一种新型数控平面磨床的制作方法
【专利摘要】一种新型数控平面磨床，具有以伺服电机与同步齿带的配合形式来实现的X轴、Z轴自动进给功能；其对于带动主轴电机上下移动的导块的驱动形式采用的是上拉式；其将现有的通用楔形式立柱进行相应变形，使之成为方形立柱的形式；其还设置了相互连接的机床电机控制箱与控制面板，能够实现CNC控制功能。其优点在于：不仅具有自动化进给功能，提高了生产效率，减轻劳动强度，而且其提高了进给精度，保证了生产的稳定性及一致性；其还提高了升降丝杠的进给准确度和进给速度，延长升降丝杠的寿命，并且提高了立柱结构的刚性，进一步保证了进给精度。
【专利说明】一种新型数控平面磨床
【技术领域】
[0001]本发明涉及平面磨床的制造领域，具体地说是一种新型数控平面磨床。
【背景技术】
[0002]对于表面质量要求较高的各种平面，都需要经过表面深加工或着精加工，通常采用的加工方法是平面磨削，平面磨削常用的机床为平面磨床。平面磨床是磨床的一种，主要用砂轮旋转研磨工件以使其达到要求的平整度。用平面磨床进行工件表面平整度加工时，利用砂轮的工作表面打磨待加工工件的待处理平面。研磨砂轮的工作表面可以是其圆柱表面或者其轴向端面。
[0003]当采用研磨砂轮的圆柱表面磨削工件的待处理表面时，磨床的主轴，即用来驱动砂轮旋转的轴，一般采用平行于水平面的卧式布置方式。当采用研磨砂轮的轴向端面磨削工件的待处理表面时，工件通常被固定于往复直线运动的矩形工作台上，也可安装在左圆周运动的圆形工作台上。采用水平轴及矩形工作台的磨床简称为卧轴矩台平面磨床。
[0004]现有的手动系列的平面磨床，如KGS1020型平面磨床，其在X轴，Y轴以及Z轴三个方位的位置调整均依赖人工通过手轮进行调整，即在三个轴向的进给方式均为以手动进给方式的进给，所以使得磨削加工的效率低，工人的劳动强度大，且加工出的同批次的产品的表面质量水平的一致性相差较大。
[0005]为实现自动化生产的目的，已经有很多针对平面磨床的自动化改造。主要集中体现在对X轴或者Y轴增加电动装置或者液压驱动装置，从而使工作台能够自动地左右移动或者前后进给；同样，也可以在Z轴上加装电机或者液压驱动装置来提供驱动力，使得磨头能够快速升降或者进给。
[0006]对于现有的自动化改装的平面磨床，其存在的不足是:
[0007](I)对于采用液压驱动装置作为自动化动力输出的改造磨床，存在着液压油的油耗量大，耗电量高，漏油严重等生产成本及维护成本高的问题；且其在生产过程中产生的噪音大，对工人的健康造成危害。
[0008](2)对于采用电机作为自动化动力输出的改造磨床，电机主轴惯常都是通过联轴器与要驱动的部件(如丝杠)直接或者间接连接的；在此种情况下要保证对接的两轴的轴端对齐，如果轴端没有很好地对齐，会产生振动甚至对轴承造成损坏，因此给安装带来困难；且在使用过程中要定期不断检查轴端是否对齐，并进行校正，否则势必影响进给精度及磨削平面的质量。
[0009]如图1所示,现有的平面磨床(包括手动系列及改进的自动化系列的平面磨床)的立柱7的外部结构形式都是呈楔形的，在该楔形立柱的楔形面的底部设置主轴电机81，在楔形立柱的前侧左右两内表面对应设有导轨71，导块72安装在立柱7内侧的左右两侧的导轨71之间，并能够沿导轨71上下移动。导块72的前端面设有凸台，凸台中心与导块72的中心重合，导块72的中心位置设置有与主轴82配合的孔，主轴82的一端穿过导块72并由凸台的前端面伸出，在主轴82的该端安装磨头83，在磨头83外部设置防护罩84。[0010]由于该种楔形结构的立柱7上窄下宽，形状刚性极差，存在一面倒的变形风险，受到温度变化影响大，自上而下的变形量是不一致的，使加工精度不稳定，尺寸不一致。
[0011]在现有的平面磨床中，导块72沿导轨71的升降驱动力来源于升降丝杠6，升降丝杠6安装在立柱7前端内侧，升降丝杠6的顶端固定连接在导块72的下端面。对于手轮调节升降丝杠6旋转的情况，一般是通过手轮直接作用于升降操纵杆，然后由升降操纵杆带动升降丝杠6旋转；对于液压驱动或者电机驱动升降丝杠6旋转的情况，如图1所示，液压驱动装置86或者电机都是安装在升降丝杠6的下部来驱动升降丝杠6旋转。也就是说，现有技术中升降丝杠6对导块7 (导块7上固装有主轴电机81、磨头83等)驱动的惯用手段都是自下向上的，即为上顶式的。
[0012]在实际使用过程中 申请人:发现，该种对导块72采取的上顶式的驱动方式，在升降丝杠6向上旋转带动导块72沿轨道向上移动时，升降丝杠6存在一定变形，此时用磨头83磨削工件，来自磨头83的径向力通过主轴82传至导块72进而作用于升降丝杠6，因为升降丝杠6存在变形且变形作用力与来自磨头83的径向力相反，所以会加大升降丝杠6的变形量，影响进给的准确性，且使得升降丝杠6的寿命降低。
