砂轮装夹机构及使用该装夹机构的砂轮修整装置的制作方法

本发明涉及砂轮装夹机构及使用该装夹机构的砂轮修整装置。

背景技术：

本发明所述砂轮是一种成型磨削用金刚石砂轮，具体是一种V型砂轮，用于V型定位槽的精密加工。该类砂轮主要特点是厚度薄（厚度一般为0.2-5mm）、环宽窄（5~20mm）、尖部V型角度30 ~ 120°，较难加工。对该类砂轮的修整通常是使用磨床进行。修整过程中，先将待修整的金刚石砂轮以设定的角度装夹在工件主轴上，并使金刚石砂轮随工件主轴转动，再进给磨床上的高速旋转的研磨盘（即工具轮）对金刚石砂轮的斜面进行磨削以将金刚石砂轮的斜面最终修整成型。使用该方法修整金刚石砂轮斜面时修形效果好、修整的V型尖角的角度准确，但在磨削过程中高速旋转的工具轮会对待修整的金刚石砂轮产生较大的冲击作用；同时在移动工具轮使其朝向待修整斜面侧进给时也会使得金刚石砂轮所受的磨削力不稳定。这都会造成磨削过程中金刚石砂轮受力大小波动不定并引起金刚石砂轮表面材料去除不均匀，由于金刚石砂轮是由金刚石分散于结合剂中而形成的，故而当结合剂被刮研、挤裂、切除后金刚石颗粒会暴露而使金刚石被冲击、磨钝、碎裂或脱落，这会加剧金刚石砂轮表面材料去除的不均匀性；当金刚石砂轮上的金刚石颗粒被磨钝或打掉后，相应斜面处的强度及锋利程度均会受到影响而进一步地影响砂轮的使用性能。对于一些超薄窄环砂轮来说，由于其加工刚性差而使得上述影响尤其显著，再使用传统方法对超薄窄环砂轮进行斜面修整时极易造成金刚石砂轮的尖部刃口处形成卷边、毛刺甚至崩口。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种对砂轮冲击较小的砂轮修整装置以解决现有技术中对砂轮进行修整时砂轮所受振动冲击较大的问题；本发明的目的还在于提供上述砂轮修整装置中使用的砂轮装夹机构。

为实现上述目的，本发明的砂轮装夹机构的技术方案是：

方案1：砂轮装夹机构，包括工件主轴，所述工件主轴上设有用于固定待修整砂轮的装夹头，工件主轴包括供装夹头套装的连接轴段，连接轴段上设有与装夹头配合以使装夹头可沿连接轴段的轴线方向浮动的导向结构，导向结构与装夹头止转配合。

方案2：作为方案1的优化方案，所述导向结构包括设置于连接轴段外周壁上的沿连接轴段的轴线方向延伸的多个凹槽。

方案3：作为方案2的优化方案，多个凹槽间隔分布而使得连接轴段形成花键结构。

方案4：作为以上三个方案的优化方案，所述导向结构上设有用于与装夹头滚动配合的滚珠。

方案5：作为以上三个方案的优化方案，装夹头上设有用于调节待修整砂轮与相应研磨盘之间压力的配重块和/或在工件主轴上设有用于朝向研磨盘所在侧顶压装夹头以调节砂轮与相应研磨盘之间压力的压缩弹簧。

方案6：作为方案5的优化方案，工件主轴上还设有用于调节所述压缩弹簧的压缩量的调节螺母。

方案7：作为前三个方案的优化方案，所述装夹头包括底座及用于将待修整砂轮锁紧于底座上的锁紧件。

方案8：作为方案7的优化方案，所述锁紧件包括用于与底座配合以夹紧待修整砂轮的盖板及用于将盖板锁紧于底座上的锁紧螺母。

方案9：作为方案7的优化方案，所述底座的中部开设有沿工件主轴的轴线方向延伸的通孔，所述底座上于通孔内装配有与连接轴段上的导向结构配合的键套，所述装夹头通过键套套装在连接轴段上。

本发明的砂轮修整装置的技术方案是：

方案1：砂轮修整装置，包括研磨主机系统及砂轮装夹机构，研磨主机系统包括用于磨削待修整砂轮的研磨盘，砂轮装夹机构包括工件主轴，所述工件主轴上设有用于固定待修整砂轮的装夹头，工件主轴包括供装夹头套装的连接轴段，连接轴段上设有与装夹头配合以使装夹头可沿连接轴段的轴线方向浮动的导向结构，导向结构与装夹头止转配合。

