專利名稱：數控捏合元件磨床的制作方法
技術領域：
本發明涉及磨削加工技術領域，具體涉及一種雙功能數控磨床，用于磨削平行雙螺桿擠出機中螺桿元件，包括捏合盤和螺紋套的廓形磨削，屬于數控磨床技術領域。
背景技術：
高分子聚合物的混合、多功能陶瓷材料的制取、金屬與非金屬復合材料的配置使得材料共混機械的使用日益廣泛，許多復合材料的重要性能指標與這些材料制作過程中的混煉效果密切相關。平行雙螺桿擠出機是材料混煉中使用最廣泛，混煉效果很好的一種機型。平行雙螺桿擠出機的螺桿由積木化的捏合元件組成，捏合元件包含捏合盤與螺紋套兩類零件。其中捏合盤元件的主要功能是混煉，螺紋套元件的主要功能是輸送物料，由于運動機理復雜，這些捏合元件都有非常復雜的輪廓形狀，設計曲面可由方程表達。捏合元件使用于高溫高壓環境中，必須使用硬質耐磨材料和表面硬化處理工藝制成，而且應使用精密磨削工藝作為最終工序，才能滿足機器功能要求的尺寸精度和表面粗糙度。目前捏合盤和螺紋套的廓形分散在多臺機床切削加工，存在如下缺陷
1、捏合盤的軸剖面廓形為窄深溝槽形，現在使用的銑削加工方法精度差、現有的磨床不能完成窄深溝槽端面的正常磨削；
2、對于如超音速噴涂等表面處理后的高硬度的表面無法加工；
3、按現行工藝制造的捏合元件制造精度達不到設計要求，混煉效果差，元件壽命短，貴重金屬浪費嚴重；
4、捏合盤和螺紋套聯結部位不光順，互換性差，影響螺桿元件的組合效果。針對上述缺陷，國內、外有報道稱研制了一些捏合元件的加工機床和工藝，但因其功能單一，各元件加工質量差異很大，捏合元件組合的綜合效果不能體現。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種數控捏合元件磨床，實現平行雙螺桿擠出機中兩種不同捏合元件——捏合盤和螺紋套曲面外廓的磨削以作為其最終的精加工。本發明的目的是這樣實現的數控捏合元件磨床，包括磨床工作臺上安裝設置的前、后頂尖，砂輪及驅動砂輪旋轉的砂輪電機，伺服電機及數控裝置，其特征在于，設有用于磨削捏合盤磨頭和用于磨削螺紋套磨頭的兩套磨頭，兩套磨頭并列設置在磨床的滑臺上， 所述滑臺設有驅動兩套磨頭縱向(X軸方向)前后移動的滾珠絲杠和滑軌，磨床上設有工作臺橫向(Z軸方向)左右移動的導軌，前頂尖和后頂尖之間設有裝夾工件的芯軸，所述伺服電機分別驅動C軸的旋轉運動、沿Z軸的直線運動、沿X軸的直線運動，C軸伺服電機驅動支承在前、后頂尖上的芯軸和芯軸上安裝的工件同步旋轉，X軸伺服電機驅動滾珠絲杠帶動兩套磨頭沿滑軌前后移動，Z軸伺服電機驅動滾珠絲杠帶動工作臺沿導軌左右移動。所述導軌方向與Z軸同向。所述滑軌方向與X軸同向。
所述數控裝置包括控制系統上位機和專用數控裝置。所述砂輪為立方氮化硼(CBN)砂輪和剛玉類成形砂輪，立方氮化硼砂輪設置在磨削捏合盤磨頭上，剛玉類成形砂輪設置在磨削螺紋套磨頭上。所述砂輪的修整設有金剛石滾輪機構。兩種砂輪的修整設置同一金剛石滾輪機構，使用磨削機械傳動鏈實現砂輪修整所需運動。本發明結構合理科學，生產制造容易，成本低，使用效果好。磨削捏合盤和螺紋套這兩種零件表面時，使用同一套數控系統和機械傳動鏈。針對捏合盤元件和螺紋套元件都具有復雜的輪廓表面，并且模塊化的這兩種零件最后將拼裝在一起，而且須保證光順過渡的特點，把兩類零件的精加工設計在同一臺磨床磨削。