【发明内容】
[0013]针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种进给精度进一步提高、进给过程平稳，立柱刚性好，并能够延长升降丝杠的使用寿命的新型数控平面磨床。
[0014]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种新型数控平面磨床，包括床身、工作台Y轴前后进给装置、工作台、立柱、升降丝杠、导块及与导块配合的导轨、主轴电机、主轴及安装在主轴端部的磨头、Z轴升降驱动装置，还包括工作台X轴左右进给电机装置、机床电机控制箱以及与其连接的控制面板；所述工作台X轴左右进给电机装置包括安装在床身上的第一伺服电机，安装在床身与工作台之间的驱动工作台左右运动的左右驱动滚珠丝杠；所述第一伺服电机的输出轴端部安装第一齿带轮；所述左右驱动滚珠丝杠的一端安装第二齿带轮；所述第一齿带轮与所述第二齿带轮通过第一同步齿带连接。
[0015]作为本发明的一种改进，所述Z轴升降驱动装置包括第二伺服电机、第三齿带轮和第二同步齿带；所述第二伺服电机连接所述机床电机控制箱；所述升降丝杠的下端穿过所述立柱的顶面并与所述导块连接，其上端伸出所述立柱的顶面；与所述升降丝杠配合的丝杠螺母固定在所述立柱的顶面上；所述丝杠螺母的外周面与所述第三齿带轮配合；所述第二伺服电机通过所述第二同步齿带与所述第三齿带轮连接。
[0016]作为本发明的一种改进，所述升降丝杠为滚珠丝杠。
[0017]作为本发明的一种改进，所述第一同步齿带和/或所述第二同步齿带的中间设有金属骨架。
[0018]作为本发明的一种改进，所述机床电机控制箱内部设置可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接所述控制面板。通过控制面板将控制指令输送到所述可编程逻辑控制器，由可编程逻辑控制器输出具体的电信号。
[0019]作为本发明的一种改进，所述立柱为方形立柱。
[0020]作为本发明的一种改进，所述主轴电机为变频电机，且所述主轴电机连接所述机床电机控制箱。[0021]本发明的有益效果是:其不仅具有自动化进给功能，提高生产效率，而且其提高了进给精度，保证了生产的稳定性及一致性；其提高升降丝杠的进给准确度和进给速度，延长升降丝杠的寿命；其提高了立柱结构的刚性，进一步保证了进给精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有的平面磨床的立柱及升降操纵部分的原理结构示意图；
[0023]图2为本发明的总体结构示意图；
[0024]图3为图2中A处的局部放大图；
[0025]图4为本发明的立柱及升降操纵部分右视方向的原理结构示意图；
[0026]图中:I床身，2工作台Y轴前后进给手轮，3工作台X轴左右进给电机装置，31第一伺服电机，32第一齿带轮，33左右驱动滚珠丝杠，34第二齿带轮，35第一同步齿带，4工作台，5Z轴升降驱动装置，51第二伺服电机，52第三齿带轮，53第二同步齿带，6升降丝杠，61丝杠螺母，7立柱，71导轨，72导块，73加强筋，81主轴电机，82主轴，83磨头，84防护罩，85照明灯，86液压驱动装置，9机床电机控制箱，10控制面板。
【具体实施方式】
[0027]为便于理解本发明的技术内容，下面结合附图对其作进一步说明。
[0028]本发明所涉及的X轴、Y轴及Z轴分别对应图2所示的左右、前后及上下方向，其不能够作为对本发明的技术方案的限制。
[0029]如图2至4所示,一种新型数控平面磨床,包括床身1、工作台Y轴前后进给装置、工作台X轴左右进给电机装置3、工作台4、立柱7、升降丝杠6、导块72及与导块72配合的导轨71、主轴电机81、主轴82及安装在主轴82端部的磨头83、Z轴升降驱动装置5、机床电机控制箱9以及与该机床电机控制箱9通过电缆或者电线连接的控制面板10。
[0030]机床电机控制箱9及控制面板10都固定安装在床身I上，其中控制面板10位于所述机床电机控制箱9的上部。机床电机控制箱9内部设置可编程逻辑控制器，控制面板10与该可编程逻辑控制器电路连接。
[0031]在图2中只显示出了工作台Y轴前后进给手轮2，因为在本发明中所采用的工作台Y轴前后进给装置的形式与现有的手轮式平面磨床的结构形式一样，此处不再赘述。需要说明的是，虽然在图2中画出了工作台Y轴前后进给手轮2，但是其只是作为一种实施方式的表达。本发明的技术方案并没有排除现有技术中采用的自动化方式驱动的工作台Y轴前后进给装置的形式。换言之，就是说本发明的工作台Y轴前后进给装置可以是现有技术中的手动进给方式中的或者自动进给方式中的任何一种。
