本發明涉及機械工程技術領域，尤其涉及一種快速進退刀和恒壓進給機構。

背景技術：

磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。傳統的刀具機械磨床，采用進給手輪和進給絲杠的機械結構來完成工作臺和刀具從測量、換刀位到磨刀位以及進刀的過程，通常刀具測量、換刀位到磨刀位的距離較長，而進刀量(也就是刀具去除量和砂輪的磨損量之和)又相對較小。

采用大螺距的進給絲杠，可以使刀具快速從測量和換刀位到磨刀位，但進刀時不能實現微量進給；而采用小螺距絲杠進給，可以實現刀具的微量進給磨削，但無法使刀具從測量和換刀位快速到達磨刀位；再者，不管采用小螺距絲杠還是大螺距絲杠，均無法確保刀具多次從磨刀位到測量和換刀位的重復定位精度。此外，磨刀時采用手輪進給，完全由操作工的輸入扭矩來決定，很容易出現強行進給，造成被加工刀具的崩刃、進給絲杠的損壞。由此可見，目前的磨床所采用的機構不能實現快速進退刀，無法確保刀具多次從磨刀位到測量和換刀位的重復定位精度，也無法實現刀具磨削加工時的恒壓進給，進給的均勻性刀具刃口的加工一致性、可靠性均不能得到保證。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明提供一種快速進退刀和恒壓進給機構，用于解決現有刀具磨床不能實現高重復定位精度的快速進退刀功能，而且也不能實現刀具磨削加工時的恒壓進給的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種快速進退刀和恒壓進給機構，包括可滑動的進給拖板、螺桿減速機、進給手輪機構、緩沖裝置和氣壓傳動系統；所述緩沖裝置包括第一緩沖器和第二緩沖器；所述進給拖板上安裝有立軸和被加工刀具，所述進給拖板的一端連接氣壓傳動系統，所述進給拖板的另一端連接所述第二緩沖器，所述第二緩沖器在所述刀具進入加工位時緊壓所述螺桿減速機的螺桿；所述氣壓傳動系統包括氣缸和控制所述氣缸動作的氣壓傳動控制系統，所述氣缸包括缸體和可伸縮移動的活塞桿，所述缸體的頭部設有所述第一緩沖器，所述活塞桿的外端與所述進給拖板剛性連接；所述氣壓傳動控制系統包括依次連接的空壓機、減壓閥、二位五通閥以及單向節流閥組件，所述單向節流閥組件包括第一單向節流閥和第二單向節流閥，所述二位五通閥通過所述第一單向節流閥連接所述缸體的一端，所述二位五通閥通過所述第二單向節流閥連接所述缸體的另一端；所述螺桿減速機的輸入軸連接所述進給手輪機構，所述螺桿減速機的螺桿與所述進給拖板、所述氣缸處于同一軸線上。

其中，所述螺桿減速機包括箱體、蝸桿、蝸輪和螺桿，所述蝸桿轉動連接于所述箱體內，所述蝸桿與所述蝸輪配合連接，所述螺桿穿過所述蝸輪，所述蝸輪與所述螺桿螺紋連接。

其中，所述箱體內沿所述螺桿軸線的方向設有端套，所述端套與所述螺桿通過導向平鍵連接，并由螺釘鎖定。

其中，所述進給手輪機構包括手輪和連接所述螺桿減速機的輸入軸的進給傳動軸，所述進給傳動軸穿過所述手輪，所述手輪與所述進給傳動軸通過平鍵連接。

其中，所述進給手輪機構還包括斜齒輪、內嚙合蝸桿、內嚙合蝸輪、刻度套和刻度轉盤，所述刻度套設于所述斜齒輪和所述手輪之間，所述進給傳動軸依次穿過所述斜齒輪、所述刻度套和所述手輪，所述斜齒輪、所述刻度套均與所述進給傳動軸鍵連接，所述斜齒輪與所述內嚙合蝸桿嚙合，所述內嚙合蝸桿與所述內嚙合蝸輪配合，所述內嚙合蝸輪上連接所述刻度轉盤。

其中，所述進給拖板通過直線導軌副滑動連接于床身上，所述床身上固定連接所述螺桿減速機，所述氣缸通過固定組件固定在所述床身上，所述固定組件包括固定連接所述床身的氣缸安裝套和設于所述氣缸安裝套的一端的底板，所述氣缸安裝套內嵌有所述氣缸，所述氣缸的缸體尾部連接所述底板。

