专利名称：数控立式高精度珩磨机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种珩磨机，具体地说，是一种数控立式高精度珩磨机。属于机械工程技术领域。
背景技术：
汽车和摩托车是目前我国制造业中量最大、面最广、经济效益最好的制造产品，仅2002年我国汽车的汽车产量就超过300万量，其中轿车产量也超过100万量，汽车社会保有量超过2000万量，2003年，轿车产量超过200万量，汽车产量就超过550万量。汽车和摩托车的部件汽缸和喷油嘴属于大批量、高精度、高难度的加工产品。为了满足其高尺寸精度、高形状精度的要求，最后一道工序必须要进行高精度珩磨，但目前国内开发的珩磨机多为卧式、手动进给方式，加工精度难已满足这些高性能产品的要求。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN2601778Y，
公开日为2004年2月4日，该发明名称为高精度半自动卧式珩磨机。该专利自述为“一种涉及高精度半自动卧式珩磨机包括主轴机构，由珩磨进给机构、珩磨加压机构及测量与零位停机机构所组成的传动控制机构以及控制电路，其特点是所述的主轴机构中的推进杆其前、后端分别通过铜衬套结构置主轴内，推进杆与推进杆头采用叉子插入开口叉槽内的连接方式，具有高同心度和高稳定性的特点；冲程机构由双导向杆机构，曲柄连杆机构和锁紧机构所组成，具有冲程量及冲程度调整方便的特点，上锁开锁机构由脚踏机构，传动锁定机构和释放机构所组成，具有操作简便的特点以及结构简单使用生产方便的夹具机构和简单效果好、不溅油的冷却机构。”其不足之处是由于该珩磨机主轴轴线呈水平位置，因主轴自身重力引起的挠度影响了加工精度，不能满足高精度工件内孔加工提出的以下要求圆度公差0.4μm，圆柱度公差1μm，直线度公差1μm/90mm，表面粗糙度低于Ra0.04μm。
在进一步的文献检索中，尚未发现与本发明主题“数控立式高精度珩磨机”相同或者类似的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数控立式高精度珩磨机，使其结构简单，布局合理，工作稳定性和可靠性好，加工精度高，具有可视化操作界面，成本低，可以实现内孔径φ10mm到φ50mm零件的数控精密粗珩磨和精珩磨。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括立式珩磨头的主轴传动机构、珩磨条径向微进给机构、珩磨头高速平稳往复运动机构、数字控制系统，其连接方式为立式珩磨头主轴传动机构和珩磨条径向微进给机构都空间垂直设置在珩磨机床身上，珩磨头的主轴传动机构设在珩磨条径向微进给机构的左边，珩磨头高速平稳往复运动机构通过轴承和立式珩磨头的主轴传动机构、珩磨条径向微进给机构连接在一起，数字控制系统设在立式珩磨头的主轴传动机构和珩磨头高速平稳往复运动机构的左边。
所述的立式珩磨头的主轴传动机构包括主动电机、一对齿形带轮、齿形带、第一空心轴、珩磨主轴、第一滚珠花键外筒、第一滚珠花键轴、第一联轴器、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承、第一锁紧螺母、第二锁紧螺母、第三锁紧螺母和珩磨头的进给箱，其连接方式为在主动电机的轴端设有第一齿形带轮，第二齿形带轮设在第一空心轴上，第一空心轴通过第一轴承、第二轴承和第一锁紧螺母固定在珩磨机床身支架上，第一花键滚珠外筒通过螺钉固定在第一空心轴上，第一滚珠花键轴和第一滚珠花键外筒相配合，在第一滚珠花键轴的一端设有第一联轴器，在第一联轴器的另一端设有珩磨主轴，珩磨主轴通过第三轴承、第四轴承和第二锁紧螺母、第三锁紧螺母固定在珩磨头的进给箱上。
