专利名称：球面研磨机的制作方法
技术领域：
本实用新型一种研磨装置，具体涉及一种用于加工球铰类凹凸工件的球面研磨机。
背景技术：
球铰类结构体是机械装配中常用的零部件，其主要是将两构件活动连接，且保证两构件能够绕连接中心(其球铰圆形的圆心)转动，即通常所说的万向转动连接，例如，常见的万向节、相机三脚架云台与支撑脚的转动机构，通常会采用球铰实现其万向转动的目的。以现有的相机三脚架云台与支撑脚的转动连接机构为例，其凸球件和凹球件机械加工车床加工成型，进行表面处理之后直接装配，由于很难控制机械加工精度，二者装配之后存在很大装配间隙，存在使用缺陷。为了能够消除装配间隙造成的使用缺陷，通常是在凸球件和凹球件的装配间隙内注入或涂抹阻尼油，以获得良好的配合效果，但随时间的推移，阻尼油会老化，且间隙并未消失，外部灰尘渗入并附和在阻尼油上，如此则加速了球铰的磨损，减少了球铰的使用寿命。综上所述，开发一种加工球铰类零件的装置，以克服球铰的上述缺陷，已经成为业内关注的焦点。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在于提供一种球面研磨机，其可以有效消除球铰中凸球件和凹球件的装配间隙，无需加注阻尼油，提高球铰的使用寿命。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案球面研磨机,包括，沿Z轴延伸的组合轴，包括一个滑动轴和一个与其同轴的空心旋转轴，滑动轴插入旋转轴，二者同步连接；滑动轴的下端部供预研磨的凸球件安装，滑动轴与一带动其沿Z轴上下活动的主动气缸连接；且旋转轴与一带动其绕自身中心轴转动的主动电机同步联接；摆臂组件，该摆臂组件包括沿X轴延伸的摆臂轴、带动摆臂轴在Z轴和Y轴所形成的平面内摆动的步进电机、以及同步连接在摆臂轴上供凹球件安装的连接座，凸球件及凹球件的球心重合，且该重合的球心位于摆臂轴的转动轴线上。该球面研磨机还包括有分别位于两侧的两个侧板、一个面板组件、以及一底板，两侧板互相平行，面板组件位于两侧板上顶端之间，两侧板的下端部固定在底板上。旋转轴安装在面板组件上，其两端被限定在面板组件的上端部和下端部之间，滑动轴的上下两端分别由旋转轴的上下两端穿出，滑动轴的外表面设置有沿其长度方向延伸的滑槽，旋转轴沿其径向穿接有同步螺钉，该同步螺钉的内侧端嵌入到滑槽内并可沿滑槽的长度方向滑动；旋转轴的外部同步套接有第一同步轮，滑动轴电机的输出轴与第一同步轮同步联接。面板组件包括横跨在两侧板顶端之间的面板、固定在面板下表面的轴承支座，封盖在轴承支座下端部的下轴承盖、以及固定在面板上部与面板平行的水平连接板，旋转轴通过面板轴承安装在面板上，旋转轴的下端部位于轴承支座和下轴承盖围成的空间内，且旋转轴通过下限位轴承安装在轴承支座上，滑动轴下端部穿出旋转轴的部分穿过轴承盖上预设的轴孔，下限位轴承的下端面与下轴承盖的内表面之间安装有一套设在旋转轴外部的弹性挡圈，旋转轴的上端部通过上限位轴承安装在水平连接板上，在旋转轴外部套设有一压盖在上限位轴承上部的上轴承压板，旋转轴上顶端螺接有一压盖在上轴承压板上表面的顶端限位螺母。滑动轴上端部穿出旋转轴的部分与主动气缸的自 由端联接。滑动轴上端部套设有轴承压板和平面轴承座，轴承压板和平面轴承座之间设置有套设在滑动轴上的双面推力球轴承，轴承压板上部设置有螺接在滑动轴上的锁紧螺母，主动气缸的自由端与平面轴承座固定联接。该球面研磨机还包括有一抬升气缸，该抬升气缸的缸体部分固定在面板或水平连接板上，其自由端朝上并与主动气缸的缸体固定连接。