其中，所述缸體的頭部固定安裝有連接座，所述連接座固定連接所述第一緩沖器。

其中，所述進給拖板的另一端固定安裝有緩沖器套，所述緩沖器套內設有所述第二緩沖器；所述螺桿連接有接觸座，所述第二緩沖器在所述刀具進入加工位時緊壓所述接觸座。

其中，所述螺桿減速機的輸入軸通過進給傳動軸連接所述進給手輪機構，所述進給傳動軸通過彈性聯軸器連接所述螺桿減速機。

其中，所述氣壓傳動控制系統還包括過濾器、壓力表、油霧器、連接所述空壓機的儲氣罐以及氣壓管路，所述空壓機通過氣壓管路依次連接所述過濾器、所述減壓閥、所述壓力表和所述油霧器；所述油霧器通過氣壓管路與所述二位五通閥連接。

(三)有益效果

本發明提供的快速進退刀和恒壓進給機構，相比于現有技術具有以下特點：

1、本發明的快速進退刀和恒壓進給機構，采用機械進給系統和氣壓傳動系統相結合的方式，實現刀具的快速進退刀的同時能夠保證重復定位精度，同時也實現刀具加工時的恒壓進給；

2、本發明的快速進退刀和恒壓進給機構，通過設置第一緩沖器，能夠緩沖快速退刀時進給拖板對床身的沖擊；通過設置第二緩沖器，能夠緩沖快速進刀時進給拖板對床身的沖擊；第一緩沖器和第二緩沖器的結合，能夠保證刀具重復定位精度在0.003mm以內；

3、本發明的快速進退刀和恒壓進給機構，通過氣壓傳動控制系統的減壓閥設定系統壓力，確保刀具磨削加工時的恒定壓力磨削；通過單向節流閥組件調節進入氣缸的壓縮空氣流量，進而控制活塞桿的伸出和后退的速度，從而控制進給拖板的快速進退刀的速度；通過氣缸帶動進給拖板快速進給和后退，并在進給拖板進給到一定位置時，與螺桿減速機和進給手輪機構共同作用，實現刀具的恒壓進給；

4、本發明的快速進退刀和恒壓進給機構，通過螺桿減速機連接進給手輪機構，實現手輪回轉運動到螺桿直線運動的轉換，從而實現手輪進給機構和磨削進給的90度直角的布局，進而實現快速進退刀和恒壓進給的有機結合；

5、本發明的快速進退刀和恒壓進給機構，通過手輪進給機構，實現了微米級微量進給，高精度刀具刃口的微量進給加工，確保刀具刃口的表面粗糙度、尺度精度和形狀位置精度。

附圖說明

圖1為本發明快速進退刀和恒壓進給機構的結構圖；

圖2為本發明的快速進退刀部分的結構圖；

圖3為本發明的氣壓傳動系統的原理圖；

圖4為本發明的螺桿減速機的主剖圖；

圖5為本發明的螺桿減速機的側剖圖；

圖6為本發明的手輪進給機構的結構圖；

圖7為本發明的手輪進給機構與螺桿減速機連接的結構圖；

圖中，1：床身；2：進給拖板；3：螺桿減速機；301：箱體；302：蝸桿；303：蝸輪；304：螺桿；305：端套；306：導向平鍵；307：潤滑油嘴孔；4：氣缸；401：缸體；402：活塞桿；5：氣壓傳動控制系統；501：空壓機；502：減壓閥；503：二位五通閥；504：第一單向節流閥；505：第二單向節流閥；506：消聲器；507：儲氣罐；508：過濾器；509：壓力表；510：油霧器；6：第一緩沖器；7：進給手輪機構；701：手輪；702：進給傳動軸；703斜齒輪；704：內嚙合蝸桿；705：內嚙合蝸輪；706：刻度套；707：刻度轉盤；708：O型圈；709：手柄；8：第二緩沖器；9：接觸座；10：氣缸安裝套；11；底板；12：連接座；13：鎖緊塊；14：緩沖器套；15：軸承座；16：彈性聯軸器。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。以上僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本發明提供一種快速進退刀和恒壓進給機構，用于解決現有刀具磨床不能實現高重復定位精度的快速進退刀功能，而且也不能實現刀具磨削加工時的恒壓進給的問題。