所述的珩磨条径向微进给机构包括步进电机、减速器、第二空心轴、第二滚珠花键外筒、第二滚珠花键轴、第二联轴器、精密滚珠丝杠、精密滚珠螺母、进给块、进给轴套、第四锁紧螺母、第五锁紧螺母、第六锁紧螺母、轴销、弹簧、压杆、顶杆、锁紧轴套、调整块、第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承、第九轴承，其连接方式为步进电机的轴端和减速器相连，减速器的输出轴和第二空心轴通过联轴器连接，第二空心轴通过第五轴承、第六轴承和第四锁紧螺母固定在珩磨机床身支架上，第二花键滚珠外筒通过螺钉固定在第二空心轴上，第二滚珠花键轴和第二滚珠花键外筒相配合，在第二滚珠花键轴的下端设有第二联轴器，在第二联轴器的另一端设有精密滚珠丝杠，精密滚珠丝杠通过第七轴承、第八轴承和第五锁紧螺母固定在珩磨头的进给箱上。精密滚珠丝杠与精密滚珠螺母相配合，进给块的右半部通过螺钉与精密滚珠螺母相连，左半部通过进给轴套、铜衬套、第九轴承和第六锁紧螺母设在珩磨主轴上，弹簧套在珩磨主轴外面并设在进给轴套和第三锁紧螺母之间，顶杆设在压杆下方，压杆通过轴销和进给轴套相连接，顶杆与珩磨杆的内孔相配合，锁紧轴套和调整块设在第四轴承的下方并与珩磨主轴相连。
所述的步进电机的步距角是0.36°，最小径向进给量达0.087μm。
所述的精密滚珠丝杠的导程是6mm。
所述的顶杆是20°锥角楔形。
珩磨条径向微进给机构通过进给块把上下进给运动传递给珩磨头主轴传动机构，珩磨头高速平稳往复运动机构由珩磨头高速平稳往复运动机构的油缸的活塞带动珩磨头的进给箱上下往复运动。
立式珩磨头的主轴传动机构工作时，主动电机的旋转运动通过轴端的第一齿形带轮和齿形带把旋转运动传递给第二齿形带轮，驱动第一空心轴转动，第一空心轴带动第一花键滚珠外筒，第一花键滚珠筒就把外转动传递给第一花键滚珠轴，第一滚珠花键轴既可随滚珠花键外筒转动又可相对滚珠花键外筒滑动，另外第一滚珠花键轴通过第一联轴器把旋转运动传递给珩磨主轴，从而实现珩磨头的旋转主运动。珩磨头的主轴传动机构能实现珩磨条磨损自动监测和补偿。
珩磨条径向微进给机构工作时，步进电机通过减速器带动第二空心轴转动，第二空心轴带动第二滚珠花键外筒。通过第二滚珠花键外筒就把转动传递给内部与其相配合第二滚珠花键轴，第二滚珠花键轴既可随第二滚珠花键外筒转动又可相对第二滚珠花键外筒滑动；第二联轴器就把转动传到下方的和第七轴承、第八轴承相配合的精密滚珠丝杠上，同时通过精密滚珠螺母带动下方的进给块、进给轴套在珩磨主轴上滑动，用弹簧消除滑动过程中的产生的间隙，通过进给轴套和轴销带动压杆可实现顶杆的进给运动，顶杆与珩磨杆的内孔相配合，通过顶杆与珩磨杆的内孔上的锥角楔形面可实现珩磨条的径向进给，珩磨杆的中心可通过调整块调整，并随锁紧轴套和调整块一起作旋转运动。加工过程中如果珩磨条磨损较大，必然引起主电机功率增大，通过主电机功率的在线实时检测，可通过珩磨条径向微进给机构可实现珩磨条的径向补偿进给的目的。因选用的精密滚珠丝杠的导程是6mm，步进电机的步距角是0.36°，步进电机的最小轴向补偿值达0.24μm，再经过20°锥角楔形顶杆的传递作用，步进电机的最小径向进给量达0.087μm，从而实现珩磨条径向微进给。
本发明的有益效果是具有友好的人机操作界面，液晶显示器触摸屏方便操作者的实时操作和监测，具有操作简单，工作稳定性和可靠性好，立式珩磨头的主轴传动机构由于主轴轴线呈垂直位置，避免了已有的卧式珩磨机因主轴自身重力引起的挠度，提高了加工精度，能满足高精度工件内孔加工要求，基于主电机功率的在线实时检测，可以实现珩磨条磨损的自动监测和补偿，基于步进电机驱动的高精密滚珠丝杠微进给机构可以完成珩磨条径向微进给，基于液压伺服系统的压力闭环控制系统可以实现珩磨头高速平稳往复运动，因而加工精度达到以下要求圆度公差0.4μm，圆柱度公差1μm，直线度公差1μm/90mm，表面粗糙度低于Ra0.04μm。