方案2：作为方案1的优化方案，所述导向结构包括设置于连接轴段外周壁上的沿连接轴段的轴线方向延伸的多个凹槽。

方案3：作为方案2的优化方案，多个凹槽间隔分布而使得连接轴段形成花键结构。

方案4：作为以上三个方案的优化方案，所述导向结构上设有用于与装夹头滚动配合的滚珠。

方案5：作为以上三个方案的优化方案，装夹头上设有用于调节待修整砂轮与相应研磨盘之间压力的配重块和/或在工件主轴上设有用于朝向研磨盘所在侧顶压装夹头以调节砂轮与相应研磨盘之间压力的压缩弹簧。

方案6：作为方案5的优化方案，工件主轴上还设有用于调节所述压缩弹簧的压缩量的调节螺母。

方案7：作为前三个方案的优化方案，所述装夹头包括底座及用于将待修整砂轮锁紧于底座上的锁紧件。

方案8：作为方案7的优化方案，所述锁紧件包括用于与底座配合以夹紧待修整砂轮的盖板及用于将盖板锁紧于底座上的锁紧螺母。

方案9：作为方案7的优化方案，所述底座的中部开设有沿工件主轴的轴线方向延伸的通孔，所述底座上于通孔内装配有与连接轴段上的导向结构配合的键套，所述装夹头通过键套套装在连接轴段上。

本发明的有益效果是：本发明的砂轮装夹机构中，待修整砂轮通过装夹头周向止转、轴向浮动地套装在工件主轴的连接轴段上，因此在将砂轮装夹机构移动到研磨盘上之后待修整砂轮会在自身及装夹头的重力的作用下与研磨盘的磨削面浮动接触。因而本发明以恒压力磨削代替了现有技术中的恒位置进给磨削，故而待修整砂轮表面与磨削面的接触总是砂轮待修整面较凸出的部分，极大地减小了砂轮所受到的冲击力及因冲击力造成的砂轮表面材料去除的不均匀性，可有效减小砂轮外缘刃口的卷边、毛刺及崩口，有利于提高砂轮的待修整面的平面度及刃口锋利度。

附图说明

图1为本发明的砂轮修整装置的一个实施例在使用状态下的结构示意图；

图2为图1中研磨主机系统的结构示意图；

图3为本发明的砂轮修整装置的一个实施例中工件装夹进给系统的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为图1中的待修整砂轮安装于砂轮装夹机构上的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的砂轮修整装置的具体实施例，如图1至图5所示，包括磨削主机系统1与工件装夹进给系统，工件装夹进给系统包括用于装夹待修整砂轮的砂轮装夹机构2、用于带动砂轮在XYZ方向三维运动的三维滑台3及用于带动砂轮快进快退的快移机构4。

研磨主机系统1包括研磨主机机身11、研磨机主轴12、轴承13、研磨盘14（即工作轮）以及在线修盘机构15构成。研磨主机机身11由铸铁材质制成，稳定而吸振，研磨机主轴12通过轴承13转动装配于研磨机主机机身11上且研磨机主轴12绕Z轴方向转动，研磨盘14螺纹固定在研磨机主轴12的上端，研磨盘14的转动速度在0-500rpm内连续可调，具体运转速度可依据工艺需要进行选择。为减小研磨盘14传递至砂轮的冲击振动，研磨盘选用具有弹性的、能吸收振动的树脂结合剂磨盘，且磨料颗粒依据工艺要求尽可能细。且研磨机主轴与机身间的轴承采用精密流体动力轴承，该轴承采用特殊的润滑剂而替代供油系统，抗震而简单，以提高研磨机运行精度及稳定性。在线修盘机构15可沿研磨盘径向（也即X方向）往复运动（往复速度在0-20㎜/min内可调），运动轨迹与研磨机主轴12的轴线垂直以对研磨盘14的上端面进行修整以保证研磨盘14盘面的平面度及端面跳动，减小研磨盘表面精度对传递至砂轮的振动冲击的影响。

