一种工件旋转轴及抛光机的制作方法

本发明涉及数控抛光设备，具体涉及一种抛光机的c轴及抛光机。

背景技术：

1、五轴抛光机的工件旋转轴(c轴)在抛光工作和清洗机台过程中，需要经受抛光液和冲洗水的冲刷。由于抛光液种类有酸性和碱性，并且酸碱性强度越大，对于抛光的辅助作用更好，效率更高，因此，抛光作业中，在安全可控的情况下，很多工艺倾向采用添加强酸强碱作为抛光液的辅助剂。这样的液体一旦进入到c轴的内部，安装在c轴下面的导轨、丝杆、精密减速机、伺服电机等零部件将承受严峻的腐蚀考验，上述零部件一旦被腐蚀，c轴的精度会受到严重影响，机床轻则需要大修，重则需要再制造或者报废，因此在五轴抛光领域，c轴防护是一项很重要的课题。

2、五轴抛光机的c轴难防护，是由其工作特点决定的，c轴既要承担装夹工件的任务，还是旋转轴，涉及到动密封，c轴又与v轴相连，必须参与实时力控补偿，c轴不能受无关外力影响，因此，不可能将c轴动密封封死，只能采用缝隙较大的迷宫密封。在五轴抛光机工作时，抛光液和冲洗水在喷射的情况下，会从迷宫间隙飞溅到c轴内部，即便c轴内部尽可能采用不锈钢防锈或耐腐蚀等材料，抛光液和冲洗水的腐蚀作用仍会对c轴造成影响，而c轴作为需要精确运动和良好润滑的部件，其一旦受到影响则会影响整个五轴抛光机的精度。

3、另外，由于c轴需要高的重复定位精度，又需要比较大的扭矩，因此，c轴在设计时，工程技术人员首选采用伺服电机直联高精度减速机的方式来驱动。但是，这种设计，使得c轴很脆弱，在c轴遭受意外撞机时，很容易损坏精密减速机或者压力传感器，造成维修成本很高，降低了设备的可靠性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种可有效解决c轴防水问题且防水密封效果好、又可承受一定冲击(意外撞机)而不容易损坏的工件旋转轴及抛光机。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

2、一种工件旋转轴，包括支撑柱、治具连接板和拉杆，所述支撑柱的底端开口且内腔中空(并且开口大小要较大，保证后续防水结构的装设)，所述支撑柱的一端与旋转驱动组件相连，所述支撑柱的另一端与所述治具连接板相连，所述拉杆设于所述支撑柱的内腔中，所述拉杆的一端向外延伸穿过所述治具连接板设置；所述拉杆与治具连接板之间设有用于防止液体从拉杆和治具连接板之间渗入的第一主动密封组件和用于将渗入液体排出的第一被动排水组件，所述拉杆与支撑柱之间设有用于防止液体从拉杆和支撑柱之间渗入的第二主动密封组件和用于将渗入液体排出的第二被动排水组件。

3、上述工件旋转轴中，优选的，所述第一主动密封组件包括上油封和下油封，所述上油封和下油封均设置于所述拉杆和治具连接板之间，且所述上油封和下油封彼此间隔且相对布置。拉杆下部在支撑柱里面，并且穿过治具连接板，是上下运动的零件，上部暴露在外面，所以会经受抛光液的冲刷，并且抛光液会顺着拉杆向下流动。因此本发明在拉杆通过治具连接板的位置设计了相互配合的上油封和下油封，起到双重保险作用，既防尘防杂质，又起到密封防水的作用。

4、上述工件旋转轴中，优选的，所述治具连接板位于所述上油封和下油封之间的位置设有紧靠所述拉杆的台阶，所述第一被动排水组件包括设置于所述台阶内的第一排水通道，所述第一排水通道的一端与上油封和下油封之间的缝隙连通，另一端与治具连接板的外部连通。本发明治具连接板的侧边，设置关键的第一排水通道，可以排出治具连接板中，上油封和下油封中间的积水。上油封如果出现泄漏，渗漏进来的水，首先大部分会从第一排水通道排出，减小下油封以及下面其他防水结构的压力。

5、上述工件旋转轴中，优选的，所述第二主动密封组件包括挡水帽和兜水帽，所述挡水帽的一端与所述拉杆静密封连接，另一端罩设于所述兜水帽上方，所述兜水帽的一端与所述支撑柱静密封连接，另一端被罩在所述挡水帽的内侧。挡水帽和拉杆之间位置固定，并通过o型圈形成静密封，兜水帽和支撑柱之间位置固定，通过o型圈和支撑柱形成静密封，可以进一步起到密封效果。