图1为本发明结构示意中，立式珩磨头的主轴传动机构1，珩磨条径向微进给机构2，珩磨头高速平稳往复运动机构3，数字控制系统4，主动电机5，齿形带轮6，齿形带轮7，齿形带8，空心轴9，花键滚珠外筒10，花键滚珠轴11，联轴器12，轴承13，轴承14，锁紧螺母15，轴承16，珩磨主轴17，轴承18，锁紧螺母19，锁紧螺母20，步进电机21，减速器22，空心轴23，联轴器24，花键滚珠外筒25，花键滚珠轴26，轴承27，轴承28，锁紧螺母29，联轴器30，精密滚珠丝杠31，轴承32，轴承33，锁紧螺母34，精密滚珠螺母35，进给块36，进给轴套37，铜衬套38，轴承39，锁紧螺母40，弹簧41，顶杆42，压杆43，轴销44，珩磨杆45，锁紧轴套46，调整块47，珩磨头的进给箱48。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括立式珩磨头的主轴传动机构1、珩磨条径向微进给机构2、珩磨头高速平稳往复运动机构3、数字控制系统4，其连接方式为立式珩磨头主轴传动机构1和珩磨条径向微进给机构2都空间垂直布置在珩磨机床身上，立式珩磨头的主轴传动机构1设在珩磨条径向微进给机构2的左边，珩磨头高速平稳往复运动机构3通过轴承和珩磨头的主轴传动机构1、珩磨条径向微进给机构2连接在一起，数字控制系统4设在立式珩磨头的主轴传动机构1和珩磨头高速平稳往复运动机构3的左边。
所述的立式珩磨头的主轴传动机构1包括主动电机5、齿形带轮6、齿形带轮7、齿形带8、空心轴9、花键滚珠外筒10、花键滚珠轴11、联轴器12、轴承13、轴承14、锁紧螺母15、轴承16、珩磨主轴17、轴承18、锁紧螺母19、锁紧螺母20和珩磨头的进给箱48，其连接方式为在主动电机5的轴端设有齿形带轮6，齿形带8和齿形带轮6以及齿形带轮7配合，齿形带轮7设在空心轴9上，空心轴9通过轴承13、轴承14和锁紧螺母15固定在珩磨机床身支架上，空心轴9和花键滚珠外筒10通过螺钉相连接。花键滚珠外筒10和花键滚珠轴11配合，在花键滚珠轴11的一端设有联轴器12，在联轴器12的一端设有珩磨主轴17，珩磨主轴17通过轴承16、轴承18、锁紧螺母19和锁紧螺母20固定在珩磨头的进给箱48上。
所述的珩磨条径向微进给机构2包括步进电机21、减速器22、空心轴23、联轴器24、花键滚珠外筒25、花键滚珠轴26、轴承27、轴承28、锁紧螺母29、联轴器30、精密滚珠丝杠31、轴承32、轴承33、锁紧螺母34、精密滚珠螺母35、进给块36、进给轴套37、铜衬套38、轴承39、锁紧螺母40、弹簧41、顶杆42、压杆43、轴销44、珩磨杆45、锁紧轴套46、调整块47。其连接方式为步进电机21的轴端和减速器22相连，减速器22的输出轴和空心轴23通过联轴器24连接，空心轴23通过轴承27、轴承28和锁紧螺母29固定在珩磨机床身支架上，空心轴23和花键滚珠外筒25通过螺钉相连接，花键滚珠外筒25和花键滚珠轴26配合，花键滚珠轴26的一端设有联轴器30，联轴器30的一端设有精密滚珠丝杠31，精密滚珠丝杠31通过轴承32、轴承33和锁紧螺母34固定在珩磨头的进给箱48上，精密滚珠丝杠31与精密滚珠螺母35相配合，进给块36的右半部通过螺钉与精密滚珠螺母35相连，左半部通过进给轴套37、铜衬套38、轴承39、锁紧螺母40设在珩磨主轴17上，弹簧41套在珩磨主轴17外面并设在进给轴套37和锁紧螺母20之间，消除滑动过程中产生的间隙，顶杆42设在压杆43下方，压杆43通过轴销44和进给轴套41相连接，顶杆42与珩磨杆45的内孔相配合，锁紧轴套46和调整块47设在轴承18的下方并与珩磨主轴17相连。
所述的精密滚珠丝杠31的导程是6mm。
所述的步进电机21的步距角是0.36°，最小径向进给量达0.087μm。
所述的顶杆42是20°锥角楔形。
权利要求
1.一种数控立式高精度珩磨机，包括立式珩磨头的主轴传动机构(1)、珩磨条径向微进给机构(2)、珩磨头高速平稳往复运动机构(3)、数字控制系统(4)，其特征在于，立式珩磨头主轴传动机构(1)和珩磨条径向微进给机构(2)都空间垂直设置在珩磨机床身上，立式珩磨头主轴传动机构(1)设在珩磨条径向微进给机构(2)的左边，珩磨头高速平稳往复运动机构(3)通过轴承和珩磨头主轴传动机构(1)、珩磨条径向微进给机构(2)连接在一起，数字控制系统(4)设在立式珩磨头主轴传动机构(1)和珩磨头高速平稳往复运动机构(3)的左边。