摆臂轴包括两个同轴的摆臂轴单元，该两个摆臂轴单元分别通过一转动轴承安装在侧板上，摆臂轴单元穿过与其对应的侧板的内侧端同步联接有一“L”形连接板，两“L”形连接板的底端折弯上部之间固定有一水平延伸的托板，连接座固定在托板的上表面。步进电机固定在面板上或其中一个侧板上，其中一个摆臂轴单元穿出与其对应的侧板的外侧端部安装有第二同步轮，步进电机的转轴与第二同步轮同步联接。滑动轴的下端部安装有一快速连接头。本实用新型的有益效果在于I、经研磨后，摩擦副间接触面可达90%，消除了机加工后的间隙，摩擦力加大，球铰承载的负荷将大大增加；转动的稳定性增强；2、研磨过程可数字化控制，包括研磨压力，速度，研磨量，研磨表面质量均可控，如此可获得稳定的研磨质量；3、研磨是自动完成的，调整电机转速，可缩短研磨工时；可设计成4工位、6工位、8工位机型，则生产效率可大大提高，节省人工。4、该球面研磨机的每个工步都是在PLC的控制下自动化完成的，则可实现生产过程自动化。
图I为本实用新型一种球面研磨机的结构示意图；图2为图I所示球面研磨机的剖视图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式
，对本实用新型做进一步描述如图1、2所示，为本实用新型一种球面研磨机，包括沿Z轴延伸的组合轴，一个滑动轴101和一个同轴旋转轴102，滑动轴101插入旋转轴102，二者同步连接；该滑动轴101在气缸401的带动下沿Z轴上下活动，同时，该滑动轴101随同旋转轴102在电机104带动下绕其自身轴线转动；该研磨机还包括有一摆臂轴，摆臂轴沿X向(即该研磨机的长度方向)延伸，在摆臂轴上同步连接有一连接座307,摆臂轴通过步进电机301带动，步进电机301在一定角度内摆动，通过摆臂轴带动连接座307在Z轴与Y轴形成的平面内摆动。上述摆臂轴具体通过如下方式安装，该球面研磨机还包括分别位于其长度方向两端的侧板202，位于两侧板202上顶端之间的面板201、以及底板214，两侧板202互相平行，其二者的下端部通过销钉或螺栓紧固连接在底板214上。摆臂轴包括两个同轴的摆臂轴单元302，该两摆臂轴单元302分别通过一轴承304安装在两侧板202上，在摆臂轴单元302穿过与其装配的侧板202的内侧，同步安装有一 “L”连接板305，两“L”形连接板305相对设置，在其二者底端部折弯上部之间连接有一水平布置的托板306，连接座307被固定在托板306的中间位置。步进电机301的机体部分可以是固定在面板201上或其中一个侧板202上，在其中一个摆臂轴单元302穿出与其对应的侧板202的外侧同步联接有一同步轮303，步进电机301的转轴与同步轮303通过一绕设在其二者外部的同步皮带(图未示)联接。 面板201下表面中间位置固定有一轴承支座203，该轴承支座203的下端面封盖有一下轴承盖204，面板201的上方设置有一与其平行的水平连接板207，该水平连接板207与面板201的上表面相隔一定距离，其可以是通过多根立柱固定在面板201的上表面，面板201与轴承支座203、下轴承盖204、水平连接板207可以视作一整体的面板组件，面板组件内设置有一沿Z轴延伸的旋转轴102，滑动轴101活动的插装在旋转轴102中，旋转轴102可相对于面板201绕其自身轴线转动，但是，其沿Z轴活动的自由度被面板组件所限定。旋转轴102通过轴承211安装在面板201上，轴承211上设置有一套设在旋转轴102外部的轴承压板212，在轴承压板212上位于旋转轴102的外部套装有锁紧螺母213，锁紧螺母213锁和在旋转轴102的外部可用于向下压紧轴承压板212，限定轴承211沿Z轴的自由度。