六轴数控内外圆复合磨床的制作方法

本申请涉及数控磨床技术领域,尤其涉及一种六轴数控内外圆复合磨床。

背景技术：

外圆磨削主要在外圆磨床上进行,用以磨削轴类工件的外圆柱、外圆锥和轴肩端面；磨内圆床主要用于零件内孔、端面磨削,保证内孔与端面的精度,而磨内圆孔的设备又分为大内孔,小内孔及微小内孔,因主轴转速要求不同,公知的设备是不能一台设备实现多功能加工,只能大孔用大设备,小孔用小设备。另外现已开的数控磨床设备中没有能一次性同时完成磨削外圆面、外圆端面、外圆台阶面、外圆锥度面、内孔平面、内孔端面,内圆台阶面、内圆锥度面各诸多复杂工艺,而外径的各种曲面,内径的各种曲面更加无法一次完成,更没有一套完整的内外圆复合磨削的数控软件,使很多现有的高精度产品要通过多台设备,多道工艺,重复装夹才能完成,而在重复装拆过程中精度很难得到保障,现发明一种一次装夹完成所有工艺的六轴数控内外圆复合磨床。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题,本申请创新实施例提供一种六轴数控内外圆复合磨床,包括磨床底座、六轴机械结构件、砂轮修整机构、钣金外壳和数控控制系统,机床底座为铸铁件或天然花岗岩石或矿物铸造件；六轴机械结构件包括x轴机械结构件、第一z轴机械结构件、第三z轴机械结构件、第二z轴电主轴平移机械结构件、分度旋转台和在线三维测量机构；磨床底座的正面为操作工位,操作工位朝向机床底座的方向作为正面,平行于正向的方向记为z轴,在水平面上垂直于z轴的方向为x轴,且x轴正向指向操作工位,z轴正向指向操作工位的右侧；磨床底座设置为立方体一体铸造成型或整块天然花岗岩石切割成形；磨床底座的正面作为操作工位,背面设置有走油管路；磨床底座上设置有底座板；底座板上设置有三个安装区域,分别为：左侧区域,用于放置x轴机械结构件；右侧靠正面区域,用于设置第一z轴机械结构件,右侧靠背面区域,用于设置第三z轴机械结构件；x轴机械结构件上部设置有动静压主轴工件轴结构件；动静压主轴工件轴结构件的输出端方向位于右侧,且动静压主轴工件轴结构件沿z轴设置；x轴机械结构件带动动静压主轴工件轴结构件沿x轴方向运动；动静压主轴工件轴结构件的方向平行于z轴,且输出端位于右侧；动静压主轴工件轴结构件的输出端用于安装被加工件；第一z轴机械结构件的输出面板上部设置有分度旋转台；第一z轴机械结构件带动分度旋转台沿z轴方向移动；分度旋转台的输出端设置有第二z轴电主轴平移机械结构件；分度旋转台控制第二z轴电主轴平移机械结构件沿x轴和z轴组成的平面上转动；第二z轴电主轴平移机械结构件的输出面板上设置有永磁同步高速电主轴,转速5000-30000转每分钟；永磁同步高速电主轴的输出端朝向动静压主轴工件轴结构件；永磁同步高速电主轴的输出端上设置有磨内孔砂轮；第二z轴电主轴平移机械结构件用于控制电主轴在其输出面板的移动方向上移动；永磁同步高速电主轴侧面与其并列在同一中心高度处装有一个超高速小电主轴,转速在5万-15万转每分钟,主要用磨削小微内孔；第三z轴机械结构件的输出面板上部设置有动静压砂轮主轴结构件和在线三维测量机构；第三z轴机械结构件带动动静压砂轮主轴结构件和在线三维测量机构沿z轴方向移动；在线三维测量机构位于动静压砂轮主轴结构件的前侧；在线三维测量机构包括触发式三维测量头和测量头驱动机构；测量头驱动机构的底部固定在第一z轴机械结构件的输出面板上,测量头驱动机构的输出端与触发式三维测量头的底部连接,控制触发式三维测量头在第一z轴机械结构件的输出面板上做z轴向的移动或者沿垂直面的转动,使得触发式三维测量头对动静压主轴工件轴结构件上的工件进行在线测量；动静压砂轮主轴结构件的输出端位于左侧；动静压砂轮主轴的轴端安装磨外圆的砂轮法兰,砂轮法兰上设有在线动平衡调装置,动静压砂轮主轴的轴端设置可转接砂轮杆,装配磨大内孔的砂轮；装配磨大内孔的砂轮用于对被加工件的较大、较深腔类的内圆、内锥圆、内孔端面、外圆锥面、小外圆进行粗磨精磨；外圆磨砂轮用于对被加工件的外圆、外圆台阶面、外圆端面进行粗磨精磨；砂轮修整机构分布在x轴机械结构件的输出面板上,在x轴机械结构件的输出面板两侧分别以动静压主轴为中心设置有砂轮修正金刚笔支架座；砂轮修正金刚笔支架座位于动静压主轴工件轴结构件的箱体两侧；每个砂轮修正笔支座的前端设置有两个不同方向的砂轮笔；其中一个砂轮修正笔支座上,后侧砂轮笔用于修整动静压主轴外圆砂轮的砂轮端面与侧面,前侧砂轮笔用于修整高速电主轴与超高速电主轴的砂轮外圆及端面,另一个砂轮修正金刚笔支架座上,一支砂轮笔用于修整砂轮的端面,另一个方向的砂轮笔用于修整砂轮的外圆；动静压主轴工件轴结构件的输出端设有金刚石滚轮法兰盘；法兰盘的外径面上可设置有金刚石滚轮,用于修整砂轮的外圆面；电主轴的侧面与其并列在同一中心高度处装有一个超高速小电主轴,转速在5万-15万转每分钟,用于磨削小微内孔；分度旋转台采用c轴分度旋转台或直驱ddr分度旋转台,均包含内置刹车；钣金外壳包括：整机外壳,设置在磨床底座上,将所有的结构件设置在外壳的腔体中；左右横拉式双开门结构,位于整机外壳的正面上；油管路,从外部由整机外壳的外部穿过并延伸至整机外壳内；数控系统操作箱,用于控制整个设备的运行并安装有软件,位于整机外壳的正面上,且在左右横拉式门结构的右侧或左侧；数控控制系统内嵌于操控机箱中。

进一步地,x轴机械结构件包括：x轴拖板：位于磨床的床身左侧区域上；x轴拖板为嵌入式的导轨槽,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；x轴向丝杆驱动机构：包括x轴丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母及螺母套,组成传动精度结构；x轴丝杆采用c3以上等级高精度丝杆且为10导程以下的小导程丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,丝杆螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨滑块面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；沿x轴方向,输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将x轴拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；x轴拖板的侧面设置有拖链板；拖链板的上部固定连接有连接板；连接板与输出面板的侧面固定；拖链板的底部设置有下固定板；下固定板固定在x轴拖板的侧面。