數控裝置驅動伺服電機在相同傳動鏈下驅動三軸聯動，實現砂輪修整、位置補償和零件磨削所需的運動。捏合盤的窄深溝槽在端面磨削時，很容易使薄片砂輪的尖角處磨損為圓角，造成工件過大的平面度誤差和槽底圓弧過大，薄片砂輪端面又不宜頻繁修整，因此，這種零件的磨削應采用形狀保持性極好的砂輪，并采用很高的線速度。螺紋套的磨削表面為螺旋曲面，且規格、品種繁多，砂輪需根據工件的磨削表面經常修整，適宜采用剛玉類砂輪在中低線速度下磨削。兩類砂輪采用不同的線速度，要求砂輪架采用不同的磨頭主軸裝置。本發明中，兩套磨頭處于并列的相鄰位置，以運動軌跡實現捏合盤的廓形磨削時，使用一套磨頭，磨頭主軸上安裝立方氮化硼砂輪。成形磨削螺紋套廓形時，使用另一套磨頭，一般情況下，磨頭主軸上安裝剛玉類砂輪。以該磨削工藝替代銑削作為捏合元件的精加工后，能保證捏合盤與螺紋套零件表面精度和端面形狀的高度相同，滿足組合后的光順過渡。該技術方案的實現可以極大地降低制造時的運行成本，提高制造中的自動化程度。所述的數控裝置，包括控制系統上位機和專用數控裝置，在上位機上采用通用軟件繪圖與編程，上位機通過接口與專用數控裝置的數控系統通訊，繪圖、編程和控制方便、 靈活，可靠性高，便于實現和其它環節的數據交換。數控系統中包含成形砂輪廓形計算和位置補償的專用軟件。
所述的三軸聯動和相同的傳動鏈，用于實現磨削捏合盤的非對稱的迴轉廓形表面和螺紋套的螺旋曲面輪廓所需的運動，也用于成形砂輪和非成形砂輪的修整和位置補償。三軸聯動包含兩直線運動和一旋轉運動，直線運動傳動鏈中主要包含滾珠絲杠和螺母、聯軸器等，旋轉運動傳動鏈中主要包含精密減速器部件，以增大傳動扭矩。所述的兩套磨頭安裝在滑臺上的兩個相鄰位置，這個滑臺是由同一滾珠絲杠驅動的，滑臺上的兩套磨頭均可沿X軸在自己的滑軌上前后移動。磨削捏合盤磨頭安裝立方氮化硼砂輪，砂輪形狀為薄片圓柱形，便于深入捏合盤的窄深溝槽，磨削其外廓及端面。立方氮化硼砂輪的材料硬度僅低于金剛石，形狀保持性極好，能夠磨削除金剛石及自身以外的任何硬物(如硬質合金之類的高硬度材料)，且其修整周期很長，特別適合捏合盤的磨削。捏合盤磨削時，安裝在芯軸上的工件隨工作臺運動至與該磨頭相應的位置。螺紋套的磨削為成形磨削，使用另一套磨頭，一般采用剛玉類砂輪修整成形后磨削，也可以針對超硬材料， 安裝立方氮化硼砂輪磨削，此時，安裝在芯軸上的螺紋套隨工作臺運行至與這一磨頭相應的位置。所述的砂輪修整采用金剛石滾輪作為修整元件，在控制器控制下，由軸聯動來形成修整成形砂輪所需的軌跡。成形磨削相同的螺旋廓形時，對于不同直徑的砂輪，應該取不同的廓形，控制系統所含的專用修整軟件能實時計算出并生成其修整程序。砂輪修整后的磨削尺寸的補償由修整程序一并實現。


圖1是本發明的結構示意圖。圖2是圖1的左視圖。圖3是本發明數控捏合元件磨床的加工零件捏合盤的結構示意圖。圖4是本發明數控捏合元件磨床的加工零件螺紋套的結構示意圖。圖5是本發明數控捏合元件磨床的加工零件捏合盤的加工表面的結構示意圖，其中陰影部分為捏合盤磨削表面圖。圖6是圖5的左視圖。圖7是本發明數控捏合元件磨床的加工零件螺紋套的加工表面的結構示意圖，其中陰影部分為螺紋套磨削表面圖。圖8是圖7的左視圖。