6、上述工件旋转轴中，优选的，所述挡水帽包括依次相连的挡水帽连接段、挡水帽竖直段和挡水帽水平段，所述挡水帽连接段通过一第一密封o型圈与所述拉杆密封连接，所述兜水帽包括依次连接的兜水帽连接段、兜水帽竖直段和兜水帽水平段，所述兜水帽连接段通过一第二密封o型圈与所述支撑柱的内壁密封连接，所述挡水帽竖直段和兜水帽竖直段均沿竖直方向且相互之间部分错位设置，所述挡水帽水平段位于挡水帽竖直段和兜水帽竖直段之间且紧贴兜水帽竖直段设置，所述兜水帽水平段位于兜水帽竖直段和拉杆之间且紧贴拉杆设置，所述兜水帽水平段的设置高度高于挡水帽水平段的设置高度。

7、上述工件旋转轴中，优选的，所述第二被动排水组件包括设于所述支撑柱内的第二排水通道，所述第二排水通道的一端与所述第二主动密封组件和支撑柱之间的空间连通，另一端与所述支撑柱的外部连通，且所述兜水帽连接段部分阻挡所述第二排水通道。本发明在支撑柱的侧壁上，位于挡水帽和兜水帽之间，设置关键的第二排水通道，可以排出挡水帽和兜水帽之间的积水。当突破上层密封结构阻挡而来的水，流到这里时，大部分将从此第二排水通道流出，顺着支撑柱外壁往下流，避免进入支撑柱内部。通过兜水帽连接段部分阻挡所述第二排水通道，使得兜水帽连接段高于第二排水通道的底部，可以便于将流到兜水帽连接段处的水顺利通过第二排水通道排出，避免积水，提高密封效果。

8、本发明中，通过设置挡水帽和兜水帽，并优化其二者的结构以及位置关系，此挡水帽和兜水帽互相配合，挡水帽和拉杆为静密封，兜水帽和支撑柱为静密封，均达到良好的密封效果，这对交错的挡水帽和兜水帽形成一个零件罩住另一个零件的结构，即兜水帽被挡水帽罩住，挡水帽和拉杆上下移动，上面一旦有水渗漏下来，首先流到挡水帽上，再到兜水帽上，并通过第二排水通道排出，不会进入支撑柱中央内部并往下流。此外，考虑到本发明的拉杆既要进行旋转，又要上下动作，通过优化挡水帽和兜水帽的具体结构，挡水帽包括依次相连的挡水帽连接段、挡水帽竖直段和挡水帽水平段，兜水帽包括依次连接的兜水帽连接段、兜水帽竖直段和兜水帽水平段，再通过各部分的位置关系优化，可以更好的配合拉杆和支撑柱起到防水密封的效果。

9、上述工件旋转轴中，优选的，所述拉杆与支撑柱之间设有自润轴承、拉杆封和压盖，所述自润轴承设于所述第二主动密封组件的上方，所述拉杆封紧贴所述自润轴承的上部设置，所述压盖的下端紧贴拉杆封设置，所述压盖的上端位于支撑柱的端面位置且紧贴第一主动密封组件的下部设置。为了运动顺畅，本发明在支撑柱的上端，设计了自润轴承，自润轴承的上部，还有拉杆封，拉杆封的上面还压有一个压盖(如采用塑料王压盖)，防止拉杆封损坏。设置拉杆封和塑料王压盖还可进一步起到防水作用。

10、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种抛光机，包括上述的工件旋转轴，所述旋转驱动组件包括伺服电机、主同步轮、同步带、从动同步轮和精密减速机，所述伺服电机与所述主同步轮相连，所述主同步轮通过所述同步带带动所述从动同步轮转动，所述从动同步轮与所述精密减速机的输入轴相连，所述精密减速机的输出轴与所述支撑柱相连，且所述精密减速机的减速比为50-80。

11、由于c轴是工件旋转轴，加工较大尺寸的产品时，微小的旋转位置偏移，对加工都将产生偏差，行业经验一般要求减速机的背隙小于1角分，因此，行业设备基本上都是采用高精度的无间隙凸轮分割器减速机、精密双导程涡轮蜗杆减速机、精密rv减速机、精密谐波减速机，并且都是伺服直联，尽可能减少中间过渡环节。一般不采用链传动，同步带带传动，以及弹性联轴器，以消除不必要的误差。但是，采用上述结构，虽然保证了精度，但会存在以下两个明显的问题：一是防水结构不好装设，采用上述传动结构，支撑柱下端和内部难以有空间向支撑柱内装设防水结构；二是不耐冲击，设备出现意外冲击时，由于c轴靠伺服释能锁定，系统都是刚性联接，元器件只能发生形变，当形变较小在正常弹性模量下，不超过材料的屈服极限时，还可以恢复原样，当瞬时力度过大，超过材料的屈服极限，形变过大导致损坏，容易损坏的就是减速机和压力传感器。

12、本发明反其道而用之，采用在伺服电机、主同步轮、同步带和从动同步轮连接减速机，并采用减速比比较大的减速机，减速比达到50-80，同步轮采用分度圆直径78的轮子，经过计算可得，精度影响在可接受范围内。减速比超过80，由于减速比过大，c轴旋转速度太慢，不能满足插补仿形加工的速度，没有实际工程意义。

