一種新型數控平面磨床的製作方法

2023-09-22 23:06:45 1

一種新型數控平面磨床的製作方法
【專利摘要】一種新型數控平面磨床，具有以伺服電機與同步齒帶的配合形式來實現的X軸、Z軸自動進給功能；其對於帶動主軸電機上下移動的導塊的驅動形式採用的是上拉式；其將現有的通用楔形式立柱進行相應變形，使之成為方形立柱的形式；其還設置了相互連接的工具機電機控制箱與控制面板，能夠實現CNC控制功能。其優點在於：不僅具有自動化進給功能，提高了生產效率，減輕勞動強度，而且其提高了進給精度，保證了生產的穩定性及一致性；其還提高了升降絲槓的進給準確度和進給速度，延長升降絲槓的壽命，並且提高了立柱結構的剛性，進一步保證了進給精度。
【專利說明】一種新型數控平面磨床
【技術領域】
[0001]本發明涉及平面磨床的製造領域，具體地說是一種新型數控平面磨床。
【背景技術】
[0002]對於表面質量要求較高的各種平面，都需要經過表面深加工或著精加工，通常採用的加工方法是平面磨削，平面磨削常用的工具機為平面磨床。平面磨床是磨床的一種，主要用砂輪旋轉研磨工件以使其達到要求的平整度。用平面磨床進行工件表面平整度加工時，利用砂輪的工作表面打磨待加工工件的待處理平面。研磨砂輪的工作表面可以是其圓柱表面或者其軸向端面。
[0003]當採用研磨砂輪的圓柱表面磨削工件的待處理表面時，磨床的主軸，即用來驅動砂輪旋轉的軸，一般採用平行於水平面的臥式布置方式。當採用研磨砂輪的軸向端面磨削工件的待處理表面時，工件通常被固定於往復直線運動的矩形工作檯上，也可安裝在左圓周運動的圓形工作檯上。採用水平軸及矩形工作檯的磨床簡稱為臥軸矩臺平面磨床。
[0004]現有的手動系列的平面磨床，如KGS1020型平面磨床，其在X軸，Y軸以及Z軸三個方位的位置調整均依賴人工通過手輪進行調整，即在三個軸向的進給方式均為以手動進給方式的進給，所以使得磨削加工的效率低，工人的勞動強度大，且加工出的同批次的產品的表面質量水平的一致性相差較大。
[0005]為實現自動化生產的目的，已經有很多針對平面磨床的自動化改造。主要集中體現在對X軸或者Y軸增加電動裝置或者液壓驅動裝置，從而使工作檯能夠自動地左右移動或者前後進給；同樣，也可以在Z軸上加裝電機或者液壓驅動裝置來提供驅動力，使得磨頭能夠快速升降或者進給。
[0006]對於現有的自動化改裝的平面磨床，其存在的不足是:
[0007](I)對於採用液壓驅動裝置作為自動化動力輸出的改造磨床，存在著液壓油的油耗量大，耗電量高，漏油嚴重等生產成本及維護成本高的問題；且其在生產過程中產生的噪音大，對工人的健康造成危害。
[0008](2)對於採用電機作為自動化動力輸出的改造磨床，電機主軸慣常都是通過聯軸器與要驅動的部件(如絲槓)直接或者間接連接的；在此種情況下要保證對接的兩軸的軸端對齊，如果軸端沒有很好地對齊，會產生振動甚至對軸承造成損壞，因此給安裝帶來困難；且在使用過程中要定期不斷檢查軸端是否對齊，並進行校正，否則勢必影響進給精度及磨削平面的質量。
[0009]如圖1所示,現有的平面磨床(包括手動系列及改進的自動化系列的平面磨床)的立柱7的外部結構形式都是呈楔形的，在該楔形立柱的楔形面的底部設置主軸電機81，在楔形立柱的前側左右兩內表面對應設有導軌71，導塊72安裝在立柱7內側的左右兩側的導軌71之間，並能夠沿導軌71上下移動。導塊72的前端面設有凸臺，凸臺中心與導塊72的中心重合，導塊72的中心位置設置有與主軸82配合的孔，主軸82的一端穿過導塊72並由凸臺的前端面伸出，在主軸82的該端安裝磨頭83，在磨頭83外部設置防護罩84。[0010]由於該種楔形結構的立柱7上窄下寬，形狀剛性極差，存在一面倒的變形風險，受到溫度變化影響大，自上而下的變形量是不一致的，使加工精度不穩定，尺寸不一致。