2.根据权利要求1所述的数控立式高精度珩磨机，其特征是，所述的立式珩磨头主轴传动机构(1)包括主动电机(5)、齿形带轮(6)、齿形带轮(7)、齿形带(8)、空心轴(9)、花键滚珠外筒(10)、花键滚珠轴(11)、联轴器(12)、轴承(13)、轴承(14)、锁紧螺母(15)、轴承(16)、轴承(18)、锁紧螺母(19)、锁紧螺母(20)和珩磨头的进给箱(48)，其连接方式为在主动电机(5)的轴端设有齿形带轮(6)，齿形带(8)和齿形带轮(6)以及齿形带轮(7)配合，齿形带轮(7)设在空心轴(9)上，空心轴(9)通过轴承(13)、轴承(14)和锁紧螺母(15)固定在珩磨机床身支架上，空心轴(9)和花键滚珠外筒(10)通过螺钉相连接，花键滚珠外筒(10)和花键滚珠轴(11)配合，在花键滚珠轴(11)的一端设有联轴器(12)，在联轴器(12)的一端设有珩磨主轴(17)，珩磨主轴(17)通过轴承(16)、轴承(18)、锁紧螺母(19)和锁紧螺母(20)固定在珩磨头的进给箱(48)上。
3.根据权利要求1所述的数控立式高精度珩磨机，其特征是，所述的珩磨条径向微进给机构(2)包括步进电机(21)、减速器(22)、空心轴(23)、联轴器(24)、花键滚珠外筒(25)、花键滚珠轴(26)、轴承(27)、轴承(28)、锁紧螺母(29)、联轴器(30)、精密滚珠丝杠(31)、轴承(32)、轴承(33)、锁紧螺母(34)、精密滚珠螺母(35)、进给块(36)、进给轴套(37)、铜衬套(38)、轴承(39)、锁紧螺母(40)、弹簧(41)、顶杆(42)、压杆(43)、轴销(44)、珩磨杆(45)、锁紧轴套(46)、调整块(47)，其连接方式为步进电机(21)的轴端和减速器(22)相连，减速器(22)的输出轴和空心轴(23)通过联轴器(24)连接，空心轴(23)通过轴承(27)、轴承(28)和锁紧螺母(29)固定在珩磨机床身支架上，空心轴(23)和花键滚珠外筒(25)通过螺钉相连接，花键滚珠外筒(25)和花键滚珠轴(26)配合，花键滚珠轴(26)的一端设有联轴器(30)，联轴器(30)的一端设有精密滚珠丝杠(31)，精密滚珠丝杠(31)通过轴承(32)、轴承(33)和锁紧螺母(34)固定在珩磨头的进给箱(48)上，精密滚珠丝杠(31)与精密滚珠螺母(35)相配合，进给块(36)的右半部通过螺钉与精密滚珠螺母(35)相连，左半部通过进给轴套(37)、铜衬套(38)、轴承(39)、锁紧螺母(40)设在珩磨主轴(17)上，弹簧(41)套在珩磨主轴(17)外面并设在进给轴套(37)和锁紧螺母(20)之间，顶杆(42)设在压杆(43)下方，压杆(43)通过轴销(44)和进给轴套(41)相连接，顶杆(42)与珩磨杆(45)的内孔相配合，锁紧轴套(46)和调整块(47)设在轴承(18)的下方并与珩磨主轴(17)相连。
4.根据权利要求3所述的数控立式高精度珩磨机，其特征是，所述的精密滚珠丝杠(31)的导程是6mm。
5.根据权利要求3所述的数控立式高精度珩磨机，其特征是，所述的步进电机(21)的步距角是0.36°，最小径向进给量达0.087μm。
6.根据权利要求3所述的数控立式高精度珩磨机，其特征是，所述的顶杆(42)是20°锥角楔形。
全文摘要
一种属于机械技术领域的数控立式高精度珩磨机，本发明包括立式珩磨头的主轴传动机构、珩磨条径向微进给机构、珩磨头高速平稳往复运动机构、数字控制系统，其连接方式为立式珩磨头主轴传动机构和珩磨条径向微进给机构都空间垂直设置在珩磨机床身上，立式珩磨头的主轴传动机构和珩磨条径向微进给机构通过进给套连接在一起，珩磨头高速平稳往复运动机构通过轴承和立式珩磨头主轴传动机构、珩磨条径向微进给机构连接在一起。本发明结构简单，布局合理，工作稳定性和可靠性好，加工精度高，具有可视化操作界面，成本低，可以实现内孔径φ10mm到φ50mm零件的数控精密粗珩磨和精珩磨的两工位自动加工。
文档编号B24B51/00GK1654167SQ20051002402
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月24日 优先权日2005年2月24日
发明者马春翔, 刘忠, 郭常宁, 时轮, 王艳, 沈飞鸿, 潘拯 申请人:上海交通大学, 苏州信能精密机械有限公司