进一步地,动静压主轴工件轴结构件采用伺服电机皮带传动或永磁伺服电机直联一体式传动结构：动静压主轴工件轴结构件采用伺服电机皮带传动时,动静压主轴工件轴结构件包括外壳体、固定板、电机和旋转主轴；外壳体的底部固定在x轴机械结构件的输出面板上,随输出面板在x轴上移动；固定板垂直于输出面板,位于动静压主轴工件轴结构件的左侧；电机和旋转主轴在固定板上上下分布,均位于固定板的右侧；电机设置有电机罩；电机的输出端连接有小皮带轮；旋转主轴的输入端设置有大皮带轮；小皮带轮和大皮带轮位于固定板的左侧,通过同步带连接；旋转主轴的输出端设置有连接法兰；动静压主轴工件轴结构件的大皮带轮输入端加装旋转油压缸或旋转气缸；旋转主轴的中心孔处加装拉杆,拉紧或松开旋转主轴的输出端所安装的液压三抓或弹性夹头进而夹持被加工工件；旋转主轴的输出端加装转接法兰或联接永磁圆形吸盘或加装手动三抓卡盘来卡持工件；永磁圆形吸盘用于吸持更高精度的被加工工件；动静压主轴工件轴结构件采用永磁伺服电机直联一体式时,包括主轴心轴、主轴永磁伺服电机、主轴壳体、主轴安装箱体和主轴油压站机构；主轴油压站机构向安装在主轴安装箱体内的主轴腔体供油；主轴壳体上设置有进油口和出油口；主轴心轴分为输出部和输入部；主轴心轴的输入部位于伺服电机的转子内孔心轴内,伺服电机与主轴心轴之间形成同轴一体化心轴结构；主轴心轴的输出部外侧上,沿输出端向输入端方向依次设置有止推锡青铜套、箱体轴前盖、径向止推锡青铜套和径向内支撑锡青铜套；径向止推锡青铜套和径向内支撑锡青铜套的外部设置有主轴壳体的套轴；主轴心轴的输出部的前端连接有主轴前端输出转接法兰；止推锡青铜套的轴承后端设置有主轴心轴止推法兰,径向止推锡青铜套的轴承位于主轴心轴止推法兰的后端；止推锡青铜套的径向外侧设置有法兰面；径向内支撑锡青铜套的轴承位于主轴心轴的输出部一侧的外表面上；径向止推锡青铜套轴承和径向锡青铜套轴承均位于主轴壳体的壳体内侧；主轴壳体穿过主轴安装箱体并与主轴安装箱体的前端固定；伺服电机的壳体通过螺栓与主轴安装箱体的后端固定；伺服电机包括：主轴永磁伺服电机转子、主轴永磁伺服电机定子、永磁伺服电机冷却水套、中空伺服永磁电机绝对值编码器、后拉油压缸联接法兰和后置式油压旋转缸或气压缸；其中,主轴永磁伺服电机转子、主轴永磁伺服电机定子、永磁伺服电机冷却水套和伺服电机的壳体依次由内至外位于主轴心轴的输入部外壁上；主轴永磁伺服电机转子通过内衬套与主轴心轴联接,通过胀套、压盖紧固螺栓方式安装固定；永磁伺服电机的壳体为圆筒状,安装端为法兰形,另一端为电源线出线端,设有密封端盖,密封端盖外侧安装固定中空伺服永磁电机绝对值编码器；密封端盖上安装有中控编码器密封端盖；中空伺服永磁电机绝对值编码器位于中控编码器密封端盖内,并通过永磁伺服电机出线密封接头与外部连接；主轴心轴的输入部伸出永磁伺服电机的壳体的后端密封端盖,端部通过螺栓连接液压油缸安装法兰；液压油缸安装法兰通过螺栓连接后拉油压缸联接法兰；主轴心轴、主轴安装箱体和伺服电机及编码器形成全密封三防结构；后置式油压旋转缸或气压缸作为主轴工件快速夹持固定机构；主轴心轴为中空结构,用于穿过拉杆或接通加工生产切削液；箱体轴前盖设有密封环,用于密封止推锡青铜套轴承；主轴安装箱体为多面体空腔结构,其中箱内内部为空腔；主轴安装箱体的两端用于支撑主轴的固定；主轴安装箱体的安装底面采用小方格腔体避空设置加强筋,底座中间设有导向滑动槽；主轴安装箱体的前后两端,在底部与主轴壳体孔下方设有多个避重孔,孔与孔壁间设有加强筋,箱体底部两侧设有回油口螺纹孔,箱体上部设有进油口螺纹孔,箱体顶部设有封盖板,用螺栓锁入安装；永磁伺服电机的壳体与主轴安装箱体联接,永磁伺服电机的壳体套设在永磁伺服电机冷却水套的外圆上；永磁伺服电机的壳体一端设有冷却液入口接头,另一端设有回液出口,通过循环液流通带走主轴旋转时产生的热量；中空伺服永磁电机绝对值编码器由外磁环与内磁环及编码器读数头组成,其中内磁环固定在主轴心轴上,外磁环与编码器读数头固定在密封端盖外侧；主轴心轴内孔设置有bt或莫氏结构的内锥孔。

进一步地,第一z轴机械结构件包括：第一z轴拖板：第一z轴拖板的导轨槽为嵌入式,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；第一z轴向丝杆驱动机构：包括z轴丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母套,组成传动精度结构；z轴丝杆采用c3以上等级高精度丝杆且为10导程以下的小导程丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；沿z轴方向,输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将z轴拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；伺服电机位于第一z轴向丝杆驱动机构的右侧；第一z轴拖板的正面设置有拖链板；拖链板的上部固定连接有连接板；连接板与输出面板的侧面固定；拖链板的底部设置有下固定板；下固定板固定在z轴拖板的侧面。

进一步地,c轴分度旋转台包括箱体、电机座、输入轴、输出轴、内轴承、外轴承、伺服电机、零间隙联轴器、输出盘和骨架油封结构；输入轴和输出轴安装至箱体；输入轴驱动输出轴绕中心轴线转动；零间隙联轴器联接伺服电机的电机轴和输入轴；输出轴形成有供电线和或水管穿过的通线孔；通线孔沿中心轴线贯穿输出轴；内轴承设置在通线孔内；内轴承的外圈与通线孔的内壁相接触；箱体形成有供穿过通线孔的电线和或水管穿出的出线孔；电机座固定至箱体的输入端；伺服电机安装至电机座；出线孔的孔深方向与通线孔的孔深方向垂直,与输入轴的转动轴线平行；输入轴为双包络弧面蜗杆；输出轴的外周安装有多个滚针轴承；多个滚针轴承沿中心轴线的周向均匀分布；外轴承套接在输出轴的外周；外轴承为交叉滚子轴承或转盘轴承,用螺栓固定轴承的内外圈；输出盘固定至输出轴；输出盘和轴承压盖形成防水迷宫结构；骨架油封结构设置于输出轴的外周；外轴承上设置有轴承压盖,用于固定外轴承位置；轴承压盖固定至箱体上；箱体形成有外弧面和减重凹槽；外弧面和减重凹槽位于箱体的两侧。

进一步地,第二z轴电主轴平移机械结构件包括：拖板：拖板的导轨槽为嵌入式,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；拖板固定在固定座上；丝杆驱动机构：包括丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母套,组成传动精度结构；丝杆采用c3以上等级高精度丝杆且为10导程以下的小导程丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；伺服电机位于丝杆驱动机构的右侧；输出面板上设置有设置的永磁同步高速电主轴；电主轴转速在5000-30000转每分钟；电主轴的输出端朝向静压主轴工件轴结构件；电主轴的输出端上设置有磨内圆砂轮。

进一步地,第三z轴机械结构件包括：第三z轴拖板：第三z轴拖板的导轨槽为嵌入式,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；第三z轴向丝杆驱动机构：包括z轴丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母套,组成传动精度结构；z轴丝杆采用c3以上等级高精度丝杆且为10导程以下的小导程丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；沿z轴方向,输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将z轴拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；伺服电机位于第三z轴向丝杆驱动机构的右侧；第三z轴拖板的背面设置有拖链板；拖链板的上部固定连接有连接板；连接板与输出面板的侧面固定；拖链板的底部设置有下固定板；下固定板固定在z轴拖板的侧面。

进一步地,测量头驱动机构采用u轴平移机械结构件或b轴分度台；测量头驱动机构采用u轴平移机械结构件时,u轴机械结构件包括u轴拖板、u轴模组、u轴伺服电机及u轴风琴罩；u轴拖板的底部安装在第三z轴机械结构件的输出面板上,u轴模组安装在u轴拖板上；在u轴模组的u轴输出面板上固定安装有螺母套,在u轴模组内固定安装有u轴丝杆,u轴丝杆两端通过u轴轴承座安装在u轴模组内,u轴模组通过u轴丝杆与螺母套的配合横向安装在u轴拖板上；在u轴模组上位于u轴输出面板两端外盖接有u轴风琴罩,u轴风琴罩采用方筒形整体式密封无缝设计并与u轴输出面板的侧板金相联接,形成一个密闭而能运动的腔体；u轴伺服电机位于u轴机械结构件的右侧,输出端通过零间隙联轴器联接u轴丝杆输入端；测量头驱动机构采用b轴分度台时,包括谐波减速机支架、谐波减速机、伺服电机和电机罩；谐波减速机支架固定在第一z轴机械结构件的输出面板上；谐波减速机垂直固定在谐波减速机支架上,谐波减速机的输出方向为z轴垂直面且朝向后方；伺服电机的输出端与谐波减速机的输入端联接；谐波减速机的输出端与触发式三维测量头的底部侧面通过螺栓固定连接。