[0011]在現有的平面磨床中，導塊72沿導軌71的升降驅動力來源於升降絲槓6，升降絲槓6安裝在立柱7前端內側，升降絲槓6的頂端固定連接在導塊72的下端面。對於手輪調節升降絲槓6旋轉的情況，一般是通過手輪直接作用於升降操縱杆，然後由升降操縱杆帶動升降絲槓6旋轉；對於液壓驅動或者電機驅動升降絲槓6旋轉的情況，如圖1所示，液壓驅動裝置86或者電機都是安裝在升降絲槓6的下部來驅動升降絲槓6旋轉。也就是說，現有技術中升降絲槓6對導塊7 (導塊7上固裝有主軸電機81、磨頭83等)驅動的慣用手段都是自下向上的，即為上頂式的。
[0012]在實際使用過程中 申請人:發現，該種對導塊72採取的上頂式的驅動方式，在升降絲槓6向上旋轉帶動導塊72沿軌道向上移動時，升降絲槓6存在一定變形，此時用磨頭83磨削工件，來自磨頭83的徑向力通過主軸82傳至導塊72進而作用於升降絲槓6，因為升降絲槓6存在變形且變形作用力與來自磨頭83的徑向力相反，所以會加大升降絲槓6的變形量，影響進給的準確性，且使得升降絲槓6的壽命降低。

【發明內容】

[0013]針對上述存在的技術問題，本發明的目的在於提供一種進給精度進一步提高、進給過程平穩，立柱剛性好，並能夠延長升降絲槓的使用壽命的新型數控平面磨床。
[0014]本發明解決其技術問題所採取的技術方案是:一種新型數控平面磨床，包括床身、工作檯Y軸前後進給裝置、工作檯、立柱、升降絲槓、導塊及與導塊配合的導軌、主軸電機、主軸及安裝在主軸端部的磨頭、Z軸升降驅動裝置，還包括工作檯X軸左右進給電機裝置、工具機電機控制箱以及與其連接的控制面板；所述工作檯X軸左右進給電機裝置包括安裝在床身上的第一伺服電機，安裝在床身與工作檯之間的驅動工作檯左右運動的左右驅動滾珠絲槓；所述第一伺服電機的輸出軸端部安裝第一齒帶輪；所述左右驅動滾珠絲槓的一端安裝第二齒帶輪；所述第一齒帶輪與所述第二齒帶輪通過第一同步齒帶連接。
[0015]作為本發明的一種改進，所述Z軸升降驅動裝置包括第二伺服電機、第三齒帶輪和第二同步齒帶；所述第二伺服電機連接所述工具機電機控制箱；所述升降絲槓的下端穿過所述立柱的頂面並與所述導塊連接，其上端伸出所述立柱的頂面；與所述升降絲槓配合的絲槓螺母固定在所述立柱的頂面上；所述絲槓螺母的外周面與所述第三齒帶輪配合；所述第二伺服電機通過所述第二同步齒帶與所述第三齒帶輪連接。
[0016]作為本發明的一種改進，所述升降絲槓為滾珠絲槓。
[0017]作為本發明的一種改進，所述第一同步齒帶和/或所述第二同步齒帶的中間設有金屬骨架。
[0018]作為本發明的一種改進，所述工具機電機控制箱內部設置可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器連接所述控制面板。通過控制面板將控制指令輸送到所述可編程邏輯控制器，由可編程邏輯控制器輸出具體的電信號。
[0019]作為本發明的一種改進，所述立柱為方形立柱。
[0020]作為本發明的一種改進，所述主軸電機為變頻電機，且所述主軸電機連接所述工具機電機控制箱。[0021]本發明的有益效果是:其不僅具有自動化進給功能，提高生產效率，而且其提高了進給精度，保證了生產的穩定性及一致性；其提高升降絲槓的進給準確度和進給速度，延長升降絲槓的壽命；其提高了立柱結構的剛性，進一步保證了進給精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現有的平面磨床的立柱及升降操縱部分的原理結構示意圖；
[0023]圖2為本發明的總體結構示意圖；
[0024]圖3為圖2中A處的局部放大圖；
[0025]圖4為本發明的立柱及升降操縱部分右視方向的原理結構示意圖；