[0032]对于床身1、工作台4及立柱7三者之间的连接位置关系与现有技术一样，不再赘述。在立柱7上导轨71的设置方式，导块72与导轨71的位置配合关系，主轴电机81、主轴82及磨头83相对立柱7及导块72的位置连接及配合方式与现有技术一样，此处亦不在赘述。
[0033]如图2和图3所示，所述工作台X轴左右进给电机装置3包括安装在床身I上的第一伺服电机31、安装在床身I与工作台4之间用来驱动工作台4左右运动的左右驱动滚珠丝杠33 ;所述第一伺服电机31的输出轴的端部安装有第一齿带轮32 ;所述左右驱动滚珠丝杠33的右端安装第二齿带轮34 ;所述第一齿带轮32与所述第二齿带轮34通过第一同步齿带35连接。
[0034]所述第一伺服电机31与所述机床电机控制箱9内部设置的可编程逻辑控制器之间也存在电路连接关系，通过操作控制面板10上的操作按钮，会输送给所述机床电机控制箱9内部设置的可编程逻辑控制器一指令，而该可编程逻辑控制器将所得指令以电信号的形式传递给所述第一伺服电机31，进而所述第一伺服电机31动作或者停止。第一伺服电机31的动作会通过所述第一同步齿带35传至所述左右驱动滚珠丝杠33，使所述左右驱动滚珠丝杠33旋转或者停止，从而带动工作台4在左右方向上运动或者停止。
[0035]本发明采用第一伺服电机31通过第一同步齿带35带动左右驱动滚珠丝杠33旋转，从而实现对工作台4的左右驱动。其不仅容纳了滚珠丝杠驱动力矩小、进给控制精度高，能够实现微进给的特性；而且同时采用同步齿带实现伺服电机与滚珠丝杠之间旋转动力的传递，容纳了同步齿带传动时所具有的优点，即兼备了齿轮传动、链传动和带传动的优点，且无相对滑动，传动平稳、均匀。
[0036]作为优选，在同步齿带中间设金属骨架，从而使同步齿带的变形量变的很小，因此具有更好的传动刚性，是一种好的无隙传动。
[0037]如图2和图4所示，所述Z轴升降驱动装置5包括第二伺服电机51、第三齿带轮52和第二同步齿带53，所述第二伺服电机51电连接所述机床电机控制箱9 (即第二伺服电机51与所述机床电机控制箱9内部设置的可编程逻辑控制器之间用电缆或者电线连接)。所述升降丝杠6的下端穿过所述立柱7的顶面并与所述导块72连接，其上端伸出所述立柱7的顶面；与所述升降丝杠6配合的丝杠螺母61固定在所述立柱7的顶面上。所述丝杠螺母61的外周面与所述第三齿带轮52的内周面配合，它们两者之间可以为键配合或者过盈配合等类似方式；所述第二伺服电机51通过所述第二同步齿带53与所述第三齿带轮52啮合连接。作为优选，所述升降丝杠6可以采用滚珠丝杠。
[0038]所述第二伺服电机51也是通过同步齿带将旋转动力传至与升降丝杠6配合的丝杠螺母61，在所述丝杠螺母61的转动下而带动所述升降丝杠6旋转，进而升降丝杠6上升或者下降，即带动了导块72沿导轨71上下滑动。
[0039]同样，通过操作控制面板10上的操作按钮，会输送给所述机床电机控制箱9内部设置的可编程逻辑控制器一指令，而该可编程逻辑控制器将所得指令以电信号的形式传递给所述第二伺服电机51，进而所述第二伺服电机51动作或者停止。
[0040]采用同步齿带传动旋转动力，不存在对齐度不好时所带来的振动问题，进一步保证了进给的精度。与X轴方向的传动一样，在Z轴方向的升降传动上，采用伺服电机配合同步齿带来驱动为滚珠丝杠结构的升降丝杠6，不仅具有上述所说的各优点，而且还利用了滚珠丝杠能够实现快速进给的特点。
[0041]此外，可以看出本发明通过升降丝杠6对导块72的驱动方式为上拉式的，即通过第二伺服电机51带动所述丝杠螺母61转动，进而拉动升降丝杆6旋转上升，拉动力向上与来自磨头83的作用力方向一致，所以两力不会对升降丝杠6作用使其产生变形，从而确保了进给的精度，延长升降丝杆6的使用寿命，降低使用成本。
[0042]如图2和图4所示，所述立柱7为方形立柱。在实际使用过程中发现，将现有的呈楔形的立柱7修改为该方形立柱后，立柱7的形状刚性明显提高，即便是在受到温度影响产生变形时，因为该方形立柱上下结构尺寸一致，所以温度导致的变形比较均匀，从而避免因立柱7上下变形不均匀产生异形结构，影响磨床精度的稳定性。
[0043]对于立柱7，在本发明中只是对其外形做出了改进，对于立柱7的内部结构只是作适应性修改。与现有的楔形的立柱的内部构造一样，本发明涉及的方形立柱7的内部也设置有加强筋板73，其前端同样设置导轨71等结构。
[0044]所述主轴电机81可以采用变频电机，且使所述主轴电机81电连接所述机床电机控制箱9，这样可以通过操作面板10经机床电机控制箱9来调节输送给主轴电机81的频率，实现主轴电机81转速的多样化，满足实际生产过程中对不同磨削转速的需求。
[0045]与现有技术一样，本发明也包含有磨头83处的防护罩84，立柱7处设置的防尘风箱以及照明灯85等辅助部件。