进一步地,动静压砂轮主轴结构件采用伺服电机皮带传动或永磁伺服电机直联一体式传动结构：动静压砂轮主轴结构件采用伺服电机皮带传动时,包括外壳体、固定板、电机和旋转主轴；固定板的底部固定在第三z轴拖板的输出面板上,随输出面板在z轴上移动；电机和旋转主轴在固定板上上下分布,两者之间设置有中间固定板；旋转主轴与z轴平行,且输出端朝向左侧；电机设置有电机罩；电机的输出端在右侧,连接有小皮带轮；旋转主轴的输入端位于右侧,设置有大皮带轮；小皮带轮和大皮带轮通过同步带连接；旋转主轴的输出端连接有大砂轮；动静压主轴砂轮轴外圆砂轮通过锥孔法兰盘联接,法兰盘外侧设有动平衡调节配重块或调节螺丝；动静压主轴砂轮轴的输出轴端设有反牙外螺纹或联接内螺纹孔的砂轮接杆；在安装砂轮接杆时,砂轮接杆上加装磨内孔的杯形砂轮,用于磨削大内孔；动静压砂轮主轴结构件采用永磁伺服电机直联一体式时,包括主轴心轴、主轴永磁伺服电机、主轴壳体、主轴安装箱体和主轴油压站机构；主轴油压站机构向安装在主轴安装箱体内的主轴壳体腔内供油；主轴壳体上设置有进油口、出油口及密封件；主轴心轴分为输出部和输入部；主轴心轴的输入部位于伺服电机的转子内孔心轴内,伺服电机与主轴心轴之间形成同轴一体化心轴结构；主轴心轴的输出部外侧上,沿输出端向输入端方向依次设置有止推钨钢套轴承、主轴心轴止推法兰、径向止推钨钢套轴承和径向内支撑钨钢套轴承；径向止推钨钢套轴承和径向内支撑钨钢套轴承的外部设置有主轴壳体的套轴；止推钨钢套轴承的径向外侧设置有法兰面；径向内支撑钨钢套轴承的轴承位于主轴心轴的输出部一侧的外表面上；径向止推钨钢套轴承和径向钨钢套轴承均位于主轴壳体的壳体内侧；主轴壳体在主轴心轴的输出端一侧设置有箱体轴前盖；箱体轴前盖的内侧与止推钨钢套轴承相配合进行密封；主轴壳体穿过主轴安装箱体并与主轴安装箱体的前端固定；伺服电机的壳体通过螺栓与主轴安装箱体的后端固定；伺服电机包括：主轴永磁伺服电机转子、主轴永磁伺服电机定子、永磁伺服电机冷却水套、中空伺服永磁电机绝对值编码器、后拉油压缸联接法兰和后置式油压旋转缸或气压缸；其中,主轴永磁伺服电机转子、主轴永磁伺服电机定子、永磁伺服电机冷却水套和伺服电机的壳体依次由内至外位于主轴心轴的输入部外壁上；主轴永磁伺服电机转子通过内衬套与主轴心轴联接,通过胀套、压盖紧固螺栓方式安装固定；永磁伺服电机的壳体为圆筒状,安装端为法兰形,另一端为电源线出线端,设有密封端盖,密封端盖外侧安装固定中空伺服永磁电机绝对值编码器；密封端盖上安装有中控编码器密封端盖；中空伺服永磁电机绝对值编码器位于中控编码器密封端盖内,并通过永磁伺服电机出线密封接头与外部连接；主轴心轴的输入部伸出永磁伺服电机的壳体的后端密封端盖,端部通过螺栓连接液压油缸安装法兰；液压油缸安装法兰通过螺栓连接后拉油压缸联接法兰；主轴心轴、主轴安装箱体和伺服电机及编码器形成全密封三防结构；后置式油压旋转缸或气压缸作为主轴工件快速夹持固定机构；主轴心轴的输入部为中空结构,输出部为实心结构；主轴心轴的输出部的输出端采用平端结构,用于联接输出砂轮法兰；主轴心轴的输出部的输出端采用外锥形结构,用于联接内锥形砂轮法法兰盘；砂轮法兰盘带有在线动平衡调节块及多个调节螺栓；主轴心轴的输出部的输出端设置反牙外螺纹,用于安装法兰紧固螺母或转接小直径砂轮轴杆或镗刀或铣刀盘,砂轮杆外周设有多个动平衡调节螺栓,砂轮杆锁紧螺母设置有多个动平衡调节螺栓；砂轮轴杆用于磨削工件内孔、内壁；主轴心轴的中空结构部分通入冷却回流循环装置,主轴心轴的输入部的输入端设置高压进油孔,与主轴壳体腔室共用出油口,形成一个封密的液流循环内腔；进油口设有转接滚动密封轴承和转接法兰,在主轴心轴高速转时,接入的液压管接头及管路不动；主轴心轴内设有多个用于制冷回流的小孔；箱体轴前盖设有密封环,用于密封止推钨钢套轴承轴承；主轴安装箱体为多面体空腔结构,其中箱内内部为空腔；主轴安装箱体的两端用于支撑主轴的固定；主轴安装箱体的安装底面采用小方格腔体避空设置加强筋,底座中间设有导向滑动槽；主轴安装箱体的前后两端,在底部与主轴壳体孔下方设有多个避重孔,孔与孔壁间设有加强筋,箱体底部两侧设有回油口螺纹孔,箱体上部设有进油口螺纹孔,箱体顶部设有封盖板,用螺栓锁入安装；永磁伺服电机的壳体与主轴安装箱体联接,永磁伺服电机的壳体套设在永磁伺服电机冷却水套的外圆上；永磁伺服电机的壳体一端设有冷却液入口接头,另一端设有回液出口,通过循环液流通带走主轴旋转时产生的热量；中空伺服永磁电机绝对值编码器由外磁环与内磁环及编码器读数头组成,其中内磁环固定在主轴心轴上,外磁环与编码器读数头固定在密封端盖外侧；主轴心轴内孔设置有bt或莫氏结构的外锥型并带有反牙螺纹螺杆。

进一步地,动静压主轴砂轮轴外圆砂轮通过锥孔法兰盘联接,法兰盘外侧设有动平衡调节配重块或调节螺丝；动静压主轴砂轮轴的输出轴端设有反牙外螺纹或联接内螺纹孔的砂轮接杆；在安装砂轮接杆时,砂轮接杆上加装磨内孔的杯形砂轮,用于磨削大内孔,因动静压主轴转速的局限性2000-3000转,砂轮小了线速度跟不上,在内孔120mm以上可以用动静压主轴磨内孔。

在本申请实施例中,通过六轴的结构件设置,实现内圆和外圆的磨削,同时可以满足粗磨和精磨的要求,磨削精度高；在第二z轴电主轴平移机械结构件的加入之后,能够提高整个磨内圆削加工的深度和扩大加工圆锥角的角度范围；本申请能够在一次装夹的生产过程中实现内圆、外圆、内锥孔、外锥面、端面的一次性磨削结果,通过加装备超高速主轴可以磨削3mm-1mm的小微内孔；同时通过创新的软件设计,达到粗磨和精磨自动修整砂自动补偿砂轮磨损量,自动测量工件,软件自动识别在线测量结果。

