專利名稱：數控車磨復合機床的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種數控機床，尤其涉及一種用來車削和磨削加工長軸類零件 的數控車磨復合機床。
背景技術：
伴隨著我國汽車制造工業(yè)的迅猛發(fā)展，為了滿足發(fā)動機制造領域對凸輪軸質量要 求不斷提高和更新?lián)Q代速度日益加快的現狀，特別是冷激鑄造凸輪軸(冷激鑄造凸輪軸是 一種零件毛坯的硬度滿足凸輪軸成品硬度要求的鑄件)工藝技術在發(fā)動機制造行業(yè)內已 經廣泛應用之后，國內市場對強力切削設備的需求更加迫切。目前國內生產的凸輪軸需要先在車床上進行粗加工，然后在外圓磨床上對安裝軸 承的部位進行磨削，最后在凸輪軸磨床上對凸輪軸的凸輪部位進行磨削；由于凸輪軸的加 工需要經過多道工序在多種機床上進行，每道工序都要對工件進行重新裝夾，因此，造成了 凸輪軸零件的加工精度累積誤差大，加工周期長。現有國內凸輪軸生產企業(yè)使用的國產數控凸輪軸磨床和進口的大部分數控凸輪 軸磨床的床身主要是采用T形結構，X向和Z向導軌通常采用V-平結構，砂輪架做X向運 動，工作臺帶動主軸單元做Z向運動；這種結構只適用于對凸輪軸的凸輪部分進行精磨 和 輕負荷磨削，在低負荷和單方向切削力工作時，尚能夠保證零件的加工精度，但是，對于將 車削和磨削復合在一起的機床來說是不適合的，因為車削與磨削的切削力方向是相反的， 在車削零件時，工作臺可能會由于受力而向上抬起。再有，目前我國生產的數控凸輪軸磨床的主軸單元是由伺服電機通過齒形帶傳遞 給主軸，使主軸帶動工件做回轉運動，由于齒形帶存在一定的彈性，電動機的轉動傳遞到主 軸需要一定的時間，所以這種結構存在剛性不足、計算機指令置后的問題；砂輪架的進給運 動(X軸)是由伺服電機和滾珠絲杠組成的，由于絲杠及絲杠支撐自身的剛性問題等原因， 造成了主軸回轉角度與X軸的進給運動之間存在著較大的誤差，這種誤差造成了凸輪軸零 件形狀的誤差和凸輪軸凸輪的相位角度的誤差。冷激鑄造凸輪軸是一種不需要后期淬火的零件，它本身的硬度比傳統(tǒng)的凸輪軸淬 火前的硬度高很多，普通的車床和刀具已經難以對其進行加工，所以，凸輪軸的生產企業(yè)迫 切需要一種能夠對冷激鑄造凸輪軸進行加工的高剛性的機床。有鑒于此，本發(fā)明人憑借多年的相關設計和制造經驗，提出一種數控車磨復合機 床，以克服現有技術的缺陷。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種數控車磨復合機床，可以通過一次裝夾就能夠完 成凸輪軸的加工，以消除多次裝夾造成的較大累積誤差。本實用新型的另一目的在于提供一種數控車磨復合機床，通過采用伺服電主軸的 全閉環(huán)控制與直線電機的全閉環(huán)控制相結合的結構設計，使機床的主軸回轉角度與砂輪架橫向進給之間的配合滿足加工非圓曲線外圓的要求，使得加工精度得到可靠的保障。本實用新型的又一目的在于提供一種數控車磨復合機床，通過采用矩形床身、滾動重載直線導軌副以及十字工作臺和回轉工作臺疊加的結構設計，使整體機床的剛性和功 能的復合性得到提高。本實用新型的目的是這樣實現的，一種數控車磨復合機床，在一矩形床身的上表 面一側設有主軸部件以及與主軸部件對應的尾座，床身另一側設有支承砂輪架和車刀架的 工作臺；所述主軸部件由主軸底座和設置在底座上的伺服電主軸構成，所述工作臺包括有 與電主軸軸向作平行移動的第一工作臺，該第一工作臺上方設有與第一工作臺移動方向呈 垂直方向移動的第二工作臺，所述第一工作臺和第二工作臺構成一十字工作臺；所述十字 工作臺上方設有一水平旋轉工作臺，該水平旋轉工作臺一側設置所述砂輪架，水平旋轉工 作臺另一側設置所述車刀架；所述第一工作臺和第二工作臺底部均設有滾動重載直線導軌 畐IJ，所述第二工作臺底部設有一驅動其移動的直線電機。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述伺服電主軸上設置一圓光柵，通過伺服 電主軸中的編碼器與圓光柵配合形成伺服電主軸全閉環(huán)控制。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第一工作臺與第二工作臺之間設置一套 直線光柵，由此形成直線電機全閉環(huán)控制。在本實用新型的一較佳實施方式中，該直線光柵由設置在第一工作臺上的直線光 柵讀數頭和對應設置在第二工作臺上的直線光柵定尺構成。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述第一工作臺底部設有一驅動其移動的滾 珠絲杠副，所述絲杠與一第一伺服電機連接。