旋转轴102沿Z轴活动的自由度具体是利用如下结构限定，旋转轴102的下端部位于轴承支座203和下轴承盖204围成的空间内，旋转轴102下端部外周缘与轴承支座203内壁之间安装有一下限位轴承205，下限位轴承205的下端面与下轴承盖204内侧端面之间安装有一套设在旋转轴102外部的弹性挡圈206，由于下轴承盖204与弹性单圈206止挡在旋转轴102的下端部，使旋转轴102不能够相对于面板201或面板组件沿Z轴向下活动，同时由于下限位轴承205的作用，能够使旋转轴102能够灵活的相对于轴承支座203转动；旋转轴
102的上端部通过一上限位轴承208安装在水平连接板207上，在上限位轴承208的上部设置有一轴承压板209，该轴承压板209套设在旋转轴102的外部，轴承压板209的上部设置有一螺接在旋转轴上的顶端限位螺母210，顶端限位螺母210下压轴承压板209，其二者与上限位轴承208共同作用，限定旋转轴102沿Z轴向上活动，同时保证旋转轴能够灵活的相对于水平连接板207转动。上述的旋转轴102是一个阶梯轴，它由三个单列深沟球轴承205、211、208支撑，轴承205的座圈由轴承支座203轴承盖204定位，轴承205的轴圈由弹性挡圈206作轴向定位；轴承211的座圈即固定在面板201上，轴承压板212也锁紧在面板201上，轴承211的轴圈由锁紧螺母213和轴圈压环作轴向定位；轴承208的座圈即固定在水平连接板207上，轴承座圈压板也锁紧在其上，轴承208的轴圈由锁紧螺母213和轴圈压环作轴向定位。水平连接板207通过四个支柱固定在面板201上；轴承208的作用是支撑旋转轴102的轴端，以平衡同步轮103的皮带拉力。电机104与旋转轴102同步联接，其机体固定在面板201上，当然也可以是固定在侧板202或水平连接板207上，以电机104固定在面板201上为例，其转动轴与旋转轴102的延伸方向平行，旋转轴102的外部同步安装有一同步轮103，电机104的转轴与同步轮
103通过一绕设在其二者上的同步皮带联接，如此，电机104可带动旋转轴102转动。由于旋转轴102不会沿Z轴相对于面板201活动，而滑动轴101能够沿Z轴上下活动，因此，要求滑动轴101能够相对于旋转轴102沿Z轴活动，并且滑动轴101与旋转轴102同步转动，在滑动轴101的外壁设置有沿其长度方向延伸的滑槽1011，旋转轴102上沿其径向穿接有同步螺钉1021，同步螺钉1021内侧端穿过旋转轴102的侧壁伸入到滑槽1011中，如此，旋转轴102在电机104带动下转动时，滑动轴101可随着旋转轴102转动，并且，滑动轴101在上下活动时，同步螺钉1021可在滑槽1011内滑动，从而，实现滑动轴101相对于旋转轴102沿Z轴活动的自由度，滑动轴101相对于旋转轴102上下活动的范围，由滑槽1011在滑动轴101上的位置以及长度决定。·[0033]气缸401位于水平连接板207的上方，其自由端沿Z轴向下延伸并与滑动轴101穿出旋转轴102上端部的部分同步联接，具体是，气缸401的自由端固定有一安装板402，该安装板的下表面固定有一平面轴承座403，平面轴承座403的上端面具有一轴承压板405，轴承压板405和平面轴承座403之间设置有一套设在滑动轴101上的双面双面推力球轴承404，轴承压板405的上部设置有一锁紧螺母406，该锁紧螺母406螺接在滑动轴101上并向下压紧轴承压板405，具体的是，滑动轴101的上端台阶与双面推力球轴承404的轴圈连接，再由轴承压板405和锁紧螺母406锁紧，完成轴向定位，双面推力球轴承404的上下座圈则连接平面轴承座403，由座圈压板407压紧；平面轴承座403由四个圆柱与安装板402紧固，进而，连接到气缸401的活塞连接板上；如此，则气缸401的自由端沿Z轴上下活动时,可带动滑动轴101上下活动，并且保证滑动轴101可相对于平面轴承座403转动。