一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭。包括磨頭本體，浮動(dòng)連接在磨頭本體前端的磨削工具頭、設(shè)置在磨頭本體后端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及磨削壓力控制元件組成，所述磨頭本體內(nèi)設(shè)有一個(gè)通壓縮空氣的壓力腔，滿足平衡條件，其中為系統(tǒng)壓力（壓縮空氣提供，由磨削壓力控制元件控制其大小）；為磨削力；為重力、補(bǔ)償彈簧力以及各運(yùn)動(dòng)部件摩擦力。本發(fā)明通過(guò)壓縮空氣、補(bǔ)償彈簧、壓力控制調(diào)節(jié)元件所構(gòu)建的磨頭，可完成精密磨削、研磨、拋光等不同光整加工工藝，能夠自動(dòng)補(bǔ)償光整加工過(guò)程的工具磨損；借助CAD/CAM軟件進(jìn)行光整工具的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，配套工業(yè)機(jī)器人或數(shù)控機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜型面的自動(dòng)光整加工。
【專利說(shuō)明】一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為一種可控磨削力的浮動(dòng)光整加工磨頭裝置，適用于精密磨削、研磨和拋光等不同光整加工工藝，涉及復(fù)雜型面零件光整加工的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光整加工是提高被加工零件對(duì)象表面質(zhì)量，提高工作可靠性和工作壽命的一種加工工藝，可使零件表面粗糙度達(dá)到微米、亞微米甚至納米精度等級(jí)水平。光整加工有精密磨肖IJ、研磨、拋光等傳統(tǒng)機(jī)械光整工藝，也有近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的如超聲波、電子束、激光束、電化學(xué)、磁流體等非傳統(tǒng)光整工藝技術(shù)。由于目前一些非傳統(tǒng)工藝技術(shù)還較難精確控制零件的幾何精度以及受條件因素影響還難以保證其工作穩(wěn)定性。因而，在目前甚至未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，復(fù)雜型面零件的光整加工還是以傳統(tǒng)機(jī)械式光整加工工藝為主。
[0003]無(wú)論是研磨還是拋光等這些傳統(tǒng)機(jī)械式光整加工工藝，除了要求能夠?qū)庸?duì)象有正確的位置定位之外，還要求光整加工工具在各個(gè)加工點(diǎn)上能夠施加恒定的接觸力。由于較難同時(shí)滿足上述兩個(gè)要求，因此目前對(duì)一些如模具型腔、渦輪機(jī)葉片等復(fù)雜型面零件的光整加工大多還是由熟練工人憑借自身的技能和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手工操作，其勞動(dòng)工作量大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。如模具型腔的研磨和拋光工作量往往占整個(gè)模具加工工作量的309^80%，而且工作環(huán)境惡劣，表面質(zhì)量穩(wěn)定性難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種可控磨削力的浮動(dòng)光整加工磨頭，該磨頭能夠應(yīng)用不同的光整加工工具，自動(dòng)完成復(fù)雜型面零件的精密磨削、研磨、拋光等不同光整加工工藝。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:包括磨頭本體，浮動(dòng)連接在磨頭本體前端的磨削工具頭、設(shè)置在磨頭本體后端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及磨削壓力控制元件組成，所述磨頭本體內(nèi)設(shè)有一個(gè)通壓縮空氣的壓力腔，滿足如下平衡條件:
Fp=Fm-Fg