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述水平旋轉工作臺由一第二伺服電機驅動 旋轉，所述水平旋轉工作臺與第二工作臺之間設有端齒盤定位機構，所述水平旋轉工作臺 的轉軸部位設有使水平旋轉工作臺與第二工作臺緊密結合的碟形彈簧。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述矩形床身為一箱體結構，該箱體內部設 有多個帶有開孔的筋板。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述伺服電主軸的前部設有安裝工件的裝卡 部件。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述車磨復合機床上設有防護罩、除塵裝置 和金屬屑回收裝置。由上所述，本實用新型的數控車磨復合機床采用了矩形床身的設計形式，砂輪的 進給和平移應用了十字交叉工作臺和水平旋轉工作臺疊加的結構，使得機床整體結構的剛 性和穩(wěn)定性得到了很大的提高；機床主軸(C軸)為伺服電主軸的全閉環(huán)控制，X軸采用直 線電機全閉環(huán)控制，Z軸采用伺服電機半閉環(huán)控制，使得X軸與C軸的同步響應誤差達到了 最小值，使得加工精度得到了可靠的保障，實現了凸輪軸加工的高精度制造。

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范 圍。其中，圖1 本實用新型數控車磨復合機床的俯視結構示意圖。[0023]圖2 本實用新型數控車磨復合機床的正視結構示意圖。圖3 本實用新型數控車磨復合機床的左視結構示意圖。圖4 本實用新型數控車磨復合機床的工作臺結構示意圖。圖5 本實用新型數控車磨復合機床的主軸部件結構示意圖。圖6 本實用新型數控車磨復合機床的矩形床身結構示意圖。圖7 本實用新型數控車磨 復合機床中直線電機與直線光柵的結構示意圖。
具體實施方式
為了對本實用新型的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明 本實用新型的具體實施方式
。如圖1 圖4所示，本實用新型提供一種數控車磨復合機床100，在一矩形床身1 的上表面一側設有主軸部件2以及與主軸部件對應的尾座3，矩形床身1另一側設有支承砂 輪架4和車刀架5的工作臺6 ；如圖5所示，所述主軸部件2由主軸底座22和設置在底座 上的伺服電主軸21構成，所述伺服電主軸的前部設有安裝工件的裝卡部件(圖中未示出)。 如圖2、圖3和圖4所示，所述工作臺6包括有與電主軸軸向作平行移動的第一工作臺61 (Z 向工作臺)，該第一工作臺61上方設有與第一工作臺移動方向呈垂直方向移動的第二工作 臺62 (X向工作臺)，所述第一工作臺61和第二工作臺62構成一個十字工作臺；所述十字 工作臺上方設有一水平旋轉工作臺63，該水平旋轉工作臺63 —側設置所述砂輪架4，水平 旋轉工作臺63另一側設置所述車刀架5 ；所述第一工作臺61和第二工作臺62底部均設有 滾動重載直線導軌副7，所述第二工作臺62底部設有一驅動其移動的直線電機8。本實用新型的數控車磨復合機床對凸輪軸的加工過程是(1)將凸輪軸毛坯零件 裝夾在機床主軸上；(2)利用車刀架上的刀具(通過十字工作臺進給)粗車凸輪軸上的軸 承安裝部位、銑削鍵槽；(3)水平旋轉工作臺回轉180°，利用砂輪架上的砂輪(通過十字工 作臺進給)磨削軸承安裝部位；(4)粗磨凸輪部位、精磨凸輪部位；(5)卸下凸輪軸零件，零 件加工完成。由上所述，本實用新型的數控車磨復合機床集強力車削和強力磨削功能于一身， 可以對冷激鑄造凸輪軸通過一次裝夾完成凸輪軸零件的車削和磨削、銑鍵槽(利用車削動 力刀座具有的銑削功能)等工藝過程。由于凸輪軸工件的加工是一次裝夾完成的，所以降 低了現有技術中由于零件需要多次裝夾造成的較大累積誤差；本實用新型采用了矩形床 身、十字工作臺與水平旋轉工作臺疊加的結構設計，提高了機床的剛性和功能的復合性。在本實施方式中，如圖6所示，所述矩形床身1為一外形近似方箱的箱體結構，這 種結構具有穩(wěn)定性強，抗彎及抗扭轉強度高的特點。該箱體內部設有多層帶有開孔12的筋 板11，進一步加強了床身的抗彎性和抗扭轉強度，同時，由于筋板開孔后增強了空氣的流動 性能，因此散熱性能得到了很好的改善。由于本實用新型將車削功能與強力磨削功能在一臺機床上進行整合，為了減少功 能轉換的時間和縮小占用工作場地空間的需要，因此，本實用新型采用了十字工作臺與水 平旋轉工作臺疊加的結構設計。