上述研磨机还包括有一气缸501，该气缸501的缸体部分通过一连接板502固定在水平连接板207上，其自由端沿Z轴向上延伸，在气缸501的自由端上固定有一连接板503，上述气缸401的缸体部分固定在连接板503上，启动气缸501，可带动气缸401的缸体沿Z轴上下活动。当然，上述气缸501也可以是固定在面板201上。滑动轴101的下端部从旋转轴102的下端穿出，其滑动轴101的下端部开设锥形结构，用于安装快速连接头105，该快速连接头105用于与预加工的凸球件A连接，而连接座307的上表面用于连接相应的凹球件B，使用时，启动气缸501，其抬升气缸401的同时，将滑动轴101下端部抬升一定的高度，此时，将预研磨的凸球件A安装在快速连接头105上，同时将预研磨的凹球件B安装在连接座307上,再由气缸501带动,使凸球件A向下运动至预定位置，此时，凸球件A和凹球件B之间还存在一定距离，启动气缸401，其带动滑动轴101向下运动，至凸球件A和凹球件B配合完成，即凸球件A与凹球件B的球心重合，之后，启动电机104以及步进电机301，电机104带动凸球件A绕滑动轴101的轴线转动，同时，步进电机301在编码器程序的作用下交替做正反方向旋转，带动凹球件B摆动，由于凸球件A与凹球件B的球心位于摆臂轴单元302的转动轴线上，因此，凹球件B的内凹面与凸球件A的外球面相互摩擦，经过高频率的多次作用后，使凹球件B和凸球件A充分磨合，完成研磨后，启动气缸501，带动滑动轴101向上运动，拆卸研磨好的凹球件B和凸球件A，可继续进行下一组工件的研磨。在研磨过程中，可根据不同产品的要求，调整连接座307，以改变凹球件的位置，使凹球件与凸球件能够上下对应。上述结构中，气缸401和气缸501均是沿Z轴延伸，气缸401是低压微动的双向动作气缸，其提供研磨过程中摩擦付间的压力和进给行程；气缸501则有较大的行程，提供装拆快速连接头105和凸球件A组合体的空间。可在平面轴承座403与水平连接板207间设置限位钉，控制两者之间的距离，就可以实现滑动轴101在Z轴上下位置的精确位置的控制。气缸401的功能，对某些类型的工件可以用弹簧来实现。轴承盖204可作为快速连接头105的轴向限位，拆卸时，滑动轴101被向上抬起， 快速连接头105碰触轴承盖204，实现快速拆卸。以上结构是本实用新型单工位研磨机的结构形式，然而，为了提升生产效率，本实用新型还可以是包括多个工位，多个工位的结构形式与上述大致相同，其主要是在同一个机体上，安装多个带动工件转动的滑动轴，以及相应的摆臂轴。根据公知技术常识，本实用新型可利用控制器对电机、步进电机以及气缸进行控制，研磨压力，速度，研磨量，研磨表面质量等参数均可根据需要进行调节，以达到最佳的研磨效果。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
权利要求1.球面研磨机，其特征在于，包括，沿Z轴延伸的组合轴，包括一个滑动轴和一个与其同轴的空心旋转轴，滑动轴插入旋转轴，二者同步连接；滑动轴的下端部供预研磨的凸球件安装，滑动轴与一带动其沿Z轴上下活动的主动气缸连接；且旋转轴与一带动其绕自身中心轴转动的主动电机同步联接； 摆臂组件，该摆臂组件包括沿X轴延伸的摆臂轴、带动摆臂轴在Z轴和Y轴所形成的平面内摆动的步进电机、以及同步连接在摆臂轴上供凹球件安装的连接座，凸球件及凹球件的球心重合，且该重合的球心位于摆臂轴的转动轴线上。