[0046]本发明的设计在于至少实现平面磨床的部分自动化，使其能够与CNC控制相结合，实现高精度、高效率及复杂化生产，同时能够减少操作人员的劳动强度，避免操作人员因长时间劳作产生疲劳后给加工件之间带来的显著差异化，其进给精度由0.1mm提高到
0.05mm。为实现与CNC的衔接，本发明特别设置了与电源连接的机床电机控制箱9以及与其连接的控制面板10，所述机床电机控制箱9内部设置的可编程逻辑控制器，各伺服电机及主轴电机81均连接该可编程逻辑控制器。编辑的CNC编程指令通过控制面板10输送到该可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器根据指令向相应的伺服电机或者主轴电机81发送电信号，实现CNC控制。
[0047]上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现方式并不受上述方式的限制，只要采取了本发明技术方案的各种改进，或者未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于本领域的其它场合的均在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种新型数控平面磨床，包括床身(I)、工作台Y轴前后进给装置、工作台(4)、立柱(7)、升降丝杠(6)、导块(72)及与导块(72)配合的导轨(71)、主轴电机(81)、主轴(82)及安装在主轴(82)端部的磨头(83)、Z轴升降驱动装置(5)，其特征在于:还包括工作台X轴左右进给电机装置(3)、机床电机控制箱(9)以及与机床电机控制箱(9)连接的控制面板(10)；所述工作台X轴左右进给电机装置(3)包括安装在床身(I)上的第一伺服电机(31)，安装在床身(I)与工作台(4)之间的驱动工作台(4)左右运动的左右驱动滚珠丝杠(33)；所述第一伺服电机(31)的输出轴端部安装第一齿带轮(32);所述左右驱动滚珠丝杠(33)的一端安装第二齿带轮(34)； 所述第一齿带轮(32)与所述第二齿带轮(34)通过第一同步齿带(35)连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于: 所述Z轴升降驱动装置(5)包括第二伺服电机(51)、第三齿带轮(52)和第二同步齿带(53)； 所述第二伺服电机(51)连接所述机床电机控制箱(9 ); 所述升降丝杠(6)的下端穿过所述立柱(7)的顶面并与所述导块(72)连接，其上端伸出所述立柱(7)的顶面； 与所述升降丝杠(6)配合的丝杠螺母(61)固定在所述立柱(7)的顶面上； 所述丝杠螺母(61)的外周面与所述第三齿带轮(52)配合； 所述第二伺服电机(51)通过所述第二同步齿带(53)与所述第三齿带轮(52)连接。
3.根据权利要求2所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述升降丝杠(6)为滚珠丝杠。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述第一同步齿带(35)和/或所述第二同步齿带(53)的中间设有金属骨架。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述机床电机控制箱(9 )内部设置可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接所述控制面板(10 )。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述立柱(7)为方形立柱。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述主轴电机(81)为变频电机，且所述主轴电机(81)连接所述机床电机控制箱(9 )。
8.根据权利要求6所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述机床电机控制箱(9 )内部设置可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接所述控制面板(10 )。
9.根据权利要求7所述的一种新型数控平面磨床，其特征在于:所述机床电机控制箱(9 )内部设置可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器连接所述控制面板(10 )。
【文档编号】B24B7/02GK103465126SQ201310416603
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】梁红军 申请人:临清市齐亚机械有限公司