[0026]圖中:I床身，2工作檯Y軸前後進給手輪，3工作檯X軸左右進給電機裝置，31第一伺服電機，32第一齒帶輪，33左右驅動滾珠絲槓，34第二齒帶輪，35第一同步齒帶，4工作檯，5Z軸升降驅動裝置，51第二伺服電機，52第三齒帶輪，53第二同步齒帶，6升降絲槓，61絲槓螺母，7立柱，71導軌，72導塊，73加強筋，81主軸電機，82主軸，83磨頭，84防護罩，85照明燈，86液壓驅動裝置，9工具機電機控制箱，10控制面板。
【具體實施方式】
[0027]為便於理解本發明的技術內容，下面結合附圖對其作進一步說明。
[0028]本發明所涉及的X軸、Y軸及Z軸分別對應圖2所示的左右、前後及上下方向，其不能夠作為對本發明的技術方案的限制。
[0029]如圖2至4所示,一種新型數控平面磨床,包括床身1、工作檯Y軸前後進給裝置、工作檯X軸左右進給電機裝置3、工作檯4、立柱7、升降絲槓6、導塊72及與導塊72配合的導軌71、主軸電機81、主軸82及安裝在主軸82端部的磨頭83、Z軸升降驅動裝置5、工具機電機控制箱9以及與該工具機電機控制箱9通過電纜或者電線連接的控制面板10。
[0030]工具機電機控制箱9及控制面板10都固定安裝在床身I上，其中控制面板10位於所述工具機電機控制箱9的上部。工具機電機控制箱9內部設置可編程邏輯控制器，控制面板10與該可編程邏輯控制器電路連接。
[0031]在圖2中只顯示出了工作檯Y軸前後進給手輪2，因為在本發明中所採用的工作檯Y軸前後進給裝置的形式與現有的手輪式平面磨床的結構形式一樣，此處不再贅述。需要說明的是，雖然在圖2中畫出了工作檯Y軸前後進給手輪2，但是其只是作為一種實施方式的表達。本發明的技術方案並沒有排除現有技術中採用的自動化方式驅動的工作檯Y軸前後進給裝置的形式。換言之，就是說本發明的工作檯Y軸前後進給裝置可以是現有技術中的手動進給方式中的或者自動進給方式中的任何一種。
[0032]對於床身1、工作檯4及立柱7三者之間的連接位置關係與現有技術一樣，不再贅述。在立柱7上導軌71的設置方式，導塊72與導軌71的位置配合關係，主軸電機81、主軸82及磨頭83相對立柱7及導塊72的位置連接及配合方式與現有技術一樣，此處亦不在贅述。
[0033]如圖2和圖3所示，所述工作檯X軸左右進給電機裝置3包括安裝在床身I上的第一伺服電機31、安裝在床身I與工作檯4之間用來驅動工作檯4左右運動的左右驅動滾珠絲槓33 ;所述第一伺服電機31的輸出軸的端部安裝有第一齒帶輪32 ;所述左右驅動滾珠絲槓33的右端安裝第二齒帶輪34 ;所述第一齒帶輪32與所述第二齒帶輪34通過第一同步齒帶35連接。
[0034]所述第一伺服電機31與所述工具機電機控制箱9內部設置的可編程邏輯控制器之間也存在電路連接關係，通過操作控制面板10上的操作按鈕，會輸送給所述工具機電機控制箱9內部設置的可編程邏輯控制器一指令，而該可編程邏輯控制器將所得指令以電信號的形式傳遞給所述第一伺服電機31，進而所述第一伺服電機31動作或者停止。第一伺服電機31的動作會通過所述第一同步齒帶35傳至所述左右驅動滾珠絲槓33，使所述左右驅動滾珠絲槓33旋轉或者停止，從而帶動工作檯4在左右方向上運動或者停止。
[0035]本發明採用第一伺服電機31通過第一同步齒帶35帶動左右驅動滾珠絲槓33旋轉，從而實現對工作檯4的左右驅動。其不僅容納了滾珠絲槓驅動力矩小、進給控制精度高，能夠實現微進給的特性；而且同時採用同步齒帶實現伺服電機與滾珠絲槓之間旋轉動力的傳遞，容納了同步齒帶傳動時所具有的優點，即兼備了齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動的優點，且無相對滑動，傳動平穩、均勻。
[0036]作為優選，在同步齒帶中間設金屬骨架，從而使同步齒帶的變形量變的很小，因此具有更好的傳動剛性，是一種好的無隙傳動。