在本實施方式中，第一工作臺61和第二工作臺62構成的十字工作臺其作用是，將 現有磨床工作臺的Z向運動和砂輪架的X向運動復合在一起，在加工過程中實現X向和Z向進給運動。所述第一工作臺61和第二工作臺62底部均設有滾動重載直線導軌副7作為X 向和Z向的支撐，由于滾動重載直線導軌副具有承載能力大、運行平穩(wěn)、能夠在四個方向承 受扭矩的特點，因此，能夠滿足車削功能與強力磨削功能的要求，實現了承載多方向切削力 的能力。 如圖3所示，在本實施方式中，所述第一工作臺61底部設有一驅動第一工作臺61 移動的滾珠絲杠副611，所述絲杠與一第一伺服電機連接；由第一伺服電機通過滾珠絲杠 副611來驅動所述第一工作臺61進行Z向往返移動。十字工作臺的X向運動是通過第二工作臺62底部設置的直線電機8直接驅動的， 因此，消除了現有技術中由于絲杠及絲杠支撐自身的剛性問題等原因，造成主軸回轉角度 與X向的進給運動之間存在著較大誤差的問題，實現了高剛性傳動。在本實施方式中，將砂輪架4和動力車刀架5安裝在水平旋轉工作臺63上；在水 平旋轉工作臺63的設計中，如圖4所示，所述水平旋轉工作臺63由一第二伺服電機631驅 動旋轉，所述水平旋轉工作臺63與第二工作臺62之間設有端齒盤定位機構632，該端齒盤 定位機構632包括設置在水平旋轉工作臺63下方的上齒盤6321和設置在第二工作臺62 上方的下齒盤6322，第二伺服電機631通過傳動機構驅動上齒盤6321，從而使水平旋轉工 作臺63旋轉。所述水平旋轉工作臺63的轉軸部位設有使水平旋轉工作臺63與第二工作 臺62緊密結合的碟形彈簧。由于采用了伺服電機驅動水平旋轉工作臺回轉、端齒盤定位和 碟形彈簧夾緊的結構方式，從而實現了回轉定位精度高、夾緊安全可靠的要求，能夠快速地 (10秒鐘以內)完成車削與磨削功能的轉換。為了滿足磨削凸輪等非圓曲線的要求，本實用新型采用了伺服電主軸全閉環(huán)控制 和直線電機全閉環(huán)控制。在本實施方式中，所述伺服電主軸21上設置一圓光柵211，如圖5所示，通過伺服 電主軸21中的編碼器212與圓光柵211配合形成伺服電主軸全閉環(huán)控制。本實施方式采用 主軸與伺服電機結合為一體的伺服電主軸，由于伺服電主軸的檢測精度不能滿足凸輪分度 的需要，所以本實施方式在主軸上安裝了一個分度精度很高的圓光柵211，通過圓光柵211 對主軸的轉角進行精確的位置檢測，并將檢測的結果反饋給計算機數控系統(tǒng)，計算機將圓 光柵211的檢測數據與伺服電主軸控制器發(fā)出的數據進行比對后，自動進行誤差補償，這 樣就實現了伺服電主軸的全閉環(huán)控制。在本實施方式中，如圖7所示，所述第一工作臺61與第二工作臺62之間設置一套 直線光柵9，該直線光柵9由設置在第一工作臺61上的直線光柵讀數頭91和對應設置在第 二工作臺62上的直線光柵定尺92構成，由此形成直線電機全閉環(huán)控制。由于直線電機本 身不能進行位置檢測，所以本實施方式在第一工作臺61(Z向工作臺)和第二工作臺62(X 向工作臺)上安裝了一套直線光柵9用來對X向工作臺的位置進行檢測。直線光柵9將檢 測的結果反饋給計算機數控系統(tǒng)，計算機將直線光柵的檢測數據與直線電機控制器發(fā)出的 數據進行比對后，自動進行誤差補償，這樣就實現了直線電機的全閉環(huán)控制。在本實施方式 中，直線電機的定子81安裝在Z向工作臺61上，直線電機的動子82安裝在X向工作臺62 上；直線光柵的定尺92安裝在X向工作臺上，讀數頭91安裝在Z向工作臺上。由于伺服電主軸與直線電機都是通過電磁直接驅動的元件，其響應速度只是取決 于電機的時間常數和計算機的運算速度，因此，排除了由于傳動剛度對聯(lián)動一致性的影響，進而減小了凸輪軸零件形狀的誤差和凸輪軸凸輪的相位角度的誤差，進一步提高了凸輪軸 的質量；采用了伺服電主軸(主軸與伺服電機結合為一體)和直線電機(直線電機的動子 與X向運動的工作臺進行剛性連接)驅動大大地提高了機床的系統(tǒng)剛度，使得由于機床系 統(tǒng)剛度對數控系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響明顯地減小，機床數控系統(tǒng)比較穩(wěn)定，數控系統(tǒng)的聯(lián)調簡 單。由于采用了伺服電主軸的全閉環(huán)控制與直線電機的全閉環(huán)控制，使得主軸的轉角 與X軸的聯(lián)動配合達到了比較精確的控制，使得機床的主軸回轉的角度與X軸的進給之間 的配合滿足了加工非圓曲線外圓的要求，使得加工精度得到了可靠的保障，實現了凸輪軸 加工的高精度制造。