式中Fp為系統(tǒng)壓力(壓縮空氣提供);Fm為磨削力；Fg為重力以及各運(yùn)動(dòng)部件之間產(chǎn)生的摩擦力；
其中Fp由磨削壓力控制元件控制其大小，磨削壓力控制元件為壓力調(diào)節(jié)器，壓力調(diào)節(jié)器可選用電氣比例閥或可調(diào)式氣體壓力閥以控制Fp大小。
[0006]所述磨頭本體由滾動(dòng)花鍵軸、花鍵套、磨頭外殼、連接底座、補(bǔ)償彈簧和端蓋組成:滾動(dòng)花鍵套固設(shè)于磨頭外殼內(nèi)，滾動(dòng)花鍵軸可移動(dòng)設(shè)置在花鍵套內(nèi)；連接底座的一端為通過(guò)螺栓與滾動(dòng)花鍵套和磨頭外殼固聯(lián)的接合面，另一端為與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的直柄或錐柄，連接底座內(nèi)部設(shè)有一個(gè)與滾動(dòng)花鍵軸端部軸頸相滑動(dòng)配合的孔腔，該孔腔有與外部壓縮空氣相通的通道；
在上述基礎(chǔ)上，本發(fā)明進(jìn)一步的可在磨頭本體內(nèi)設(shè)補(bǔ)償彈簧，補(bǔ)償彈簧穿設(shè)在端蓋與滾動(dòng)花鍵軸肩間的滾動(dòng)花鍵階梯軸上Fh為補(bǔ)償彈簧力，在此結(jié)構(gòu)下，其滿足FP=Fffl+Fh-Fg[wl]，磨削壓力控制元件為壓力調(diào)節(jié)器，壓力調(diào)節(jié)器可選用電氣比例閥或可調(diào)式氣體壓力閥以控制Fp大小。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與磨頭本體相連的連接頭和中空結(jié)構(gòu)的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的電主軸，電主軸尾部設(shè)置有與外部壓縮空氣輸入管相連接的旋轉(zhuǎn)接頭。
[0008]光整磨削工具頭由盤形光整磨削工具和軸柄組成，磨削工具與軸柄為鉸接連接，軸柄通過(guò)彈簧夾頭固聯(lián)在磨頭本體的花鍵軸中心軸孔內(nèi)。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明通過(guò)壓縮空氣、補(bǔ)償彈簧、壓力控制調(diào)節(jié)元件所構(gòu)建的可控磨削力浮動(dòng)光整磨頭，通過(guò)不同光整加工工具的選用，可完成精密磨削、研磨、拋光等不同光整加工工藝，能夠自動(dòng)補(bǔ)償光整加工過(guò)程的工具磨損；借助CAD/CAM軟件進(jìn)行光整工具的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，配套工業(yè)機(jī)器人或數(shù)控機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜型面的自動(dòng)光整加工，可大大提高復(fù)雜型面光整加工效率和加工質(zhì)量，可擺脫當(dāng)前僅依靠有經(jīng)驗(yàn)技工手工從事復(fù)雜零件型面光整加工的被動(dòng)局面。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明磨削頭受力圖。
[0012]圖中I為光整工具、2為端蓋、3為滾動(dòng)花鍵軸、4為花鍵套、5為連接刀柄、6為電主軸、7為旋轉(zhuǎn)接頭、8為壓縮空氣輸入管道、9為補(bǔ)償彈簧、10為連接底座。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明以最優(yōu)選例作為例子進(jìn)行說(shuō)明，以便更好的了解本發(fā)明。
[0014]本發(fā)明可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，在結(jié)構(gòu)上包括磨頭本體、高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電主軸6、壓力控制系統(tǒng)以及浮動(dòng)光整工具I。