砂轮装夹机构2包括主轴电机26、通过联轴器27与主轴电机26传动连接的主轴段21及通过锥面固定连接在主轴段21末端的轴头22，轴头22由前到后包括锥段、螺纹段及滚珠花键段。锥段用于与主轴段21插配固连，螺纹段上旋装有调节螺母23，滚珠花键段上套设有可沿轴向浮动的装夹头25而作为连接轴段使用。由于轴头22易损坏，因而轴头22与主轴段21采用可拆连接的形式有利于对砂轮装夹机构2的后期维护，也即在轴头22损坏后只需要更换轴头即可，不需要更换主轴段21。主轴段21与轴头22一起组成了工件主轴。

装夹头25包括用于夹紧砂轮5的底座251与盖板252，底座251的中部具有可由砂轮5及盖板252中部的内孔中穿过的中心柱，中心柱的后端露出盖板252，露出的柱段上开设有盖板螺纹段，锁紧螺母253旋装于底座251的中心柱的盖板螺纹段上，通过旋拧锁紧螺母253以使底座251与盖板252的相应端面分别压紧砂轮的两端面而实现三者的固定连接，盖板252与锁紧螺母253一起构成了用于将砂轮5固定在底座251上的锁紧件。为保证装夹之后的砂轮5的两个端面受力均匀，底座251与盖板252的用于夹紧砂轮5的相应部分的形状对称，且底座251外围的尺寸与盖板252外围的尺寸相同以使得砂轮5两端面伸出底座251的长度与伸出盖板252的长度相同。在其他实施例中，还可以使底座251中部的中心柱的高度与砂轮5的厚度适配、使盖板252的内径不大于中心柱的外径，此时可在中心柱段与盖板252上对应开设螺栓穿孔，通过在螺栓穿孔中穿装螺栓将盖板252锁紧固定于底座251上，此时锁紧螺母253可省去而是由螺栓代替锁紧螺母与盖板252一起组成用于将砂轮5固定在底座251上的锁紧件。

底座251固定设置于滚珠花键套254的外围，滚珠花键套254的内周面上设有与滚珠花键段在前后方向导向移动配合、在周向止转配合的适配花键。通过滚珠花键套254与滚珠花键段的配合实现砂轮5与轴头22的浮动装配，且砂轮5还会随轴头22一起绕轴头22的轴线转动。为保证在磨削加工过程中砂轮5与研磨盘14之间的磨削压力满足设定要求以使得砂轮5的斜面能被研磨盘14所磨削，装夹头25与砂轮5的重力之和要达到设定值，当装夹头25与砂轮5的重力之和不能满足要求时，可以通过在装夹头25上增加配重的形式来满足设定磨削压力的需求。当然，由于增加配重需要考虑配重的增加对重心的影响，因而配重的设计较为复杂。在本实施例中，通过在轴头22的外围于调节螺母23与装夹头25之间设装有压缩弹簧24来实现对砂轮5的磨削压力的调整，具体是通过旋拧调节螺母23可调整压缩弹簧24的被压缩量进而调整压缩弹簧24向装夹头25施加的弹性力。通过控制压缩弹簧24向装夹头25施加弹性力的大小保证压缩弹簧24的弹性力、装夹头25的重力与砂轮5的重力之和满足设定的磨削压力的需要。同时，顶装于装夹头25与调节螺母23之间的压缩弹簧24还有利于减小研磨主机系统1的振动冲击对砂轮5的影响，故而进一步地减小了磨削过程中砂轮5受到的冲击，有利于保证磨削修整后砂轮5的质量。由于实际磨削过程中砂轮5上需要被磨掉的材料极少而可认为压缩弹簧24的长度不发生变化，此时压缩弹簧24提供给装夹头25的弹性力也可认为不变而可保证砂轮5被磨削的过程中磨削压力的恒定。

三维滑台3用于对砂轮5的位置进行调整以适应研磨主机系统中研磨盘的位置，三维滑台3具体包括Y向滑台31、X向滑台32及Z向滑台，Z向滑台包括Z向滑台支撑座33及导向移动地设置于Z向滑台支撑座33上的Z向滑台托板34，Z向滑台支撑座33的中部开设有直槽，Z向滑台托板34的中部开设有中心孔。固定连接有砂轮装夹机构2的快移机构托板43通过转轴35角度可调整地安装在Z向滑台托板34上，具体说是快移机构托板43连接于快移机构底座44上，转轴35的一端固定连接于快移机构底座44上，转轴35的自由端由Z向滑台托板34的中心孔及Z向滑台支撑座33上的直槽中穿过并与中心孔及微间隙配合，转角锁紧螺母38旋装于转轴35的自由端并将快移机构底座44与Z向滑台支撑座33压紧而将两者固定为一体。需要调整砂轮装夹机构2的倾角以适应金刚石砂轮V形角度的需要时，只需要松开转角锁紧螺母38并转动转轴35至指定角度再拧紧转角锁紧螺母38即可。