13、以常用五轴抛光机为例，本发明c轴采用额定力矩为2.4nm的伺服电机，经过减速机放大80倍，达到192nm，而抛光力矩仅仅只有3.5nm。当发生意外撞机时，瞬时冲击力度很大，就算超过192nm，迫使反向力矩驱使减速机反转，由于伺服电机的保持力矩存在，那么中间的同步带会发生形变，影响伺服电机报警，但是不会损坏减速机和压力传感器，提高设备的耐冲击能力。并且，采用上述旋转驱动组件，支撑柱下端可设置大开口用于装设本发明的主动密封组件，有利于防水结构的装设，上述旋转驱动组件不仅考虑到了耐冲击性能，还考虑到了防水结构的装设，旋转驱动组件和防水结构相互配合，整体设备达到具有防水性能好、耐冲击性能好的效果。

14、上述抛光机中，优选的，还包括工件台和迷宫罩，所述工件台上设有围绕所述支撑柱下部外侧布置的凸台，所述迷宫罩的上端与所述支撑柱通过一第三密封o型圈密封连接，所述迷宫罩的下端罩设于所述凸台上且与凸台形成迷宫通道。在支撑柱的外边围着迷宫罩，迷宫罩和凸台形成一定高度(如约60mm)的迷宫结构，使得工作台下面的零件都得到了保护，避免利用气枪和水枪清洗机台时，高压水流和压缩空气吹起的水汽窜到c轴内部。迷宫罩和支撑柱之间用第三密封o型圈(如迷宫o型圈)密封，由于两者没有相对运动，故他们是静密封，密封效果好。

15、上述抛光机中，优选的，所述支撑柱下端还设有支柱密封环和用于回收渗漏水的接水盘，所述接水盘设于所述支撑柱的底部，所述支柱密封环设于接水盘的上方且与接水盘形成迷宫密封，所述支柱密封环的上端通过一第四密封o型圈与支撑柱密封连接。支撑柱的下部，围着支柱密封环，支柱密封环和支撑柱之间为静密封，通过第四密封o型圈形成密封。支柱密封环和接水盆形成迷宫密封，支柱密封环跟随支撑柱旋转，接水盘固定不动，可以起到很好的密封效果，使上部流下来的液体均流入接水盘中。接水盘中收集的水，最终经过导水管排到机舱水道，进入冷却水箱，重新开始工作。

16、本发明中，需要加工的产品和治具安装在治具连接板上。拉杆连接的拉杆驱动组件可为气缸，可以通过拉杆将需要加工的产品紧紧固定在治具连接板和治具上。支撑柱连接旋转驱动组件，通过旋转驱动组件带动支撑柱旋转、治具连接板和治具旋转，以及产品的旋转，实现产品数控仿形加工。

17、本发明的工件旋转轴(即抛光机c轴)的防水原理简述如下：第一，通过上油封和下油封起第一道主动密封作用，并在上下油封之间增加第一排水通道，以将透过上油封的水排出，减少后续密封部件的压力。考虑到拉杆既要进行旋转，又要上下动作，在第一主动密封组件和第一被动排水组件下方又增设拉杆封和塑料王压盖，进一步起辅助密封作用。第二，通过挡水帽和兜水帽起第二道主动密封作用，并在挡水帽和兜水帽之间增加第二排水通道，将挡水帽上流下的水排出。从第二排水通道排出的水顺着支撑柱外壁往下流，流到支柱密封环上，被该零件阻挡，由于支柱密封环和支撑柱之间形成静密封，密封效果好，水只能往支柱密封环外表面散开流，并通过迷宫密封进入接水盆中。第三，迷宫罩和工作台的凸台之间之间形成迷宫通道，清洗机台时的大量水花不会透过迷宫通道窜到c轴内部，少量的流水进入到内部后，由于受迷宫通道的限制，不会飞溅扩散，仅仅只能落入接水盘，再经过导水管排到机舱水道，汇入冷却水箱。整体而言，本发明既有3道围堵，又有两道疏浚引导，设置多道主动密封和被动防护，主动和被动防护相结合，彻底解决了密封问题，大大延长了保养维护时间，大大降低了维修费用，降低了各项成本、提高了设备的可靠性。

18、同时，本发明的抛光机通过旋转驱动组件的优化，有利于提高设备的耐冲击性能，还有利于防水结构的装设，旋转驱动组件与防水结构的相互配合，各设备之间环环相扣，更加有利于提高设备的可靠性。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、本发明的工件旋转轴，采用主动防护和被动防护相结合的技术，通过设置第一主动密封组件和第一被动排水组件，同步设置第二主动密封组件和第二被动排水组件，形成主动防护和被动防护叠加，完美解决了工件旋转轴的防水问题，大大降低了维修费用，降低了各项成本，提高了设备的可靠性。

21、同时，本发明的抛光机由于将同步带和大减速比的精密减速机集成，使得工件旋转轴可以承受一定的冲击耐受度，意外撞机事件也不容易损坏设备，提高了设备的容错性，间接降低了维修成本，进一步提高设备的可靠性与稳定性。