2.如权利要求I所述的球面研磨机，其特征在于，该球面研磨机还包括有分别位于两侧的两个侧板、一个面板组件、以及一底板，两侧板互相平行，面板组件位于两侧板上顶端之间，两侧板的下端部固定在底板上。
3.如权利要求2所述的球面研磨机，其特征在于，旋转轴安装在面板组件上，其两端被限定在面板组件的上端部和下端部之间，滑动轴的上下两端分别由旋转轴的上下两端穿出，滑动轴的外表面设置有沿其长度方向延伸的滑槽，旋转轴沿其径向穿接有同步螺钉，该同步螺钉的内侧端嵌入到滑槽内并可沿滑槽的长度方向滑动；旋转轴的外部同步套接有第一同步轮，滑动轴电机的输出轴与第一同步轮同步联接。
4.如权利要求3所述的球面研磨机，其特征在于，面板组件包括横跨在两侧板顶端之间的面板、固定在面板下表面的轴承支座，封盖在轴承支座下端部的下轴承盖、以及固定在面板上部与面板平行的水平连接板，旋转轴通过面板轴承安装在面板上，旋转轴的下端部位于轴承支座和下轴承盖围成的空间内，且旋转轴通过下限位轴承安装在轴承支座上，滑动轴下端部穿出旋转轴的部分穿过轴承盖上预设的轴孔，下限位轴承的下端面与下轴承盖的内表面之间安装有一套设在旋转轴外部的弹性挡圈，旋转轴的上端部通过上限位轴承安装在水平连接板上，在旋转轴外部套设有一压盖在上限位轴承上部的上轴承压板，旋转轴上顶端螺接有一压盖在上轴承压板上表面的顶端限位螺母。
5.如权利要求3所述的球面研磨机，其特征在于，滑动轴上端部穿出旋转轴的部分与主动气缸的自由端联接。
6.如权利要求5所述的球面研磨机，其特征在于，滑动轴上端部套设有轴承压板和平面轴承座，轴承压板和平面轴承座之间设置有套设在滑动轴上的双面推力球轴承，轴承压板上部设置有螺接在滑动轴上的锁紧螺母，主动气缸的自由端与平面轴承座固定联接。
7.如权利要求5所述的球面研磨机，其特征在于，该球面研磨机还包括有一抬升气缸，该抬升气缸的缸体部分固定在面板或水平连接板上，其自由端朝上并与主动气缸的缸体固定连接。
8.如权利要求2所述的球面研磨机，其特征在于，摆臂轴包括两个同轴的摆臂轴单元，该两个摆臂轴单元分别通过一转动轴承安装在侧板上，摆臂轴单元穿过与其对应的侧板的内侧端同步联接有一 “L”形连接板，两“L”形连接板的底端折弯上部之间固定有一水平延伸的托板，连接座固定在托板的上表面。
9.如权利要求8所述的球面研磨机，其特征在于，步进电机固定在面板上或其中一个侧板上，其中一个摆臂轴单元穿出与其对应的侧板的外侧端部安装有第二同步轮，步进电机的转轴与第二同步轮同步联接。
10.如权利要求I所述的球面研磨机，其特征在于，滑动轴的下端部安装有一快速连接头。
专利摘要本实用新型公开了一种球面研磨机，包括，沿Z轴延伸的组合轴，包括滑动轴和旋转轴，滑动轴插入旋转轴，二者同步连接；滑动轴的下端部供预研磨的凸球件安装，滑动轴的上端与一带动其沿Z轴上下活动的主动气缸连接；且旋转轴与一带动其绕自身中心轴转动的主动电机同步联接；摆臂组件，该摆臂组件包括沿X轴延伸的摆臂轴、带动摆臂轴在Z轴和Y轴所形成的平面内摆动的步进电机、以及同步连接在摆臂轴上供凹球件安装的连接座，凸球件及凹球件的球心重合，且该重合的球心位于摆臂轴的转动轴线上。经研磨后，摩擦副间接触面可达90%，消除了机加工后的间隙；可实现智能控制，生产效率高，节省人工，满足大规模自动化生产的要求。
文档编号B24B37/025GK202572112SQ201220146959
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者王燕桥 申请人:王燕桥