在本實用新型的一較佳實施方式中，所述車磨復合機床上設有防護罩、除塵裝置、 金屬屑回收裝置和液壓站等。由上所述，本實用新型的數控車磨復合機床采用了矩形床身的設計形式，砂輪的 進給和平移應用了十字交叉工作臺和水平旋轉工作臺疊加的結構，使得機床整體結構的剛 性和穩(wěn)定性得到了很大的提高；機床主軸(C軸)為伺服電主軸的全閉環(huán)控制，X軸采用直 線電機全閉環(huán)控制，Z軸采用伺服電機半閉環(huán)控制，使得X軸與C軸的同步響應誤差達到了 最小值，使得加工精度得到了可靠的保障，實現了凸輪軸加工的高精度制造。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，并非用以限定本實用新型的范 圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變 化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種數控車磨復合機床，其特征在于在一矩形床身的上表面一側設有主軸部件以 及與主軸部件對應的尾座，床身另一側設有支承砂輪架和車刀架的工作臺；所述主軸部件 由主軸底座和設置在底座上的伺服電主軸構成，所述工作臺包括有與電主軸軸向作平行移 動的第一工作臺，該第一工作臺上方設有與第一工作臺移動方向呈垂直方向移動的第二工 作臺，所述第一工作臺和第二工作臺構成一十字工作臺；所述十字工作臺上方設有一水平 旋轉工作臺，該水平旋轉工作臺一側設置所述砂輪架，水平旋轉工作臺另一側設置所述車 刀架；所述第一工作臺和第二工作臺底部均設有滾動重載直線導軌副，所述第二工作臺底 部設有一驅動其移動的直線電機。
2.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述伺服電主軸上設置一圓 光柵，通過伺服電主軸中的編碼器與圓光柵配合形成伺服電主軸全閉環(huán)控制。
3.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述第一工作臺與第二工作 臺之間設置一套直線光柵，由此形成直線電機全閉環(huán)控制。
4.如權利要求3所述的數控車磨復合機床，其特征在于該直線光柵由設置在第一工 作臺上的直線光柵讀數頭和對應設置在第二工作臺上的直線光柵定尺構成。
5.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述第一工作臺底部設有一 驅動其移動的滾珠絲杠副，所述絲杠與一第一伺服電機連接。
6.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述水平旋轉工作臺由一第 二伺服電機驅動旋轉，所述水平旋轉工作臺與第二工作臺之間設有端齒盤定位機構，所述 水平旋轉工作臺的轉軸部位設有使水平旋轉工作臺與第二工作臺緊密結合的碟形彈簧。
7.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述矩形床身為一箱體結構， 該箱體內部設有多個帶有開孔的筋板。
8.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述伺服電主軸的前部設有 安裝工件的裝卡部件。
9.如權利要求1所述的數控車磨復合機床，其特征在于所述車磨復合機床上設有防 護罩、除塵裝置和金屬屑回收裝置。
專利摘要本實用新型為一種數控車磨復合機床，在一矩形床身的上表面一側設有主軸部件以及與主軸部件對應的尾座，床身另一側設有支承砂輪架和車刀架的工作臺；主軸部件由主軸底座和設置在底座上的伺服電主軸構成，工作臺包括有與電主軸軸向作平行移動的第一工作臺，第一工作臺上方設有與第一工作臺移動方向呈垂直方向移動的第二工作臺，第二工作臺上方設有一水平旋轉工作臺，水平旋轉工作臺一側設置砂輪架，另一側設置車刀架；第一工作臺和第二工作臺底部均設有滾動重載直線導軌副，第二工作臺底部設有一驅動其移動的直線電機。該復合機床整體結構的剛性和穩(wěn)定性得到了很大的提高；并使得加工精度得到了可靠的保障，實現了凸輪軸加工的高精度制造。
文檔編號B23P23/02GK201871935SQ201020588949
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權日2010年11月2日
發(fā)明者薛鵬祥 申請人:北京京儀世紀電子股份有限公司