一種超高速磨削裝備制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種超高速磨削裝備，包括立柱支撐、砂輪以及工作臺，在立柱支撐上設有主軸電機和主軸系統，主軸電機的輸出端連接一大帶輪，主軸系統前端連接一小帶輪，大帶輪和小帶輪之間通過平帶傳動，在主軸系統的后端連接砂輪，工作臺位于砂輪的下端，主軸系統包括主軸、軸殼以及設置在主軸和軸承之間的前端支撐和后端支撐，前端支撐和后端支撐分別包括兩個背對背安裝的角接觸球軸承，在背對背安裝的兩個角接觸球軸承之間設置有油氣噴嘴。本發明磨削設備大程度上提高了主軸系統的動平衡精度，在前端軸承處設有沿周向均布的彈簧陣列進行主軸軸向動態力預緊。
【專利說明】一種超高速磨削裝備
[0001]【技術領域】:
本發明涉及超高速磨削領域，具體涉及一種超高速磨削裝備。
[0002]【背景技術】:
超高速磨削是機械加工領域中先進制造技術的重要組成部分，是通過提高砂輪線速度(即磨削速度)來達到提高金屬磨除率和工件加工質量的工藝方法，在本領域，一般認為砂輪線速度大于150m/s即為超高速。應用高效率、高精度、高自動化、高柔性的磨削設備，能最大限度地提高工件加工效率，加工精度和加工表面質量。隨著能源、汽車、航空航天等高端產業對零件的加工精度與效率越來越高的要求，國際上許多發達國家均把超高速磨削工藝與裝備的研究作為機械制造領域的重要課題列入研究范圍。
[0003]目前，超高速磨削試驗裝備主軸系統主要為電主軸。由于電主軸結構比較特殊，電機置于主軸內部,通過驅動電源直接驅動主軸進行工作，實現了電機、主軸的一體化功能；電主軸結構緊湊，從而避免了由于有中間傳動環節而帶來的裝配誤差和傳動誤差，傳動精度高，動態響應快；但另一方面，由于電機轉子和定子內置于主軸中，故其運轉過程中發熱比較嚴重，需額外增加水冷機進行強制水冷，電主軸結構需考慮循環水冷卻，從而使得電主軸將結構變得復雜；同樣，內置于主軸中的電機受空間體積限制，電機功率都很有限，一般磨削用電主軸最高轉速為30000rpm到40000rpm，但對應最大功率僅有IOKw到30Kw，從而使得磨削用電主軸在超高速磨削過程中的使用受到很大限制；更有，一般超高速磨削用電主軸價格昂貴，大大的增加了試驗裝備和研究成本。
[0004]在磨削技術和工藝的研究中，帶傳動系統即通過電機驅動帶傳動連接方式，一般用于砂輪安全回轉試驗使用，至今未見報道有將其用于超高速磨削試驗裝備主軸系統。通常地，該連接方式為普通三相異步電機連接大帶輪，通過皮帶連接小帶輪，小帶輪帶動主軸轉動，主軸常用前后各一組或兩組軸承支承。該連接方式中，三相異步電機最高轉速略低于3000rpm，一般常用功率也不高，這樣使得主軸轉速一般最高為9000rpm到15000rpm左右，很難再有提高；且軸承發熱嚴重，基本沒有冷卻，一般也只是用液體油或者油脂潤滑，軸承轉速受到限制且冷卻效果不是很令人滿意。
[0005]
【發明內容】
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發明目的:
針對以上存在的問題，本發明的目的在于提供一種適合超高速磨削用的裝備，可以滿足超高速磨削所要求的主軸高轉速、高功率、高動平衡精度且軸承充分潤滑冷卻等條件，且成本相對較低。
[0006]技術方案:
為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案:
一種超高速磨削裝備，包括立柱支撐、砂輪以及工作臺，其特征在于:在所述立柱支撐上設有主軸電機和主軸系統，所述主軸電機的輸出端連接一大帶輪，所述的主軸系統前端連接一小帶輪，所述的大帶輪和小帶輪之間通過平帶傳動，在主軸系統的后端連接所述的砂輪，所述工作臺位于砂輪的下端，所述的主軸系統包括主軸、軸殼以及設置在主軸和軸承之間的前端支撐和后端支撐，所述的前端支撐和后端支撐分別包括兩個背對背安裝的角接觸球軸承，在背對背安裝的兩個角接觸球軸承之間設置有油氣噴嘴，在所述前端支撐的后端與軸殼之間還設置有沿軸殼周向布置的彈簧陣列，在所述的主軸上設置有兩個沿徑向對稱布置的鍵槽，所述的小帶輪與主軸之間通過設置在兩個鍵槽內的雙鍵連接。
[0007]在所述的軸殼的內部設置有一彈簧支撐，所述的彈簧位于所述前端支撐的后端與彈簧陣列支撐之間。
[0008]在所述的軸殼內設置有一油氣通道，該油氣通道與所述前端支撐和后端支撐的油氣噴嘴相連。
[0009]在前端軸承處設有沿周向均布的彈簧陣列進行主軸軸向動態力預緊，提高主軸系統軸向動態剛度。
[0010]工作臺通過常用的三維運動機構驅動實現，即三個方向分別用伺服電機驅動滾珠絲杠繼而驅動工作臺的結構方式，由于該方式普遍通用，這里不再詳述。
[0011]有益效果:
1、本發明超高速磨削試驗裝備小帶輪與主軸系統之間通過雙鍵連接，在軸殼與主軸的前端支撐和后端支撐分別設置背對背的角接觸球軸承，這樣可以很大程度上提高了主軸系統的動平衡精度，在前端軸承處設有沿周向均布的彈簧陣列進行主軸軸向動態力預緊。因此可采用主動電機驅動主軸系統進行高速磨削,在主軸電機與主軸系統之間通過高速帶傳動驅動方式,其性能可以達到超高速磨削要求,并大大節約了裝備成本。
[0012]2、本發明超高速磨削試驗裝備采用高速主軸電機，其最高轉速一般可達IOOOOrpm以上，且功率亦可達到使用要求；電機輸出軸與大帶輪之間通過脹緊套傳遞扭矩。
[0013]3、本發明超高速磨削試驗裝備中軸承采用油氣潤滑，即通過設置在雙列軸承中間的油氣噴嘴對軸承進行油氣潤滑，降低了軸承的發熱量，可以提高軸承壽命。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發明超高速磨削裝備總體示意圖；
圖2是主軸系統在立柱支撐中結構示意圖；
圖3是主軸系統示意圖；
圖4是主軸系統右視圖。
[0015]圖中:1、主軸電機；2、立柱支撐；3、大帶輪；4、張緊機構；5、高速平帶；6、脹緊套；
7、砂輪；8、防護罩；9、工件:10、工作臺；11、主軸系統；12、小帶輪；13、主軸；14、鎖緊螺母；
15、圓頭平鍵；16、前密封迷宮；17、前法蘭端蓋；18、螺釘；19、角接觸球軸承；20、油氣噴嘴；21、軸承內擋圈；22、軸承外擋圈；23、彈簧；24、彈簧支撐；25、軸殼；26、后軸承擋圈；27、油氣入口 ；28、后法蘭端蓋；29、油氣出口
【具體實施方式】:
下面結合附圖和具體實例對本發明進一步說明:
圖1所示為本發明超高速磨削裝備總體示意圖，圖2是主軸系統在立柱支撐中結構示意圖。主軸電機I安裝固定在立柱支撐2上，由于主軸電機一般最高轉速可達到IOOOOrpm以上,故而考慮動平衡特性其輸出軸一般不帶有鍵槽,為此主軸電機I輸出軸端通過脹緊套6連接大帶輪3，大帶輪3通過高速平帶5連接小帶輪12繼而帶動主軸系統11高速旋轉，并在帶輪一側設有張緊機構4對高速平帶5進行張緊，主軸系統11內置于立柱支撐2中，通過其外圓和法蘭端面進行定位，其輸出端安裝砂輪7，并設有防護罩8，工件9安放于工作臺10上，考慮高速主軸系統進給運動會導致結合面剛性不足，故而采用主軸系統固定不動，工作臺沿X、Y、Z三個方向進給以使得工件逼近砂輪進行磨削加工，工作臺通過常用的三維運動機構實現，由于不是本發明重點，這里不再詳述。
[0016]圖3是主軸系統示意圖。小帶輪12通過安裝在主軸13輸入端位置兩個鎖緊螺母14進行固定，其與主軸13之間通過兩個圓頭平鍵進行連接，該方式主要考慮主軸對稱位置開兩個鍵槽可以保持較高的動平衡特性。主軸13輸入端和輸出端處均設置兩列背對背安裝形式的角接觸球軸承19以便可以承受軸向力和徑向力，更主要是可以承受極高的轉速要求。兩列角接觸球軸承19中間設置有油氣噴嘴20，通過4個油氣入口 27通入的油氣混合體對軸承19進行油氣潤滑從而可以降低軸承發熱量并進行潤滑，提高軸承壽命，并最終從油氣出口 29 (圖4所示)流出。在主軸系統高速運轉和磨削加工過程中，主軸承受微小軸向力，通過預先進行壓縮的彈簧23彈性伸長作用可以抵消，同時，彈簧壓縮軸承外圈，從而提高整個主軸系統軸向動態剛度。
[0017]作為一個實施例，選用主軸電機I最高轉速達到15000rpm，最大功率28Kw，帶傳動比為1: 3，從而主軸系統理論轉速最高可達到45000rpm，所用砂輪7基體材料為45鋼，直徑240mm,質量約3Kg，主軸中部直徑45mm，軸端跳動3Mm，安裝砂輪后，高速平帶5在25000rpm左右打滑，故而此時使用最大線速度可達到300m/s，若砂輪基體材料換成鈦合金或鋁合金或CFRP等復合材料，則最大線速度應該可以更高。
[0018]本發明超高速磨削試驗裝備采用高速主軸電機驅動高速帶傳動方式，其性能可以達到超高速磨削要求，并大大節約了裝備成本，可以應用到超高速磨削試驗研究中。
【權利要求】
1.一種超高速磨削裝備，包括立柱支撐、砂輪以及工作臺，其特征在于:在所述立柱支撐上設有主軸電機和主軸系統，所述主軸電機的輸出端連接一大帶輪，所述的主軸系統前端連接一小帶輪，所述的大帶輪和小帶輪之間通過平帶傳動，在主軸系統的后端連接所述的砂輪，所述工作臺位于砂輪的下端，所述的主軸系統包括主軸、軸殼以及設置在主軸和軸承之間的前端支撐和后端支撐，所述的前端支撐和后端支撐分別包括兩個背對背安裝的角接觸球軸承，在背對背安裝的兩個角接觸球軸承之間設置有油氣噴嘴，在所述前端支撐的后端與軸殼之間還設置有沿軸殼周向布置的彈簧陣列，在所述的主軸上設置有兩個沿徑向對稱布置的鍵槽，所述的小帶輪與主軸之間通過設置在兩個鍵槽內的雙鍵連接。
2.根據權利要求1所述的一種超高速磨削裝備，其特征在于:在所述的軸殼的內部設置有一彈簧支撐，所述的彈簧陣列位于所述前端支撐的后端與彈簧支撐之間。
3.根據權利要求1所述的一種超高速磨削裝備，其特征在于:在所述的軸殼內設置有一油氣通道，該油氣通道與所述前端支撐和后端支撐的油氣噴嘴相連。
【文檔編號】B24B47/12GK103586759SQ201310588620
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】傅玉燦, 楊路, 徐九華, 趙家延, 田霖 申請人:南京航空航天大學