附图说明

图1是本申请的整机设备操控示意图；图2是图1中的整机设备结构示意图；图3是磨床底座的机构示意图；图4是床身的立体结构示意图；图5是本申请的除去钣金外壳的示意图；图6是采用永磁伺服电机直联一体式的主轴情况下的结构示意图；图7是图6的俯视结构示意图；图8是图6的主视结构示意图；图9是左侧区域a上方的机械结构示意图；图10是x轴机械结构件的内部结构示意图；图11是图9中除去外壳之后的结构示意图；图12是右侧靠正面区域b上方的机械结构示意图；图13是图12的俯视结构示意图；图14是右侧靠背面区域c上方的机械结构示意图；图15是图14中除去外壳之后的结构示意图；图16是c轴分度旋转台的示意图；图17是c轴分度旋转台的局部示意图；图18是c轴分度旋转台的剖视图；图19是c轴分度旋转台的示意图；图20是c轴分度旋转台的滚针轴承安装至输出轴的示意图；图21是c轴分度旋转台的滚针轴承安装至输出轴的剖视图；图22是动静压主轴工件轴结构件的整体结构立体图；图23是动静压主轴工件轴结构件的截面结构示意图；图24是动静压主轴工件轴结构件的主轴心轴的截面结构示意图；图25是动静压主轴工件轴结构件的主轴截面结构示意图；图26是动静压主轴工件轴结构件的主轴安装箱体的剖面结构示意图；图27是动静压主轴工件轴的主轴输出端加装吸盘的结构示意图；图28是动静压主轴砂轮轴结构件的截面结构示意图；图29是主轴联接磨内圆砂轮的结构件示意图；图30是主轴输出端连接砂轮的结构示意图；图31是整机内部的砂轮笔的结构示意图；图32是图31的俯视角度示意图；图33是在线三维测量机构采用b轴分度台时的剖面结构示意图；图34是图33中测量头不使用时的状态图；图35是图33的右侧剖面结构示意图；图36是在线三维测量机构采用u轴平移机械结构件时的结构示意图；图37是图36的右侧剖面结构示意图；图38是u轴平移机械结构件的俯视剖面结构示意图；图39-443是数控控制系统的五个主要操作界面示意图。

图中附图标记的含义：100-磨床底座,101-底座板,102-出油管,200-钣金外壳,201-油雾分离机,202-外壳,203-左右横拉式门结构,204-油管路,205-操控机箱,300-x轴机械结构件,301-x轴拖板,302-输出面板,303-风琴罩,304-电机罩,305-x轴丝杆,306-轴承座,307-丝杆螺母套,308-联轴器,309-电机,310-下固定板,311-拖链板,312-连接板,313-封板,400-动静压主轴工件轴结构件,401-外壳体,402-电机罩,403-法兰,404-旋转主轴,405-电机,406-固定板,407-小皮带轮,408-大皮带轮,4100-主轴心轴,4200-主轴永磁伺服电机,4300-主轴安装箱体,a-输出部,b-输入部,4501-螺栓,4101-止推锡青铜套,4102-箱体轴前盖,4103-主轴心轴止推法兰,4104-径向止推锡青铜套,4105-径向内支撑锡青铜套,4106-紧固螺栓,4107-主轴前端输出转接法兰,4108-主轴心锥孔,4109-主轴壳体,4111-永磁吸盘,4201a-伺服电机冷却水进油口,4201b-伺服电机冷却水出油口,4202-油管接头,4203-永磁伺服电机冷却水套,4204-主轴永磁伺服电机转子,4205-主轴永磁伺服电机定子,4206-中空伺服永磁电机绝对值编码器,4207-后拉油压缸联接法兰,4208-密封端盖,4209-中控编码器密封端盖,4210-壳体,4211-永磁伺服电机出线密封接头,4212-液压油缸或气缸,4216-进油孔,4217-出油孔,4218-腔体,4301-液压油进油孔,4302-液压油出油孔,4303-导向滑动槽,4304-箱体上封盖,4305-箱体侧面壁,4306-箱体前内孔壁,4307-主轴壳体法兰固定螺孔,4308-箱体内避空位,500-第一z轴机械结构件,501-x轴拖板,502-输出面板,503-风琴罩,504-电机罩,505-下固定板,506-拖链板,507-连接板,508-封板,600-c轴分度旋转台,601-壳体,602-谐波发生器,603-固定座,604-电主轴,605-磨内圆砂轮,6100-数控传动分度机构,610-箱体,610-出线孔,612-外弧面,620-输入轴,630-输出轴,631-内轴承,632-通线孔,633-滚针轴承,634-外轴承,640-伺服电机,641-零间隙联轴器,650-电机座,6180-电机罩,660-轴承压盖,670-输出盘,680-骨架油封结构,6101-中心轴线,6102-减重凹槽,700-第三z轴机械结构件,701-x轴拖板,702-输出面板,703-风琴罩,704-电机罩,705-下固定板,706-拖链板,707-连接板,708-封板,800-动静压主轴砂轮轴结构件,801-外圆磨砂轮,802-固定板,803-旋转主轴,804-电机,805-小皮带轮,806-大皮带轮,807-中间固定板,808-挡板,809-外壳体,8100-主轴心轴,8200-主轴永磁伺服电机,8501-螺栓,8101-止推钨钢套轴承,8102-箱体轴前盖,8103-主轴心轴止推法兰,8104-径向止推钨钢套轴承,8105-径向内支撑钨钢套轴承,8106-紧固螺栓,8107-主轴前端输出转接法兰,8108-主轴心锥孔,8109-主轴壳体,8111-永磁吸盘,8112-顶尖,8113-液压卡盘,8114-卡爪,8115-主轴输出端紧固螺纹,8116-主轴输出端同心定位台阶,8117-主轴输出端外锥,8118-主轴内回油口,8201a-伺服电机冷却水进油口,8201b-伺服电机冷却水出油口,8202-油管接头,8203-永磁伺服电机冷却水套,8204-主轴永磁伺服电机转子,8205-主轴永磁伺服电机定子,8206-中空伺服永磁电机绝对值编码器,8207-后拉油压缸联接法兰,8208-密封端盖,8209-中控编码器密封端盖,8210-壳体,8211-永磁伺服电机出线密封接头,8212-液压油缸或气缸,8213-进油接头,8214-中控密封接头密封轴承,8215-连接螺栓,8216-进油孔,8217-出油孔,8218-腔体,8401-紧固螺纹(反牙),8402-磨内圆砂轮接杆,8403-绕圆周的多孔位调节动平衡螺钉孔,8404-内圆或内孔砂轮,8405-砂轮锁紧螺母,8406-绕圆平面的多孔位调节动平衡螺钉孔,8601-外圆砂轮,8602-砂轮紧固法兰盖,8603-动平衡调节移动块,8604-动平衡调节移动块外盖,900-第二z轴电主轴平移机械结构件,901-拖板,902-电机罩,903-输出面板,904-风琴罩,905-封板,1001-砂轮笔,1002-金刚石滚轮,1003-连接座,1101-测量头,1102-测量头支架,1103-谐波减速机,1104-固定座,1105-伺服电机,1106-延长杆,1107-螺栓,1108-测量头支架,1109-伺服电机,1112-u轴丝杆,1113-联轴器,1114-u轴模组输出面板,1115-u轴风琴罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中,为了便于说明,如图1/2所示,磨床底座100的正面为操作工位,操作工位朝向机床底座的方向作为正面(即人脸的面朝方向作为正向),平行于正向的方向记为z轴,在水平面上垂直于z轴的方向为x轴,且x轴正向指向操作工位,z轴正向指向操作工位的右侧,y轴垂直于x轴与z轴所组成的平面,且正向朝上。所谓的前后左右上下均是以图1中的角度进行说明的。

本申请实施例提供了一种六轴数控内外圆复合磨床,包括磨床底座100、六轴机械结构件、钣金外壳200和数控控制系统,本实施例中机床底座为铸铁件,六轴机械结构件包括x轴机械结构件300、第一z轴机械结构件500、第三z轴机械结构件700、第二z轴电主轴平移机械结构件和c轴分度旋转台。本申请中x轴机械结构件300、第一z轴机械结构件500、第三z轴机械结构件700、第二z轴电主轴平移机械结构件的结构雷同,在附图中仅公开x轴机械结构件300的内部结构作为示例。如图3所示,磨床底座100设置为立方体一体铸造成型,磨床底座100的正面作为操作工位,背面设置有走油管路,走油管路用于整个磨床内的冷却油流出。磨床底座100上设置有底座板101,底座板101上设置有三个安装区域,分别为：左侧区域a,用于放置x轴机械结构件300；右侧靠正面区域b,用于设置第一z轴机械结构件500,右侧靠背面区域c,用于设置第三z轴机械结构件700。