[0015]磨頭本體由滾動(dòng)花鍵軸3、花鍵套4、磨頭外殼、補(bǔ)償彈簧9、連接底座10和端蓋2組成。滾動(dòng)花鍵套4固設(shè)于磨頭外殼內(nèi)，滾動(dòng)花鍵軸3設(shè)置在花鍵套4內(nèi)，可以沿滾動(dòng)花鍵套4軸線來(lái)回移動(dòng)，連接底座10通過(guò)螺栓與滾動(dòng)花鍵套4和磨頭外殼固聯(lián)，補(bǔ)償彈簧9穿設(shè)在滾動(dòng)花鍵軸3的階梯軸上，并受到端蓋2以及滾動(dòng)花鍵軸3的軸肩約束。
[0016]連接底座10端部提供與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的中空刀柄，該刀柄可為直柄、BT刀柄(7:24錐度)、HSK刀柄或其它刀柄結(jié)構(gòu)；在連接底座10內(nèi)部有一與滾動(dòng)花鍵軸3端部軸頸相配合的圓柱形孔腔，該孔腔與中空刀柄的中心孔相通，接受外部的壓縮空氣而形成一個(gè)壓力腔。滾動(dòng)花鍵軸3在花鍵套4內(nèi)的移動(dòng)范圍受到花鍵軸3前端軸肩與端蓋2以及后端軸肩與連接底座10內(nèi)端面限制。
[0017]高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電主軸6為中空結(jié)構(gòu)，為壓縮空氣提供一輸入通道，其前端提供與磨頭本體刀柄結(jié)構(gòu)相配套的連接結(jié)構(gòu)，其尾部設(shè)置有與外部壓縮空氣輸入管相連接的旋轉(zhuǎn)接頭7，以不致使外部壓縮空氣輸入管道8隨電主軸6而旋轉(zhuǎn)。
[0018]浮動(dòng)光整工具I由一個(gè)軸柄和光整工具輪組成，軸柄通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與光整工具輪連接，光整工具輪可為精密磨輪、研磨輪、拋光輪等。
[0019]壓力控制系統(tǒng)包括補(bǔ)償彈簧9、壓力腔、壓縮空氣輸入管道8以及壓力控制調(diào)節(jié)元件組成，壓力控制調(diào)節(jié)元件可選用可調(diào)式氣體壓力閥或電氣比例閥等。
[0020]壓力控制系統(tǒng)為光整加工磨頭提供兩方面的作用:
一方面:為光整加工提供恒定的工作壓力。磨頭工作時(shí)系統(tǒng)的壓力平衡方程如下:
Fp=Fm+Fh-Fg(*)
式中，F(xiàn)mS磨削力；FP為系統(tǒng)壓力；Fh為補(bǔ)償彈簧力；Fg為重力以及運(yùn)動(dòng)部件摩擦力。
[0021]將補(bǔ)償彈簧力Fh設(shè)置為與Fg相近，那么光整加工的磨削力Fm便與系統(tǒng)設(shè)定的壓力Fp相同。光整加工時(shí)，若受磨削量、材質(zhì)等因素影響使磨削力有增大趨勢(shì)，此時(shí)FJFp，將迫使光整工具I沿磨頭軸線遠(yuǎn)離被加工工件，致使磨削量減少，同時(shí)導(dǎo)致磨削力減小，直至Fm= Fp為止；若磨削力有減小趨勢(shì)，此時(shí)Fm〈Fp，將迫使光整工具I沿磨頭軸線進(jìn)一步切入被加工工件，致使磨削量加大，同時(shí)導(dǎo)致磨削力加大，直至Fm= Fp，這樣使光整加工過(guò)程一直在恒定的壓力下工作。
[0022] 另一方面:補(bǔ)償光整工具的磨損。工作過(guò)程中磨頭在去除多余被加工對(duì)象材料之外，光整工具I自身也在不斷地消耗，使其長(zhǎng)度不斷縮短，與此同時(shí)其磨削量和磨削力也隨之減小，打破了系統(tǒng)力平衡條件。在此狀態(tài)下，系統(tǒng)供給的恒定壓力將驅(qū)使?jié)L動(dòng)花鍵軸帶動(dòng)光整工具I相對(duì)于被加工對(duì)象進(jìn)行移動(dòng)補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到新的磨削力平衡條件。本發(fā)明光整工具I磨損補(bǔ)償量為L(zhǎng)=10-12mm。需注意的是，隨磨損補(bǔ)償量L增大，彈簧力Fh=kL跟隨增大，由式(*)可知彈簧力增大將導(dǎo)致磨削力Fm減小，為此在彈簧9設(shè)計(jì)時(shí)其彈性系數(shù)k不宜取大，以不致使磨削力隨光整工具的消耗有大的波動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，包括磨頭本體，浮動(dòng)連接在磨頭本體前端的磨削工具頭、設(shè)置在磨頭本體后端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及磨削壓力控制元件組成，所述磨頭本體內(nèi)設(shè)有一個(gè)通壓縮空氣的壓力腔，滿足如下平衡條件:
Fp=Fu-Fg 式中Fp為系統(tǒng)壓力(壓縮空氣提供);Fm為磨削力；Fg為重力、各運(yùn)動(dòng)部件相互之間產(chǎn)生的摩擦力； 其中Fp由磨削壓力控制元件控制其大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，所述磨頭本體由滾動(dòng)花鍵軸、花鍵套、磨頭外殼、連接底座和端蓋組成:滾動(dòng)花鍵套固設(shè)于磨頭外殼內(nèi)，滾動(dòng)花鍵軸可移動(dòng)設(shè)置在花鍵套內(nèi)；連接底座的一端為通過(guò)螺栓與滾動(dòng)花鍵套和磨頭外殼固聯(lián)的接合面，另一端為與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的直柄或錐柄，連接底座內(nèi)部設(shè)有一個(gè)與滾動(dòng)花鍵軸端部軸頸相滑動(dòng)配合的孔腔，該孔腔有與外部壓縮空氣相通的通道。
3.—種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，包括磨頭本體，浮動(dòng)連接在磨頭本體前端的磨削工具頭、設(shè)置在磨頭本體后端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及磨削壓力控制元件組成，所述磨頭本體內(nèi)設(shè)有一個(gè)通壓縮空氣的壓力腔以及補(bǔ)償彈簧，滿足如下平衡條件:
Fp=Fu+Fb-Fg 式中Fb為系統(tǒng)壓力(壓縮空氣提供);Fm為磨削力；Fg為重力、各運(yùn)動(dòng)部件相互之間產(chǎn)生的摩擦力、Fp為補(bǔ)償彈簧力； 其中Fp由磨削壓力控制元件控制其大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，所述磨頭本體由滾動(dòng)花鍵軸、花鍵套、磨頭外殼、連接底座、補(bǔ)償彈簧和端蓋組成:滾動(dòng)花鍵套固設(shè)于磨頭外殼內(nèi)，滾動(dòng)花鍵軸可移動(dòng)設(shè)置在花鍵套內(nèi)；連接底座的一端為通過(guò)螺栓與滾動(dòng)花鍵套和磨頭外殼固聯(lián)的接合面，另一端為與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接的直柄或錐柄，連接底座內(nèi)部設(shè)有一個(gè)與滾動(dòng)花鍵軸端部軸頸相滑動(dòng)配合的孔腔，該孔腔有與外部壓縮空氣相通的通道；補(bǔ)償彈簧穿設(shè)在端蓋與滾動(dòng)花鍵軸肩間的滾動(dòng)花鍵階梯軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與磨頭本體相連的連接頭和中空結(jié)構(gòu)的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的電主軸，電主軸尾部設(shè)置有與外部壓縮空氣輸入管相連接的旋轉(zhuǎn)接頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，光整磨削工具頭由盤形光整磨削工具和軸柄組成，磨削工具與軸柄為鉸接連接，軸柄通過(guò)彈簧夾頭固聯(lián)在磨頭本體的花鍵軸中心軸孔內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可控磨削力浮動(dòng)光整加工磨頭，其特征在于，磨削壓力控制元件為壓力調(diào)節(jié)器，壓力調(diào)節(jié)器可選用電氣比例閥或可調(diào)式氣體壓力閥。
【文檔編號(hào)】B24B41/04GK103522176SQ201210396237
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】王隆太, 項(xiàng)余建 申請(qǐng)人:江蘇省（揚(yáng)州）數(shù)控機(jī)床研究院, 王隆太