圖9是本發明數控捏合元件磨床的兩套磨頭裝置的結構示意圖。圖10是本發明數控捏合元件磨床的立方氮化硼砂輪軸剖面放大示意圖。圖11是本發明數控捏合元件磨床的磨削成形砂輪軸剖面放大示意圖。圖12是本發明數控捏合元件磨床中用于砂輪修整的金剛石滾輪剖面放大示意圖。圖13是本發明數控捏合元件磨床磨削后捏合盤和螺紋套組合狀態示意圖。圖中1控制系統上位機、2專用數控裝置、3 C軸伺服電機、4前頂尖、5立方氮化硼砂輪、6捏合盤磨頭、7捏合盤、8芯軸、9螺紋套、10螺紋套磨頭、11成形砂輪、12后頂尖、13 Z軸伺服電機、14 X軸伺服電機、15砂輪電機、16金剛石滾輪、17滑軌、18滑軌、19滾珠絲杠。
具體實施例方式下面結合附圖，詳細敘述本發明。如圖1、2、9所示，數控捏合元件磨床，包括磨床及磨床上安裝設置的頂尖、砂輪及驅動砂輪旋轉的砂輪電機15、伺服電機及數控裝置、用于磨削捏合盤磨頭6和用于磨削螺紋套磨頭10的兩套磨頭，兩套磨頭并列設置在磨床的滑臺上。所述滑臺設有驅動兩套磨頭縱向前后移動的滾珠絲杠19和滑軌17、18。滑軌17為捏合盤磨頭滑軌，滑軌18為螺紋套磨頭滑軌。兩套磨頭可分別沿各自的滑軌前后移動，以適應不同曲面的磨削。所述頂尖為前頂尖4和后頂尖12，前、后頂尖安裝設置在磨床的工作臺上，磨床上設有工作臺橫向左右移動的導軌，前頂尖和后頂尖之間設有裝夾工件的芯軸8。數控裝置包括控制系統上位機 1和專用數控裝置2。所述C軸伺服電機3驅動C軸的旋轉運動，Z軸伺服電機13、X軸伺服電機14分別驅動沿Z軸與沿X軸的直線運動。C軸伺服電機驅動支承在前、后頂尖上的芯軸和芯軸上安裝的工件同步旋轉；X軸伺服電機驅動滾珠絲杠帶動兩套磨頭沿滑軌縱向前移或后退，滑軌與X軸同向；Z軸伺服電機驅動滾珠絲杠帶動工作臺沿導軌橫向左右移動，工作臺橫向移動的導軌與Z軸同向。砂輪為立方氮化硼砂輪和成形砂輪，立方氮化硼砂輪設置在磨削捏合盤磨頭上，成形砂輪設置在磨削螺紋套磨頭上。還設有用于修整立方氮化硼砂輪5、成形砂輪11的金剛石滾輪16。數控系統上位機1和專用數控裝置2共裝于一臺電控柜上，便于實現系統上位機 1的造型、編程數據向專用控裝置2的傳輸和加工操作。整臺磨床的三個運動為C軸的旋轉運動、沿Z軸的直線運動和沿X軸的直線運動，通過控制三軸的聯動或分別運動實現磨削工件所需的所有運動。被加工的捏合盤7或螺紋套9安裝在芯軸8上，一起安裝在前頂尖 4與后頂尖12之間。前后頂尖之間的距離可以調整，可視情況在芯軸上安裝數量不等的工件。三只相互關聯的伺服電機和一套機械傳動鏈，用于實現磨削捏合盤的非對稱的迴轉廓形表面和螺紋套的螺旋曲面輪廓所需的運動，也用于成形砂輪和非成形砂輪的修整和位置補償。直線運動傳動鏈中主要包含滾珠絲杠和螺母、聯軸器等，旋轉運動傳動鏈中主要包含精密減速器部件，以增大傳動扭矩。每次加工零件的類型只能是捏合盤或螺紋套中的一種，加工捏合盤時，將裝在芯軸上的捏合盤隨工作臺在Z軸移近立方氮化硼砂輪5，并將磨削捏合盤磨頭6沿X軸方向在滑軌17上前移適當距離。加工螺紋套時，將裝在芯軸上的螺紋套隨工作臺沿Z軸移近成形砂輪11，并將磨削螺紋套磨頭10沿X軸方向在滑軌18上前移適當距離。調整適當以后，通過數控系統運行相應的程序，就可以用三軸運動或聯動的方式磨削圖5中的捏合盤的陰影表面或圖7中螺紋套的陰影表面。