本实施例中,x轴机械结构件300、第一z轴机械结构件500和第三z轴机械结构件700以x轴或z轴的方向分布,且由于第一z轴机械结构件500的输出面板所连接的是c轴分度旋转台,其上所对应的是用于精磨的砂轮,第三z轴机械结构件700的输出面板所连接的是静压主轴砂轮轴结构件,其上所对应的是用于粗磨的大砂轮。

整个运动过程中,静压主轴工件轴结构件在x轴机械结构件300的输出面板上沿着x轴做直线运动。c轴分度头在第一z轴机械结构件500的输出面板上作z轴方向的直线运动。动静压主轴砂轮轴结构件在第三z轴机械结构件700的输出面板上作z轴方向的直线运动。

作为一个具体的实施例,如图4/5所示,x轴机械结构件300的作用是来调整动静压主轴工件轴结构件的位置,x轴机械结构件300的自身结构是利用现有常见的丝杆机构驱动,具体的包括了丝杆、轴承座、螺母、滑块和输出面板这几个组成部分。丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆通过轴承座两端固定,丝杠的尾端利用轴承座固定,轴承座内有两个轴承。丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板。螺母套接在丝杆上,螺母利用螺母套与输出面板固定。在丝杆旋转时输出面板在导轨上进行运动。丝杆的输入端通过联轴器于电机的输出端连接。

x轴拖板与床身平台为整体铸造,x轴直线导轨选择的精度等级等于或高于p级,滚珠丝杆精度等级等于或高于c5级,滚珠丝杆两端装有x轴轴承座,x轴轴承座内部支持的轴承为7系列推力配对轴承,精度要求等级等于或高于c5级,床身平台与导轨面、x轴轴承座安装面的安装精度达到0.003mm；x轴轴承座安装方法为轴承座与拖板分离式,用螺丝锁紧安装,x轴丝杆与驱动电机联接采用膜片式零间隙联轴器,电机采用绝对值高精度电机。在本结构中,通过控制该电机即可实现x轴向的一个精准控制。

作为一个具体的实施例,如图6所示,x轴机械结构件300上部设置有动静压主轴工件轴结构件,动静压主轴工件轴结构件包括：外壳体、固定板、电机和旋转主轴；外壳体的底部固定在x轴机械结构件300的输出面板上,随输出面板在x轴上移动。固定板垂直于输出面板,位于动静压主轴工件轴结构件的左侧；电机和旋转主轴在固定板上上下分布,均位于固定板的右侧；电机设置有电机罩；电机的输出端连接有小皮带轮。旋转主轴的输入端设置有大皮带轮；小皮带轮和大皮带轮位于固定板的左侧,通过同步带连接。动静压主轴工件轴结构件的输出端位于右侧,且动静压主轴工件轴结构件沿z轴设置；x轴机械结构件300带动动静压主轴工件轴结构件沿x轴方向运动；动静压主轴工件轴结构件的输出端用于安装待加工件。动静压主轴工件轴结构件的输出端可以通过磁盘连接法兰,也可以通过其他方式连接。利用磁盘连接法兰的方式可以将待加工件安装在法兰上,然后进行圆模加工。

作为一个优选的方案,本申请中所采用的动静压主轴工件轴中可以采用如下的高精密动静油压永磁伺服电主轴,该电主轴实现了动静油压机械主轴与主轴转定子及伺服数控闭环编码器及主轴高精度安装壳体“四合为一”整机结构,精简整合中间许多复杂环节,提高了传动精度,提高了主轴整体稳定性,减少动力传动过程中的能耗,提高整体到机床上的应用精度,减少了整体重量,减小整体轴体积。

本结构中的高精密动静油压永磁伺服可编程定位多功能电主轴包括主轴心轴4100为中空,主轴心轴4100与伺服电机心轴同轴一体化结构心轴,中间无转接机构。该主轴中,止推锡青铜套4101、径向止推锡青铜套4104、径向内支撑锡青铜套4105,都设有多道油密封环,密封环为耐磨耐高温材料。箱体轴前盖4102设有密封环,箱体轴前盖4102再加入高气密封设置,箱体轴前盖4102用于密封止推锡青铜套4101轴承。止推锡青铜套4101轴承位于主轴心轴止推法兰4103的前端,径向止推锡青铜套4104轴承位于主轴心轴止推法兰4103的后端；止推锡青铜套4101的径向外侧设置有法兰面；径向内支撑锡青铜套4105轴承位于主轴心轴4100本体的输入端一侧的外表面上；径向止推锡青铜套4104轴承和径向锡青铜套轴承均位于主轴壳体4109的壳体内侧。使用三个铜套作为滑动轴承支撑,其中设定2个铜套设有止推作用,即径轴向都有支撑,而且2个止推铜套都设在出力输出端位置,这种创新是拆装维修方便,可以把精度做得更高。铜套材质确定为高密度铸造或锻打锡青合金铜材质,提高耐磨性及控制热变形量,达到微间隙、微变形与轴心配合。动静油压主轴与滚动轴承传动主轴最大的区别在于：滚动轴承是接触式的,因轴承是由轴承内圈、外圈与中间的滚珠或滚柱组成,轴承在滚动过程中会产生磨擦产生震动,这种旋转振动会最影响到主轴跳动及输出真圆度。

具体地,在主轴外壳上设置有进油孔4216,该孔与箱体上的液压油进油孔4301相联接,在主轴外壳内设置有液压油的流动空腔,该空腔的出口位于径向止推锡青铜套4104和径向内支撑锡青铜套4105上,液压油通过该空腔进入轴承套所在位置,径向止推锡青铜套4104和径向内支撑锡青铜套4105自身均设置有通孔,使得液压油能够从轴承套与主轴外壳之间流向轴承套与主轴心轴之间,径向止推锡青铜套4104和径向内支撑锡青铜套4105的内侧均设置有一个很微薄的空腔,用于流入液压油,随着液压油进入轴承套位置之后,轴承套与主轴心轴在高压油作用下浮离,在确保了两者之间相互浮离之后,主轴在静压油浮起的状态下进行高速转动,在主轴启动后,依靠浅腔阶梯效应形成的动压承载力和静压承载力叠加,大大地提高了主轴承载能力,且克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象,提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性,高压油膜的均化作用和良好的抗振性能,保证了主轴具有很高旋转精度和运转平稳性。在主轴外壳上还可以设置有出油孔4217,使得液压油能够回流至箱体内,也可以直接在主轴外壳的出油孔4217接出管接头回流至主轴油压站机构中。

本结构中动静油压主轴的铜套轴承与轴心之间采用紧密微间隙配合,在密闭的轴腔内泵入高压主轴油,使轴心与铜套在压力的作用下浮离,在实际使用过程中,主轴的输出心轴与铜套在高压油的作用下是不贴合接触的,接触到铜套轴承与心轴的是密封件,而机械密封件是由多个o型圈或油封组成,再加工在主轴高速旋转过程中会产生大量的热量,而这些热能会使主轴的轴心与铜套升温,而铜与轴承钢的热胀比不同,导致铜导热升温比钢快,随着主轴转速的升高,主轴外部的工件负载的增加,铜套的温升会抱死主轴心,最终导致铜套与轴心接触到磨损铜套,丢失精度。为了解决负载与转速温升的后果,传统已公开的专利方法是增加泵入油的量及扩大泵口流速,这种方法是可以解决一些温升问题,但会增加液压站的容量及功耗。如何使油温恒定是动静油压主轴能稳定高精度使用的关键,所以要在已公开的各种专利中再创新,加入更合理的油制冷设备,做到能在线控制油温,在动静油压主轴铜套处加设一至二个温度传感器,通过温度传感器在不同的主轴工作工况中把温度传过到数控系统,由数控系统接收到不同的温度后给数控油制冷机发送信号,数控油冷机收到信号后自动调节制冷的温度及流速流量,从而到主轴基本能在恒温状态下工作,达到高精度稳定使用的目标。这个创新特征在于给主轴的液压流体加入一全聪明能自理的脑子,能自动调节体温。

