[發明專利]一種面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床及其磨削方法

無效

• 申請號: 200910197652.8
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN101695819A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 李蓓智;楊建國;劉賞;吉啟維;吳世云;顧華軍
• 申請（專利權）人: 東華大學;寧波安杰森精密機械制造有限公司
• 主分類號: B24B5/02
• 分類號: B24B5/02;B24B53/12
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明涉及精密制造領域，特別是涉及一種面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床及其磨削方法。

背景技術

目前我國生產用的專用磨床，如軸承磨床的砂輪線速度都不超過60m/s，大多數通用磨床的砂輪線速度甚至不超過35m/s，采用多軸插補進給的磨削方法一直制約著工件特征表面的輪廓精度，而且在實際生產中不可避免產生磨削表面燒傷等加工質量缺陷問題，與國外的先進制造技術與裝備差距甚大。

有關基礎研究成果表明，高速加工可以實現高效率、高精度的完美統一，這是因為一方面，由于高速可以使切削激勵力遠離機床的低階固有頻率，使加工過程穩定可靠，而有利于加工質量提高；另一方面，由于磨削熱、力、化學和工件材料等的耦合效應，在高速或超高速條件下的相關工作區域，工件上的實際作用力、溫度及其分布可以大大優于常規磨削速度情況。因此，可以完全避免和改善磨削表面燒傷問題，減小機床受熱變形、受力變形等影響加工質量、機床精度和使用壽命等的缺陷。

本發明將對提高旋轉成形面的磨削質量和生產效率，提高我國高速精密數控磨床的自主開發能力具有重要意義和應用前景，尤其適用于軸承、工具等制造領域。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床及其磨削方法，避免和改善磨削表面燒傷等加工質量缺陷；解決超高速磨削工況下，超高速精密數控磨床的工作平穩性、質量可靠性和操作安全性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床，包括高速砂輪主軸部件、高精度工件主軸部件、工件主軸進給部件、高精度砂輪修整部件、高剛度床身部件、磨床罩殼部件和數控系統，所述的高速砂輪主軸部件包括砂輪主軸裝置、砂輪架裝置和動平衡裝置，所述的高速砂輪主軸部件采用交流伺服電機驅動的電主軸結構，所述的高速砂輪的線速度為120m/s-200m/s；所述的高速砂輪主軸部件固定安裝在床身上；所述的砂輪主軸裝置的主軸垂直于數控磨床操作平面安置；所述的工件主軸進給部件包括自上而下的工作臺、軸向進給裝置、工作臺回轉裝置和徑向進給裝置，其中，工作臺回轉裝置用于調整工件主軸部件相對砂輪主軸的方向，實現以砂輪工作面為母線的磨削運動；所述的高精度工件主軸部件由變頻調速交流電機驅動，其主軸頭架在里，尾架在外，并采用兩對串聯配置的成對安裝角接觸球軸承背對背的配置方式支撐主軸，所述的高精度工件主軸部件安裝在所述的工作臺上。

所述的面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床的高精度砂輪修整部件采用電主軸驅動的金剛滾輪修整器及修整高精度成形砂輪的進給裝置。

所述的面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床的磨床罩殼部件采用全封閉保護罩殼方式，并在磨床正門位置，加裝了雙層可移動鋼板門。

所述的面向旋轉成形面的超高速精密數控磨床的砂輪主軸交流伺服電機、工件主軸變頻調速交流電機、工作臺進給伺服電機均采用PLC控制。

提供一種面向旋轉成形面的超高速精密磨削方法，采用高速砂輪和以砂輪工作面形成母線的磨削運動，包括以下步驟：(1)根據工件的工藝要求選用正確的磨削方式；(2)按工件的工藝要求進行數控程序的編制；(3)調整工作臺回轉裝置；(4)修整砂輪；(5)將工件安裝在磨床的兩頂針中，并夾緊；(6)執行編制的數控程序，對工件進行加工；(7)拆卸已加工的工件；(8)若需要修整砂輪，返回步驟(4)，否則重復步驟(5)-(7)，直至一批工件磨削完畢。

所述的面向旋轉成形面的超高速精密磨削方法在步驟(1)中所用的磨削方式為切入磨方式或縱磨方式。

所述的面向旋轉成形面的超高速精密磨削方法在步驟(4)中按工件特征表面成形要求修整砂輪的工作表面。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：由于高速砂輪主軸垂直于操作者，不同于傳統的砂輪主軸平行于操作者的安置方式，從而確保超高速旋轉的砂輪及其相關零部件對操作者的安全可靠性。又因為將高速砂輪主軸部件安裝在床身上，不作任何方向的進給運動，以加強其在超高速磨削工況下的工作剛度。

高精度工件主軸部件被安裝在工件主軸進給部件的工作臺上，基于工作臺回轉裝置，調整工件主軸相對砂輪主軸的方向(夾角)和軸線位置，從而實現以砂輪工作面為母線的磨削運動，單一的主軸徑向進給運動，可以提高工件特征表面的輪廓精度，從而提高工件表面的質量。本發明在實現高速精密磨削同時，不僅可以防止工件表面燒傷等缺陷，提高工件表面質量，而且可以提高磨削效率、降低人工成本和保證工人安全生產等優點。