快移机构4用于实现砂轮的快进和快退，具体包括快移气缸41、连接件42及与快移气缸41的运动输出端通过连接件42连接的快移机构托板43，故而在快移气缸41的驱动作用下，快移机构托板43会带动固连于其上的砂轮装夹机构2直线快速移动以实现砂轮的快退与快进。

使用该装置对砂轮的斜面进行修整时的步骤如下：

先启动在线修盘机构15将研磨盘面修复平整，保证最终研磨盘的盘面平面度在5μm以内、使盘面的端面跳动在8μm以内；根据所要修整的砂轮的V形角度对砂轮装夹机构2的角度进行调整并将调整之后的砂轮装夹机构2的倾角锁死；调整XYZ三维滑台至合适的位置；再启动快移气缸41使其带动砂轮装夹机构2抬升并将装夹有砂轮5的装夹头25套设在轴头22的滚珠花键段上，此时装夹头25及滚珠花键套可沿轴头22的轴线方向移动故而需要用手扶住砂轮并启动快移气缸41使其带动砂轮装夹机构2下降，当砂轮装夹机构2下降到位后缓慢松手使装夹头25在自重作用下以设定好的角度落在研磨盘14上，此时由于砂轮5的外径大于装夹头25的外径而使得砂轮5的外围直接与研磨盘14接触；旋拧调节螺母23以调节压缩弹簧24向装夹头25施加的弹性力至需要值；启动研磨主机和主轴电机26使研磨盘14与砂轮5均绕自身轴线旋转而开始交互磨削，为保证研磨盘14盘面的均匀损耗，在此过程中控制Y向滑台运动以带动砂轮5在研磨盘的盘面上移动；计时到位后，砂轮5的单面磨削完毕且各电机自动停机；对砂轮5换面重新装夹并重复上述相应步骤以修整砂轮5的另一面。

在上述磨削过程中，通过调整装夹头的重力及压缩弹簧的弹性力而实现对磨削压力的直接定量控制，以恒压力浮动磨削代替了恒位移进给磨削，大幅降低了磨削过程中的振动冲击，减小了砂轮5因受力不均导致的材料去除不均匀性，进而减小了斜面金刚石砂轮尖部刃口的锯齿度，最大崩口由原来的0.04㎜降低到0.015㎜，也有效减小了金属结合剂砂轮外缘的卷边（毛刺）。在恒压力浮动磨削的过程中，砂轮5与研磨盘接触的总是砂轮的最高点，有利于提高砂轮磨削表面的平面度，提高砂轮的轮廓精度，该浮动磨削方式对金刚石砂轮斜面上的金刚石冲击作用小，斜面上有效磨粒数量增多而且锋利，提升了砂轮的使用性能。而磨削时通过计算时间确定磨削进程，消除了人为因素产生的磨削误差。

在其他实施例中：当压缩弹簧的弹性力较大或是另外添加了配重的情况下，此时对装夹头的重力要求较小，在此情况下盖板可以省去而是将底座的结构缩小、将锁紧螺母的直径增大，使用锁紧螺母直接将砂轮压紧固定于底座上而构成锁紧件；当然，滚珠花键套也可以省去而是在底座上加工出与滚珠花键段适配的键槽结构；在滚珠花键套与轴头之间轴向浮动顺畅不受阻的情况下轴头上的滚珠花键段还可以被普通的花键段所代替；当然，花键结构还可以被沿轴头的轴线方向延伸的凸起或凹槽等可供装夹头沿轴头的轴向导向移动安装的导向结构代替，此时滚珠花键套也应被设置有与所述导向结构凹凸插接的凹槽或凸台的其他形式的键套来代替；轴头上的多个导向结构还可以不间隔分布，而是将导向结构做成梯形并使全部或部分导向结构的底部相连。

砂轮装夹机构的实施例：砂轮装夹机构的结构与砂轮修整装置中砂轮装夹机构的具体结构相同，具体可参考图1至图5，在此不再详述。