本结构中的主轴安装箱体4300为多面体空腔结构,其中箱内内部为空腔,主要为了减重及转接储存回流的液压油,把主轴内部高压油回流时作零时储存,起到在腔体内冷却,再方便由转接加油管接头4202接入,送回到油压站进行恒温冷却,再循环高压泵入主轴内。主轴安装箱体4300主要由箱体两端精密加工来支撑主轴的固定,为进一步得到箱高刚性,轻质量,位于箱体安装底面采用小方格腔体避空设置加强筋,底座中间设有导向滑动槽4303,方便整个箱体可以在安装平台上移动位置。主轴安装箱体4300前后两端,在底部与主轴壳体4109孔下方设有多个避重孔,孔与孔壁间设有加强筋,箱体底部两侧设有回油口螺纹孔,箱体上部设有进油口螺纹孔,箱体顶部设有封盖板,用螺栓4501锁入安装。主轴安装箱体4300采用优质铸铁铸造而成型后经过6面精加工而成。

本申请中,伺服电机包括：主轴永磁伺服电机转子4204、主轴永磁伺服电机定子4205、永磁伺服电机冷却水套4203、中空伺服永磁电机绝对值编码器4206、后拉油压缸联接法兰4207和后置式油压旋转缸或气压缸。其中,主轴永磁伺服电机转子4204、主轴永磁伺服电机定子4205、永磁伺服电机冷却水套4203和伺服电机的壳体4210依次由内至外位于主轴心轴4100的输入部外壁上；主轴永磁伺服电机转子4204通过内衬套与主轴心轴4100联接,通过胀套、压盖紧固螺栓4106方式安装固定。

永磁伺服电机的壳体4210为圆筒状,安装端为法兰形,另一端为电源线出线端,设有密封端盖4208,密封端盖4208外侧安装固定中空伺服永磁电机绝对值编码器4206；密封端盖4208上安装有中控编码器密封端盖4209；中空伺服永磁电机绝对值编码器4206位于中控编码器密封端盖4209内,并通过永磁伺服电机出线密封接头4211与外部连接；主轴心轴4100的输入部伸出永磁伺服电机的壳体4210的后端密封端盖4208,端部通过螺栓4501连接液压油缸安装法兰,液压油缸安装法兰通过螺栓4501连接后拉油压缸联接法兰4207。

主轴永磁伺服电机转子4204、主轴永磁伺服电机定子4205,是配套组合使用的,采用定子的绝缘等级为f级,定子内置温度传感器和130℃常闭热保护器。转子内外圆精磨,达到很好的动平衡性,通过内衬套与主轴心轴4100联接,通过胀套、压盖紧固螺栓4106方式安装固定。主轴永磁伺服电机转子4204、主轴永磁伺服电机定子4205,采用电压等级为400v高压输入,采用6极或4极的高转矩绕阻定子,定子外壳设有冷却水套,用于冷却运行产生的温度,通过外部液冷却使其能在恒定的温度平稳运行。

永磁伺服电机主壳体4210是与主轴安装箱体4300联接,永磁伺服电机主壳体4210是套设在定子水套外圆上,通过精密配合使定子固定主轴壳体4210内,主壳体4210一端设有冷却液入口接头,另一端设有回液出口,通过循环液流通带走主轴旋转时产生的热量。永磁伺服电机主壳体4210为圆筒状,安装端为法兰形,另一端为电源线出线端,设有密封端盖4208,密封端盖4208外侧安装固定中空伺服永磁电机绝对值编码器4206。

中空伺服永磁电机绝对值编码器4206,由外磁环与内磁环及编码器读数头组成,通过把内磁环固定在可旋转主轴心轴4100上,把外磁环与编码器读数头固定在密封端盖4208外侧,随着主轴心轴4100旋转带动内磁环旋转,通过外磁环上的读数头能精准把数据信息反馈给数控系统,达到在线实时测控的目的。中空伺服永磁电机绝对值编码器4206的出线由密封出线盒,密封编码线接头固定在电机主壳体4210后端。本结构中伺服电机转子定子后置装配,电机轴心与动静压主轴轴心为一体化同轴心,提高了整体轴心精度,减去了中空过渡的联接环间,达到了同轴同心的高精度制造结果。

本申请中后拉油压缸联接法兰4207通过紧固螺栓4106固定的主轴心轴4100后端,后置式油压旋转缸或气压缸通过紧固螺栓4106固定在联接法兰上。后置式油压旋转缸或气压缸供油供气系统,由外置油压站供油,通过高压管路泵入高压油,通过电磁阀由数控系统控油压缸的拉紧松开。使用气压缸时可以通过气泵输入高压气体,通过电磁阀由数控系统控气压缸的拉紧松开,油压缸与气压缸可以根不同工况而选择使用。

主轴前端输出转接法兰4107主要用于不同的工件可以快速更换,通过后置式油压旋转缸或气压缸,再由主轴心轴4100中心孔内的拉杆联接主轴输出端加装的液压卡盘4113或弹性筒夹,通过数控系统控制可以拉紧松开,实现机械手自动装卸料,实现自动化连续生产。在更换主轴前端输出转接法兰4107盘后,可以加装永磁吸盘4111,可以吸附各种异形被加工工件。在主轴心轴4100内孔设置有bt或莫氏结构的内锥孔,可以加装顶尖4112,配合机床尾座顶尖4112,可以通过两顶压工件旋转加工工件外周面。

主轴的输出轴心结构决定了,主轴的多种用途,本发明设计创新了几种方案,使动静油压主轴在实际应用过到更多的综合效果。被加工工件用的主轴,轴心设计为中空,可以穿接拉杆,主轴输出端设计为莫氏或bt系列结构。

作为一个具体的实施例,在x轴机械结构件的输出面板上分布砂轮修整机构,在x轴机械结构件的输出面板两侧分别以动静压主轴为中心设置有砂轮修正金刚笔支架座。砂轮修正金刚笔支架座位于动静压主轴工件轴结构件的箱体两侧,个所述砂轮修正笔支座的前端设置有两个不同方向的砂轮笔。其中位于后方的砂轮修正笔支座上,后侧砂轮笔用于修整动静压主轴外圆砂轮的砂轮端面与侧面,前侧砂轮笔用于修整高速电主轴与超高速电主轴的砂轮外圆及端面,位于前侧的砂轮修正金刚笔支架座上,一支砂轮笔用于修整磨内圆砂轮的端面,另一个方向的砂轮笔用于修整磨内圆砂轮的外圆。

作为一个具体的实施例,如图7、8所示,第一z轴机械结构件500包括：

第一z轴拖板：与磨床底座100整体铸造；第一z轴拖板的导轨槽为嵌入式,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；

第一z轴向丝杆驱动机构：包括z轴丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母套,组成传动精度结构；z轴丝杆采用c5以上等级高精度丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；

沿z轴方向,输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将z轴拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；伺服电机位于第一z轴向丝杆驱动机构的右侧。

作为一个具体的实施例,c轴分度头壳体位于第一z轴拖板的输出面板上,c轴伺服电机位于c轴分度头壳体的右侧,与c轴谐波发生器的输入端通过转向器连接；电机罩位于伺服电机的外部,伺服电机安装在电机板上。

包括：箱体610,输入轴620、输出轴630和内轴承631。输入轴620和输出轴630安装至箱体610。输入轴620通过两个轴承支撑,输入轴620驱动输出轴630绕中心轴线6101转动。输出轴630形成的通线孔632可以供电线和/或水管穿过,使数控传动分度机构6100的电线和/或水管的安装更为方便。内轴承631设置在通线孔632内。内轴承631对穿过通线孔632的电线和/或水管起到保护作用,避免电线和/或水管和通线孔632的孔壁发生摩擦造成磨损。作为一种具体的实施方式,通线孔632沿中心轴线6101贯穿输出轴630。内轴承631的外圈与通线孔632的内壁相接触。箱体610形成有出线孔611供穿过通线孔632的电线和/或水管穿出。出线孔611的孔深方向与通线孔632的孔深方向垂直。出线孔611的孔深方向与输入轴620的转动轴线平行。