如圖1-3所示，本發明實施例中提供一種快速進退刀和恒壓進給機構，包括可滑動的進給拖板2、螺桿減速機3、進給手輪機構7、緩沖裝置和氣壓傳動系統，進給拖板2上安裝有立軸和被加工刀具；可以理解的是，該機構在運作過程中安裝于床身1上，進給拖板2通過直線導軌副滑動連接于床身1上，即進給拖板2能夠相對床身1左右移動，螺桿減速機固定連接于床身1上；其中，緩沖裝置包括第一緩沖器和第二緩沖器；進給拖板2的左端連接氣壓傳動系統，通過氣壓傳動系統帶動進給拖板2在床身1上向前進給或向后退，從而實現刀具的進刀過程和退刀過程；氣壓傳動系統包括固定在床身1上的氣缸4和控制氣缸4動作的氣壓傳動控制系統5，氣缸4包括缸體401和可伸縮移動的活塞桿402，活塞桿402的左端設于缸體401內，活塞桿402的右端可向外伸出，缸體401的頭部(右端)設有第一緩沖器6，采用可變緩沖，可以緩沖進給拖板2向后運動實現快速退刀時，進給拖板2的自身的動能對床身1的沖擊，防止床身振動；活塞桿402的右端連接進給拖板2，在氣壓傳動控制系統5的作用下，活塞桿402在缸體401內向前運動或向后運動，從而帶動進給拖板2的進給或后退，氣動傳動控制系統5包括依次連接的空壓機501、減壓閥502、二位五通閥503以及單向節流閥組件，其中，單向節流閥組件包括第一單向節流閥504和第二單向節流閥505，二位五通閥503的一個出氣口通過第一單向節流閥504連接缸體401的左端，二位五通閥503的另一個出氣口通過第二單向節流閥505連接缸體401的右端；螺桿減速機3的輸入軸連接所述進給手輪機構7，螺桿減速機3的螺桿與進給拖板2、氣缸4處于同一軸線上；進給拖板2的另一端連接有第二緩沖器8，第二緩沖器8在刀具進入加工位時緊壓螺桿，具體的，螺桿減速機3的螺桿連接接觸座9，第二緩沖器8在刀具進入加工位時緊壓螺桿前端的接觸座9。

由于進給拖板2與機床的床身1采用了直線導軌副連接，進給拖板2可以沿導軌前后移動，進給拖板2上安裝有立軸和刀架，被加工刀具安裝在刀架上，因此，被加工刀具隨進給拖板一同沿導軌前后移動，實現從刀具測量、換刀位到刀具加工位的運動，以及刀具的磨削加工的過程。進給拖板2另一端連接第二緩沖器8，在圖2中體現為進給拖板2的頭部設有第二緩沖器8，該第二緩沖器8的作用是緩沖進給拖板2由刀具測量、換刀位到刀具加工位快速移動的動能，防止其對機床的床身1的沖擊，同時，通過第一緩沖器6和第二緩沖器8，能夠確保進給拖板2和被加工刀具的快速移動重復定位精度在0.003mm以內。當第二緩沖器8與接觸座9完全接觸后，刀具進入刀具加工位，此時進給拖板2頭部的第二緩沖器8在氣缸4的壓力作用下一直緊壓接觸座9，而接觸座9與螺桿減速機3的螺桿緊固連接，當螺桿在進給手輪機構7的作用下沿進刀方向移動某一距離時，進給拖板2也就在氣缸壓力作用下跟著接觸座9向進刀方向移動同樣距離，在進給手輪機構帶動螺桿減速機的螺桿進給時，第二緩沖器8始終頂著接觸座9，這樣就實現了刀具加工的恒壓進給，而這一壓力取決于氣壓傳動系統5的減壓閥502設定的壓力。在整個工作過程中，不調整減壓閥502的壓力值，那整個加工過程中進給時的壓力就不變，因此能夠保持恒定壓力進給。當二位五通閥503切換到另一位置時，氣缸4的活塞桿402在壓力作用下縮回，進給拖板2隨之移動，第二緩沖器8與接觸座9脫離接觸，這時刀具也與主軸上的砂輪脫離接觸，回到測量、換刀位，這時主要是觀測刀具的刃口質量、測量刀具尺寸，如果合格，則更換下一把刀，進行新刀的刃磨。

其中，如圖3所示，本發明提供的快速進退刀和恒壓進給機構，其采用的氣壓傳動系統屬于典型的進、出口節流調速系統，由減壓閥502設定系統壓力，氣缸4中的活塞桿402的移動速度由進、出口的單向節流閥504、505來調節，也就是說，與活塞桿402剛性連接的進給拖板2移動速度由兩個單向節流閥504、505的節流閥來調節。當二位五通閥503處于圖2示位置時，從空壓機501排出的壓縮空氣經減壓閥502、二位五通閥503的左位、第一單向節流閥504進入氣缸4的左腔，推動活塞和活塞桿402向右運動，與活塞桿402相連的進給拖板2向右運動，氣缸4的右腔的壓縮空氣通過第二單向節流閥505的單向閥進入二位五通閥503中。具體的，二位五通閥503連接有消聲器506，通過二位五通閥503排出的空氣通過消聲器506排到大氣中。當二位五通閥503換于另一位置時，從空壓機501出來的壓縮空氣經減壓閥502、二位五通閥503的右位、第二單向節流閥505進入氣缸4的右腔，推動活塞和活塞桿402向左運動，與活塞桿402相連的進給拖板2向左移動，氣缸4的左腔的壓縮空氣通過第一單向節流閥404的單向閥進入二位五通閥403中，二位五通閥403排出的壓縮空氣通過消聲器506排到大氣中。

