件，2-力传感器支架，3-伺服电机控制器，4-力传感器，5-力变送器，6-垂直支架，7-滚动精密导轨，8-金刚石磨头，9-垂直主轴电机，10-增量式光电编码器，11-垂直主轴支架，12-速度控制器，13-弹性加载机构，14-倾斜主轴电机，15-设备台面，16-机座，17-对中***，18-移动导轨，19-倾斜移动支架，20-计算机控制***，21-在线位移传感器，22-锁紧定位块，23-锁紧手轮，24-磨头自动修复器，25-垂直步进电机，26-倾斜步进电机。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。
参见附图，本实用新型所述的四轴数控高精度球体无心磨削设备由机座16、四个设置在机座16上的轴系导轨支承磨头装置以及用于驱动轴系导轨支承磨头装置工作的计算机控制***20等组成。四个轴系导轨支承磨头装置包括一个沿垂直轴设置的垂直轴系导轨支承磨头装置和三个呈对称倾斜设置的倾斜轴系导轨支承磨头装置(图1中只画出右侧倾斜轴系导轨支承磨头装置的整体以及左侧倾斜轴系导轨支承磨头装置的磨头部分，正侧倾斜轴系导轨支承磨头装置未予画出)，四个磨头装置轴线上的力组成一个静力平衡***(参见图2)，其任意三个轴线的矢量合力等于第四个轴线的力。四个轴系导轨支承磨头装置中，垂直轴系导轨支承磨头装置用于完成垂直轴系的自动对中、自动升降、压力自动控制和自动时序工作模式，它具有一副通过滚动精密导轨7装在机座垂直支架6上的垂直主轴支架11，在垂直主轴支架11上装有由垂直步进电机25和丝杠组件1组成的支架垂直移动机构以及垂直主轴电机19，垂直主轴电机19输出轴端通过弹性加载机构13与金刚石磨头8连接；三个倾斜轴系导轨支承磨头装置均具有一副通过移动导轨18装在机座16上的倾斜移动支架19，在倾斜移动支架19外侧端装有倾斜主轴电机14，倾斜主轴电机14的输出轴端通过弹性加载机构13与金刚石磨头8连接，用于使三个倾斜磨头8高速旋转，磨削球体零件，完成倾斜轴系的自动对中、自动跟踪、压力自动控制和自动时序工作模式。在机座16上设有对中***17和磨头自动修复器24，看根据计算机计算结果自动修复磨头或者更换磨头。
在***控制方面，该磨削设备以工业控制计算机作为核心控制器，可以实现精确的时序控制和友好的人机界面，其中PCL-818HD多功能数据采集板卡具有16路A/D的数据采集功能和16路的数字量输出功能。计算机控制四路A/D采集端口采集四个压力传感器的数据并实时显示在人机界面上，四路的数字量输出可以控制四路的电机控制板，实现四个电机的时序控制，可以按照指定的顺序实现电机的正转、反转或停转，并可设定换相的时间间隔，人机界面还可以显示当前各个电机的运行状态。在电机上设置有光电编码器，用来测速并给出速度信号，一方面作为实时速度显示，另一方面作为速度控制回路的速度反馈信号，通过电机控制板控制四个轴的速度，实现四轴六状态的工作模式。
Claims (3)
1.一种四轴数控高精度球体无心磨削设备，其特征在于具有机座(16)以及四个设置在机座(16)上的由计算机控制***(20)驱动的轴系导轨支承磨头装置，四个轴系导轨支承磨头装置包括一个沿垂直轴设置的垂直轴系导轨支承磨头装置和三个呈对称倾斜设置的倾斜轴系导轨支承磨头装置，四个磨头装置轴线上的力组成一个静力平衡***，其任意三个轴线的矢量合力等于第四个轴线的力。
2.根据权利要求1所述的四轴数控高精度球体无心磨削设备，其特征在于垂直轴系导轨支承磨头装置具有一副通过滚动精密导轨(7)装在机座垂直支架(6)上的垂直主轴支架(11)，在垂直主轴支架(11)上装有由垂直步进电机(25)和丝杠组件(1)组成的支架垂直移动机构以及垂直主轴电机(19)，垂直主轴电机(19)输出轴端通过弹性加载机构(13)与金刚石磨头(8)连接；三个倾斜轴系导轨支承磨头装置均具有一副通过移动导轨(18)装在机座(16)上的倾斜移动支架(19)，在倾斜移动支架(19)外侧端装有倾斜主轴电机(14)，倾斜主轴电机(14)的输出轴端通过弹性加载机构(13)与金刚石磨头(8)连接。
3.根据权利要求1所述的四轴数控高精度球体无心磨削设备，其特征是在机座(16)上设有对中***(17)和磨头自动修复器(24)。
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