由圖9可以看出，兩套磨頭沿X軸方向的往復運動(即前后移動)均是通過滾珠絲杠19驅動實現的，又因工件的旋轉運動和沿Z軸的直線運動都通過相同機械結構實現，所以兩種工件的磨削通過一套機械傳動系統實現了，有效地提高了磨床的利用率。圖3中所示的是捏合盤7，圖4中所示的是螺紋套9，雖然它們的輪廓表面形狀不同，而且捏合盤與螺紋套元件有多種規格和尺寸，但是由圖6和圖8可以看出，這兩種零件的端面形狀是一樣的，并且對于同一個規格，它們的端面形狀和尺寸是完全一致的。按照擠出機的工作要求，捏合盤和螺紋套組裝以后的形式如圖13所示，它們的結合處應該保證很高精度的一致性，以達到光順聯結要求，實現擠出機良好的輸送與混煉功能。雙功能數控磨床把兩種工件在同一臺磨床磨削，極大地提高了其結合精度。磨削捏合塊的窄深溝槽的端面和外表面的砂輪的截面形狀如圖10所示，磨削螺紋套輪廓表面采用成形砂輪，其截面形狀如圖11所示。兩種砂輪的修整均是通過專用的金剛石滾輪16執行相應的修整程序完成的，金剛石滾輪的截面形狀如圖12所示。砂輪修整機械傳動鏈使用磨削機械傳動鏈的一部分。砂輪修整后的位置補償由程控自動完成。
權利要求
1.一種數控捏合元件磨床，包括磨床工作臺上安裝設置的前、后頂尖，砂輪及驅動砂輪旋轉的砂輪電機，伺服電機及數控裝置，其特征在于，設有用于磨削捏合盤磨頭和用于磨削螺紋套磨頭的兩套磨頭，兩套磨頭并列設置在磨床的滑臺上，所述滑臺設有驅動兩套磨頭縱向前后移動的滾珠絲杠和滑軌，磨床上設有工作臺橫向左右移動的導軌，前頂尖和后頂尖之間設有裝夾工件的芯軸，所述伺服電機分別驅動C軸的旋轉運動、沿Z軸的直線運動、 沿X軸的直線運動，C軸伺服電機驅動支承在前、后頂尖上的芯軸和芯軸上安裝的工件同步旋轉，X軸伺服電機驅動滾珠絲杠帶動兩套磨頭沿滑軌前后移動，Z軸伺服電機驅動滾珠絲杠帶動工作臺沿導軌左右移動。
2.根據權利要求1所述的數控捏合元件磨床，其特征在于，所述數控裝置包括控制系統上位機和專用數控裝置。
3.根據權利要求1所述的數控捏合元件磨床，其特征在于，所述砂輪為立方氮化硼砂輪和成形砂輪，立方氮化硼砂輪設置在磨削捏合盤磨頭上，成形砂輪設置在磨削螺紋套磨頭上。
4.根據權利要求1或3所述的數控捏合元件磨床，其特征在于，所述砂輪的修整設有金剛石滾輪機構。
全文摘要
數控捏合元件磨床，屬于數控磨床技術領域。包括磨床及磨床上安裝設置的頂尖、砂輪及驅動砂輪旋轉的砂輪電機、伺服電機及數控裝置，還設有用于磨削捏合盤磨頭和用于磨削螺紋套磨頭的兩套磨頭，兩套磨頭并列設置在磨床的滑臺上，所述頂尖為前頂尖和后頂尖，前、后頂尖安裝設置在磨床的工作臺上，磨床上設有工作臺橫向左右移動的導軌，前頂尖和后頂尖之間設有裝夾工件的芯軸。本發明結構合理科學，生產制造容易，成本低，使用效果好。把兩類零件的精加工設計在同一臺磨床磨削，能保證捏合盤與螺紋套零件表面精度和端面形狀的高度相同，滿足組合后的光順過渡。該技術方案的實現可以極大地降低制造時的運行成本，提高制造中的自動化程度。
文檔編號B24B19/00GK102294635SQ20111027883
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者唐春陽 申請人:揚州大學