本實施例中，氣壓傳動控制系統5還包括儲氣罐507，儲氣罐507連接在空壓機501上，其中儲氣罐507的主要作用是：在空壓機501工作時，將多余的壓縮空氣儲存于儲氣罐507中，當空壓機501不工作時，由儲氣罐507中的壓縮空氣供給系統壓縮空氣，保持系統所需壓縮空氣量和壓力，也就是說儲氣罐507既是儲能裝置也是穩壓裝置。

本實施例中，氣壓傳動控制系統5還包括過濾器508、壓力表509以及油霧器510，空壓機501通過氣壓管路依次連接過濾器508和減壓閥502，空壓機501排出的壓縮空氣先經過過濾器508，用于分離壓縮空氣中凝聚的水分和其它雜質，使壓縮空氣得到初步凈化；減壓閥502通過氣壓管路依次連接壓力表509、油霧器510和二位五通閥503，其中，過濾器508、減壓閥502和油霧器510構成氣動三聯件，壓力表509上可以讀取由減壓閥502設定的系統壓力的壓力值，油霧器510能夠將潤滑油進行霧化注入到壓縮空氣流中，對系統進行潤滑。

本實施例中，氣缸4通過固定組件固定在床身1上，其中，固定組件包括固定連接床身1的氣缸安裝套10和設于氣缸安裝套10的一端的底板11氣缸4安裝在氣缸安裝套10內，氣缸4的缸體401尾部連接底板11，氣缸安裝套10由螺栓緊固在床身1上，并由圓柱銷定位，缸體401的尾部與底板11螺栓連接后整體與氣缸安裝套10螺栓連接固定。

本實施例中，缸體401的頭部固定安裝有連接座12，連接座12上設有第一緩沖器6，缸體401的頭部用緊定螺釘緊固安裝了連接座12，連接座12上螺紋連接了第一緩沖器6，通過第一緩沖器6，采用可變緩沖，可以緩沖進給拖板2向后運動實現快速退刀時，進給拖板2的自身的動能對床身1的沖擊，防止振動。此外，氣缸4的活塞桿402通過鎖緊塊13連接進給拖板2的尾部，活塞桿402與鎖緊塊13由螺紋連接，并由螺母緊固，鎖緊塊13又由螺栓與進給拖板2尾部連接。

本實施例中，進給拖板2的右端與緩沖器套14螺紋緊固連接，緩沖器套14又與第二緩沖器8螺紋連接，并用螺母鎖緊，通過第二緩沖器8，能夠緩沖進給拖板2由刀具測量、換刀位到刀具加工位快速移動的動能，防止其對機床的床身1的沖擊。同時，通過第一緩沖器6和第二緩沖器8的配合設置，能夠確保移動重復定位精度在0.003mm以內。

本實施例中，如圖4、5所示，螺桿減速機3包括箱體301、蝸桿302、蝸輪303和螺桿304，蝸桿302可轉動的連接于箱體301內，具體的，蝸桿302通過軸承連接于箱體301內；蝸桿302與蝸輪303配合連接，螺桿304穿過蝸輪303，且蝸輪303與螺桿304螺紋連接；此外，箱體301內沿螺桿304軸線的方向設有端套305，端套305與螺桿304通過導向平鍵306連接，并由螺釘進行鎖定。該螺桿減速機3的輸入軸與蝸桿302設計為一體化軸，螺桿減速機3通過該一體化軸的旋轉運動轉化為螺桿304輸出的直線運動，而一體化軸在進給手輪機構7帶動下進行旋轉運動。

該螺桿減速機3的主要作用是將輸入軸(即上述的一體化軸)的旋轉運動轉化為螺桿304輸出的直線運動，由于螺桿減速機3的輸入軸與螺桿成90布置，實現了傳遞動力90度方向的改變。

蝸輪303的中心孔內設有螺桿304，并采用梯形螺紋將蝸輪303與螺桿304配合，螺桿304通過導向平鍵306鍵連接于端套305內，并由螺釘鎖定。所以，蝸桿302在進給手輪機構8的作用下做旋轉運動時，螺桿304不能與蝸輪303一同旋轉，但可以沿導向平鍵306的方向前后移動，從而實現了圓周運動到直線運動的轉化。