数控工具磨床分度轴6100还包括伺服电机640和零间隙联轴器641。零间隙联轴器641连接伺服电机640的电机轴和输入轴620。数控工具磨床分度轴6100还包括电机座650。电机座650固定至箱体610。伺服电机640安装至电机座650。电机罩6180覆盖伺服电机640,起到防护作用。

输入轴620为双包络弧面蜗杆。输出轴630的外周安装有多个与双包络弧面蜗杆配合的滚针轴承633。多个滚针轴承633沿中心轴线6101的周向均匀分布。伺服电机640提供驱动力,伺服电机640的驱动力通过零间隙联轴器641传递至双包络弧面螺杆,由双包络弧面螺杆与滚针轴承633配合带动输出轴630转动,从而使得输出扭矩的倍增。

传动时,多个均匀分布的滚针轴承633同时与双包络弧面螺杆配合传动。这种传动方式产生的摩擦系数小,配合间隙小且传动精度高。

数控工具磨床分度轴6100还包括外轴承634。具体而言,外轴承634套接在输出轴630的外周,并用螺栓固定。外轴承634为交叉滚子轴承或径轴向转盘轴承。数控工具磨床分度轴6100还包括固定外轴承634位置的轴承压盖660。数控传动分度机构6100还包括输出盘670。输出盘670和轴承压盖660形成防水迷宫结构,能够有效的防水防尘,避免箱体610进水或进灰尘,作为油封的保护层,作出双重防护功能。作为一种具体的实施方式,轴承压盖660固定至箱体610。输出盘670固定至输出轴630。

数控传动分度机构6100还包括骨架油封结构680,对箱体610起到防护密封作用,避免内部润滑油泄露。同时也阻止外部粉尘进入箱体610。具体而言,骨架油封结构680设置于输出轴630的外周。箱体610采用了高强度铸铁成形,外形结构体积小,质量轻,有利于数控机床高速运动。箱体610的外壁面包括以外弧面612。箱体610形成有减重凹槽6102。外弧面612和减重凹槽6102位于箱体610的两侧。具体而言,外弧面612和减重凹槽6102位于箱体610相对的两侧。外弧面612和减重凹槽6102提高了箱体610的强度,减轻了箱体610的质量。在进行运动时,控制伺服电机可以驱动c轴分度旋转台在水平面上转动,调节第二z轴电主轴平移机械结构件的角度,由于磨内圆砂轮采用的是小砂轮,用于精磨以及内磨,通过动静压主轴工件轴结构件在x轴向的移动和c轴分度旋转台的转动角度的配合即可实现。

作为一个具体的实施例,第二z轴电主轴平移机械结构件包括：

拖板：拖板的导轨槽为嵌入式,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；拖板固定在固定座上；

丝杆驱动机构：包括丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母套,组成传动精度结构；丝杆采用c5以上等级高精度丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；

输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；伺服电机位于丝杆驱动机构的右侧；

输出面板上设置有设置的永磁同步电主轴；电主轴的输出端朝向动静压主轴工件轴结构件；电主轴的输出端上设置有磨内圆砂轮。

具体动作时,通过c轴分度旋转台的动作来控制第二z轴电主轴平移机械结构件在水平面上的可移动方向,第二z轴电主轴平移机械结构件通过丝杠的动作来调节电主轴的给进距离,以此扩大内圆的磨削深度和角度,从而使得本装置的内磨圆的磨削范围给广。

作为一个具体的实施例,第一z轴机械结构件500和第三z轴机械结构件700在磨床上尽可能的紧密靠近,由于这两个结构件不会同时工作,因此只要不完全紧挨,在加工过程中是不会产生任何干涉的。如图9所示,第三z轴机械结构件700包括：

第三z轴拖板：与磨床底座100整体铸造；第三z轴拖板的导轨槽为嵌入式,两条导轨槽在同一平面内平行；与导轨槽匹配的导轨采用滚柱形矩形导轨；滚柱形矩形导轨匹配有滚柱形滑块,每根导轨采用2个滑块配合使用；导轨和滑块组成平面精度结构；

第三z轴向丝杆驱动机构：包括z轴丝杆、轴承座、轴承和丝杆螺母套,组成传动精度结构；z轴丝杆采用c5以上等级高精度丝杆,轴承座分为前后两个轴承座组合使用,每个轴承座内装有2个配对组合的7系列p5级以上高精度推力轴承,丝杆螺母套采用分体式螺母套,螺母法兰面与输出面板联接呈90度直角面；丝杆两端头安装在轴承座的轴承内,丝杆的两端通过轴承座固定在拖板底座上中心位置上,轴承座的安装位置低于导轨面；丝杆的两侧各设置一条直线导轨,滑块安装在直线导轨上,滑块上安装输出面板；输出面板与丝杆螺母套与丝杆螺母联接,在丝杆旋转时带动螺母与输出面板在导轨上进行运动；

沿z轴方向,输出面板的两侧通过风琴罩连接轴封板和伺服电机的罩体；输出面板的两侧联接有侧封板；侧封板、输出面板风琴罩将z轴拖板总成形成密封保护罩；伺服电机的输出端通过零间隙联轴器联接丝杆输入端；伺服电机位于第三z轴向丝杆驱动机构的右侧；

第三z轴拖板的背面设置有拖链板；拖链板的上部固定连接有连接板；连接板与输出面板的侧面固定；拖链板的底部设置有下固定板；下固定板固定在z轴拖板的侧面。

作为一个具体的实施例,如图33-38所示,本申请中的机械结构还涉及到u轴,作为在线三维测量机构的安装机械件,在线三维测量机构包括触发式三维测量头和测量头驱动机构。

测量头驱动机构的底部固定在第三z轴机械结构件的输出面板上,测量头驱动机构的输出端与触发式三维测量头的底部连接,控制触发式三维测量头在第三z轴机械结构件的输出面板上做z轴向的移动或者沿垂直面的转动,使得触发式三维测量头对动静压主轴工件轴结构件上的工件进行在线测量。

本实施例中测量头驱动机构包含有两种方案,包括u轴平移机械结构件或b轴分度台。

其中,测量头驱动机构采用u轴平移机械结构件时,u轴机械结构件包括u轴拖板、u轴模组、u轴伺服电机及u轴风琴罩；u轴拖板的底部安装在第一z轴机械结构件的输出面板上,u轴模组安装在u轴拖板上；在u轴模组的u轴输出面板上固定安装有螺母套,在u轴模组内固定安装有u轴丝杆,u轴丝杆两端通过u轴轴承座安装在u轴模组内,u轴模组通过u轴丝杆与螺母套的配合横向安装在u轴拖板上；在u轴模组上位于u轴输出面板两端外盖接有u轴风琴罩,u轴风琴罩采用方筒形整体式密封无缝设计并与u轴输出面板的侧板金相联接,形成一个密闭而能运动的腔体；u轴伺服电机位于u轴机械结构件的右侧,输出端通过零间隙联轴器联接u轴丝杆输入端。

整个u轴平移机械结构件的结构与第三z轴机械结构件基本类似,触发式三维测量头的尾部设置有延长杆,并通过螺栓固定在直角型测量头支架上,直角型测量头支架的底部固定在u轴模组的输出面板上,从而形成触发式三维测量头的结构。

u轴平移机械结构件固定在第三z轴机械结构件的输出面板上,与第一z轴机械结构件的输出面板同一移动方向上作伸缩运动,其作用是增加z轴面板的延展性,且将触发式三维测量头固定在第三z轴机械结构件的输出面板上,触发式三维测量头在进行测量时与z轴面板上的砂轮主轴不会产生相互干涉。

在需要进行触发式三维测量头测量时,只需要单独驱动u轴伺服电机进行z轴上的移动,将触发式三维测量头的测量头移动到既定位置。

另一方案,测量头驱动机构采用b轴分度台时,包括谐波减速机支架、谐波减速机、伺服电机和电机罩；谐波减速机支架固定在第一z轴机械结构件的输出面板上；谐波减速机垂直固定在谐波减速机支架上,谐波减速机的输出方向为z轴垂直面且朝向后方；伺服电机的输出端与谐波减速机的输入端联接；谐波减速机的输出端与触发式三维测量头的底部侧面通过螺栓固定连接。