[0037]如圖2和圖4所示，所述Z軸升降驅動裝置5包括第二伺服電機51、第三齒帶輪52和第二同步齒帶53，所述第二伺服電機51電連接所述工具機電機控制箱9 (即第二伺服電機51與所述工具機電機控制箱9內部設置的可編程邏輯控制器之間用電纜或者電線連接)。所述升降絲槓6的下端穿過所述立柱7的頂面並與所述導塊72連接，其上端伸出所述立柱7的頂面；與所述升降絲槓6配合的絲槓螺母61固定在所述立柱7的頂面上。所述絲槓螺母61的外周面與所述第三齒帶輪52的內周面配合，它們兩者之間可以為鍵配合或者過盈配合等類似方式；所述第二伺服電機51通過所述第二同步齒帶53與所述第三齒帶輪52嚙合連接。作為優選，所述升降絲槓6可以採用滾珠絲槓。
[0038]所述第二伺服電機51也是通過同步齒帶將旋轉動力傳至與升降絲槓6配合的絲槓螺母61，在所述絲槓螺母61的轉動下而帶動所述升降絲槓6旋轉，進而升降絲槓6上升或者下降，即帶動了導塊72沿導軌71上下滑動。
[0039]同樣，通過操作控制面板10上的操作按鈕，會輸送給所述工具機電機控制箱9內部設置的可編程邏輯控制器一指令，而該可編程邏輯控制器將所得指令以電信號的形式傳遞給所述第二伺服電機51，進而所述第二伺服電機51動作或者停止。
[0040]採用同步齒帶傳動旋轉動力，不存在對齊度不好時所帶來的振動問題，進一步保證了進給的精度。與X軸方向的傳動一樣，在Z軸方向的升降傳動上，採用伺服電機配合同步齒帶來驅動為滾珠絲槓結構的升降絲槓6，不僅具有上述所說的各優點，而且還利用了滾珠絲槓能夠實現快速進給的特點。
[0041]此外，可以看出本發明通過升降絲槓6對導塊72的驅動方式為上拉式的，即通過第二伺服電機51帶動所述絲槓螺母61轉動，進而拉動升降絲杆6旋轉上升，拉動力向上與來自磨頭83的作用力方向一致，所以兩力不會對升降絲槓6作用使其產生變形，從而確保了進給的精度，延長升降絲杆6的使用壽命，降低使用成本。
[0042]如圖2和圖4所示，所述立柱7為方形立柱。在實際使用過程中發現，將現有的呈楔形的立柱7修改為該方形立柱後，立柱7的形狀剛性明顯提高，即便是在受到溫度影響產生變形時，因為該方形立柱上下結構尺寸一致，所以溫度導致的變形比較均勻，從而避免因立柱7上下變形不均勻產生異形結構，影響磨床精度的穩定性。
[0043]對於立柱7，在本發明中只是對其外形做出了改進，對於立柱7的內部結構只是作適應性修改。與現有的楔形的立柱的內部構造一樣，本發明涉及的方形立柱7的內部也設置有加強筋板73，其前端同樣設置導軌71等結構。
[0044]所述主軸電機81可以採用變頻電機，且使所述主軸電機81電連接所述工具機電機控制箱9，這樣可以通過操作面板10經工具機電機控制箱9來調節輸送給主軸電機81的頻率，實現主軸電機81轉速的多樣化，滿足實際生產過程中對不同磨削轉速的需求。
[0045]與現有技術一樣，本發明也包含有磨頭83處的防護罩84，立柱7處設置的防塵風箱以及照明燈85等輔助部件。
[0046]本發明的設計在於至少實現平面磨床的部分自動化，使其能夠與CNC控制相結合，實現高精度、高效率及複雜化生產，同時能夠減少操作人員的勞動強度，避免操作人員因長時間勞作產生疲勞後給加工件之間帶來的顯著差異化，其進給精度由0.1mm提高到
0.05mm。為實現與CNC的銜接，本發明特別設置了與電源連接的工具機電機控制箱9以及與其連接的控制面板10，所述工具機電機控制箱9內部設置的可編程邏輯控制器，各伺服電機及主軸電機81均連接該可編程邏輯控制器。編輯的CNC編程指令通過控制面板10輸送到該可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器根據指令向相應的伺服電機或者主軸電機81發送電信號，實現CNC控制。