本實施例中，端套305設有潤滑油嘴孔307，潤滑油嘴孔307上設有潤滑油嘴，通過潤滑油嘴可以定期為螺桿減速機3添加潤滑油，減緩蝸輪303、蝸桿302以及軸承的磨損。

本實施例中，如圖6所示，進給手輪機構7包括手輪701和連接螺桿減速機3的輸入軸的進給傳動軸702，進給傳動軸702穿過手輪701，手輪701與進給傳動軸702通過平鍵連接。具體的，可以在手輪701上設置手柄709，以方便工作人員通過手柄709轉動手輪701。本發明提供的進給手輪機構7，在工作人員可以轉動手輪701，在手輪701的作用下，帶動與手輪701通過平鍵連接的進給傳動軸702轉動，在進給傳動軸702的帶動下，給予螺桿減速機3的輸入軸的旋轉運動。

本實施例中，進給手輪機構還包括斜齒輪703、內嚙合蝸桿704、內嚙合蝸輪705、刻度套706和刻度轉盤707，進給傳動軸702依次穿過斜齒輪703、刻度套706和手輪701，斜齒輪703的內端與進給傳動軸702通過平鍵連接，而且刻度套706的中心孔與進給傳動軸702通過平鍵連接，斜齒輪703的外端與內嚙合蝸桿704嚙合，內嚙合蝸桿704與內嚙合蝸輪705配合，內嚙合蝸輪705上連接刻度轉盤707。本發明提供的進給手輪機構7，手輪701帶動進給傳動軸702轉動，由于進給傳動軸702鍵連接斜齒輪703，進給傳動軸702帶動斜齒輪703轉動，斜齒輪703通過內嚙合蝸桿704和內嚙合蝸輪705帶動刻度轉盤707旋轉，從而可以通過刻度轉盤707控制旋轉的角度。內嚙合蝸輪705、內嚙合蝸桿704以及斜齒輪703之間的相互配合，主要是實現進給手輪機構7的微量進給，可實現0.001毫米的進給，高精度刀具刃口的微量進給加工，確保刀具刃口的表面粗糙度、尺寸精度和形狀位置精度。此外，在內嚙合蝸輪705與刻度轉盤707之間設置O型圈708，O型圈708起到外圓柱面密封的作用。

具體的，如圖7所示，進給手輪機構7設置在床身1上，進給傳動軸702的一端依次穿過斜齒輪703和手輪701，進給傳動軸702的另一端穿過床身1與螺桿減速機3的輸入軸連接，床身1內壁中由螺栓固定有軸承座15，軸承座15內設有軸承，床身1上設有的該軸承，以支撐進給傳動軸702，進給傳動軸702的另一端穿過軸承連接彈性聯軸器16，彈性聯軸器16的另一端連接螺桿減速機3的輸入軸。進給傳動軸702與螺桿減速機3的輸入軸通過彈性聯軸器16連接，將進給手輪機構7的手輪701的旋轉位移通過進給傳動軸702、彈性聯軸器16輸入到螺桿減速機3中，經過螺桿減速機3的轉換，以螺桿304的直線位移輸出。

氣缸4帶動進給拖板2沿導軌前后的快速移動，實現了刀具的快速進、退刀；刀具的快速退刀末端位置由氣缸4的活塞桿402的縮回末端位決定的，這個位置基本是固定的；而刀具快速進刀位置是由螺桿減速機3的螺桿304前端的伸出量決定的，刀具與進給拖板2快速到達進刀位時，刀具和砂輪面還沒有接觸，這時，旋轉進給手輪機構7的手輪701，使螺桿304向進刀方向移動，刀具和進給拖板2在氣缸4的壓力的推動下，也同步沿進刀方向移動，一直到刀具與砂輪面剛好接觸到，這個過程是對刀的過程，之后，再沿刀具進給方向移動，就開始了刀具的磨削過程，在刀具磨削過程中，刀具和進給拖板2在恒定的氣體壓力作用下運動，也就實現了刀具的恒壓力磨削。

本發明采用了機械進給系統和氣壓傳動系統相結合的方式，提供一種快速進退刀和恒壓進給機構來實現可調速的刀具快速進、退刀，確保其重復定位精度在0.003毫米以內；同時又實現了刀具加工時的恒壓進給，確保每次進給都是在統一的壓力下，確保進給的均勻性以及刀具刃口的加工一致性和可靠性，避免由于人為因素對機構的損壞。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。