触发式三维测量头的尾部设置有延长杆,并通过螺栓固定在直角型测量头支架上,从而形成触发式三维测量头的结构。

在不进行测量时,整个触发式三维测量头向后方旋转90度,使得测量头朝上,在需要进行测量时,只需要控制伺服电机,即可驱动谐波减速机工作,进而带动测量头的旋转到既定位置,实现检测。本方案可以通过谐波减速机的高精度旋转定位,来实现三维测量头的运动位置,达到有效避让与砂轮在工作时的相互干涉。

作为一个具体的实施例,如图10所示,动静压主轴砂轮轴结构件安装于第三z轴机械结构件700的输出面板上,固定板的底部固定在第三z轴拖板的输出面板上,随输出面板在z轴上移动；电机和旋转主轴在固定板上上下分布,两者之间设置有中间固定板；旋转主轴与z轴平行,且输出端朝向左侧；电机设置有电机罩；电机的输出端在右侧,连接有小皮带轮；旋转主轴的输入端位于右侧,设置有大皮带轮；小皮带轮和大皮带轮通过同步带连接；旋转主轴的输出端连接有大砂轮。由于本装置能够同时实现精磨、粗磨、磨内圆和外圆磨,在本申请的结构中,动静压主轴砂轮轴结构件的输出端所安装的是大砂轮,主要用于粗磨以及外圆磨。电主轴的输出端所安装的是小砂轮,主要用于外圆的精磨。

作为一个具体的实施例,动静压主轴砂轮轴结构件的结构中可以采用高速心轴内冷动静油压永磁伺服电主轴,高精度主轴单元的类型有滚动轴承式机械主轴、动静压机械主轴、滚动轴承式电主轴、动静压电主轴等。本申请中应用了钨钢套轴承,有效控制热胀系数,提高耐磨性,加入了主轴心轴中空制冷回流循环装置,加入恒温控制器,有效控制心轴的升温变形,使已知的动静油压永磁伺服电主轴转速度调速范围得到拓宽,在不丢失高精度,高刚性的情况下,达到更高的转速。

电主轴按电机安装方式分类为外置式电主轴与内置式电主轴,外置式电主轴通过联轴器或皮带轮与机械主轴联接,具有安装维修方便等特点,但会消耗动力能耗,安装过程中同轴度精度不是非常高,噪音也会相对响一点；内置式电主轴,因其电动机转子定子装在轴心中间,前后两端装滚动轴承或滑动轴承,这种结构最大的弊端是时间用久了一定会渗油进电机转定子,最终引起电机损坏,后期维修成本高,重复拆装后,轴壳轴承轴心容易损伤损坏。

本结构中的高速心轴内冷动静油压永磁伺服电主轴中主轴心轴的输入部为中空,输出部为实心,主轴心轴的中空结构部分通入冷却回流循环装置,主轴心轴的输入部的输入端设置高压进油孔,与主轴壳体腔室共用出油口,形成一个封密的液流循环内腔,进油口设有转接滚动密封轴承和转接法兰,在主轴心轴高速转时,接入的液压管接头及管路不动,为保障心轴制冷稳定均量,心轴内设有多个用于制冷回流的小孔。

本结构的创新在于主轴心轴的中空可通入冷却回流循环装置,伺服电机转子定子后置装配,电机轴心与动静压主轴轴心为一体化同轴心,提高了整体轴心精度。本方案减去了中空过渡的联接环间,达到了同轴同心的高精度制造结果。该主轴中,止推钨钢套轴承8101、径向止推钨钢套轴承8104、径向内支撑钨钢套轴承8105,都设有多道油密封环,密封环为耐磨耐高温材料。箱体轴前盖8102设有密封环,箱体轴前盖8102再加入高气密封设置,箱体轴前盖8102用于密封止推钨钢套轴承8101轴承。止推钨钢套轴承8101轴承位于主轴心轴止推法兰8103的前端,径向止推钨钢套轴承8104轴承位于主轴心轴止推法兰8103的后端；止推钨钢套轴承8101的径向外侧设置有法兰面；径向内支撑钨钢套轴承8105轴承位于主轴心轴8100本体的输入端一侧的外表面上；径向止推钨钢套轴承104和径向钨钢套轴承均位于主轴壳体8109的壳体内侧。动静油压主轴使用三个钨钢套作为滑动轴承支撑,其中设定2个钨钢套设有止推作用,即径轴向都有支撑,而且2个止推钨钢套都设在出力输出端位置,这种创新是拆装维修方便,可以把精度做得更高。钨钢套材质确定为高密度铸造或锻打锡青合金铜材质,提高耐磨性及控制热变形量,达到微间隙、微变形与轴心配合。

具体地,在主轴外壳上设置有进油孔8216,该孔与箱体上的液压油进油孔8301相联接,在主轴外壳内设置有液压油的流动空腔,该空腔的出口位于径向止推钨钢套8104和径向内支撑钨钢套8105上,液压油通过该空腔进入轴承套所在位置,径向止推钨钢套8104和径向内支撑钨钢套8105自身均设置有通孔,使得液压油能够从轴承套与主轴外壳之间流向轴承套与主轴心轴之间,径向止推钨钢套8104和径向内支撑钨钢套8105的内侧均设置有一个很微薄的空腔,用于流入液压油,随着液压油进入轴承套位置之后,轴承套与主轴心轴在高压油作用下浮离,在确保了两者之间相互浮离之后,主轴在静压油浮起的状态下进行高速转动,在主轴启动后,依靠浅腔阶梯效应形成的动压承载力和静压承载力叠加,大大地提高了主轴承载能力,且克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象,提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性,高压油膜的均化作用和良好的抗振性能,保证了主轴具有很高旋转精度和运转平稳性。在主轴外壳上还可以设置有出油孔8217,使得液压油能够回流至箱体内,也可以直接在主轴外壳的出油孔8217接出管接头回流至主轴油压站机构中。

本结构中动静油压主轴的钨钢套轴承与轴心是紧密微米级的间隙配合,在密闭的轴腔内泵入高压主轴油,使轴心与钨钢套在压力的作用下浮离,在实际使用过程中,主轴的输出心轴与钨钢套在高压油的作用下是不贴合接触的,接触到钨钢套轴承与心轴的是密封件,而机械密封件是由多个o型圈或油封组成。与现有的技术所不同的是,现有技术中所采用的铜套,再加工在主轴高速旋转过程中会产生大量的热量,而这些热能会使主轴的轴心与铜套升温,而铜与轴承钢的热胀比不同,导致铜导热升温比钢快,随着主轴转速的升高,主轴外部的工件负载的增加,铜套的温升会抱死主轴心,最终导致铜套与轴心接触到磨损心轴,丢失精度。本申请中的主轴安装箱体以及伺服电机与工件轴上的箱体以及伺服电机完全一致,这里不进行重复说明。

在本申请中,加工的对象都是呈中心对称的圆形或者圆锥形,因此,并不需要z轴相关的升降结构,将动静压主轴工件轴结构件、动静压主轴砂轮轴结构件和电主轴的输出中心均设置在同一水平高度上,这样只需要控制相互之间的位置关系即可以实现内外圆磨。

最后,如图39-43所示,是本申请所采用的数控控制系统的操作界面图,操作者只需要对根据界面的指引操作,即可以实现对内部工件的粗磨以及精磨的加工。

在本申请中,还可以通过减去在线三维测量机构所在的b轴和或第二z轴电主轴平移机械结构件形成五轴数控内外圆复合磨床或四轴数控内外圆复合磨床,在本申请中在线三维测量机构所在的轴与第二z轴电主轴平移机械结构件所在的轴都是独立运动的,因此将其一或其二去掉之后,依旧能够实现本申请所要完成的磨内圆和磨外圆的作用。

以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等),这些等同变换均属于本发明的保护。