[0047]上面結合附圖對本發明進行了示例性的描述，顯然本發明的實現方式並不受上述方式的限制，只要採取了本發明技術方案的各種改進，或者未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於本領域的其它場合的均在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種新型數控平面磨床，包括床身(I)、工作檯Y軸前後進給裝置、工作檯(4)、立柱(7)、升降絲槓(6)、導塊(72)及與導塊(72)配合的導軌(71)、主軸電機(81)、主軸(82)及安裝在主軸(82)端部的磨頭(83)、Z軸升降驅動裝置(5)，其特徵在於:還包括工作檯X軸左右進給電機裝置(3)、工具機電機控制箱(9)以及與工具機電機控制箱(9)連接的控制面板(10)；所述工作檯X軸左右進給電機裝置(3)包括安裝在床身(I)上的第一伺服電機(31)，安裝在床身(I)與工作檯(4)之間的驅動工作檯(4)左右運動的左右驅動滾珠絲槓(33)；所述第一伺服電機(31)的輸出軸端部安裝第一齒帶輪(32);所述左右驅動滾珠絲槓(33)的一端安裝第二齒帶輪(34)； 所述第一齒帶輪(32)與所述第二齒帶輪(34)通過第一同步齒帶(35)連接。
2.根據權利要求1所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於: 所述Z軸升降驅動裝置(5)包括第二伺服電機(51)、第三齒帶輪(52)和第二同步齒帶(53)； 所述第二伺服電機(51)連接所述工具機電機控制箱(9 ); 所述升降絲槓(6)的下端穿過所述立柱(7)的頂面並與所述導塊(72)連接，其上端伸出所述立柱(7)的頂面； 與所述升降絲槓(6)配合的絲槓螺母(61)固定在所述立柱(7)的頂面上； 所述絲槓螺母(61)的外周面與所述第三齒帶輪(52)配合； 所述第二伺服電機(51)通過所述第二同步齒帶(53)與所述第三齒帶輪(52)連接。
3.根據權利要求2所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述升降絲槓(6)為滾珠絲槓。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述第一同步齒帶(35)和/或所述第二同步齒帶(53)的中間設有金屬骨架。
5.根據權利要求1或2或3所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述工具機電機控制箱(9 )內部設置可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器連接所述控制面板(10 )。
6.根據權利要求1或2或3所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述立柱(7)為方形立柱。
7.根據權利要求1或2或3所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述主軸電機(81)為變頻電機，且所述主軸電機(81)連接所述工具機電機控制箱(9 )。
8.根據權利要求6所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述工具機電機控制箱(9 )內部設置可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器連接所述控制面板(10 )。
9.根據權利要求7所述的一種新型數控平面磨床，其特徵在於:所述工具機電機控制箱(9 )內部設置可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器連接所述控制面板(10 )。
【文檔編號】B24B7/02GK103465126SQ201310416603
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】梁紅軍 申請人:臨清市齊亞機械有限公司