專利名稱：數(shù)控車磨復(fù)合機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種數(shù)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(shù) 控車磨復(fù)合機床。
背景技術(shù)：
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(lǐng)域?qū)ν馆嗇S質(zhì)量要 求不斷提高和更新?lián)Q代速度日益加快的現(xiàn)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(shù)在發(fā)動機制造行業(yè)內(nèi)已 經(jīng)廣泛應(yīng)用之后，國內(nèi)市場對強力切削設(shè)備的需求更加迫切。目前國內(nèi)生產(chǎn)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(jīng)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?，F(xiàn)有國內(nèi)凸輪軸生產(chǎn)企業(yè)使用的國產(chǎn)數(shù)控凸輪軸磨床和進口的大部分數(shù)控凸輪 軸磨床的床身主要是采用T形結(jié)構(gòu)，X向和Z向?qū)к壨ǔ２捎肰-平結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(fù)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(chǎn)的數(shù)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(zhuǎn)運動，由于齒形帶存在一定的彈性，電動機的轉(zhuǎn)動傳遞到主 軸需要一定的時間，所以這種結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(jīng)難以對其進行加工，所以，凸輪軸的生產(chǎn)企業(yè)迫 切需要一種能夠?qū)浼よT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(guān)設(shè)計和制造經(jīng)驗，提出一種數(shù)控車磨復(fù)合機 床，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控車磨復(fù)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。本發(fā)明的另一目的在于提供一種數(shù)控車磨復(fù)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(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使機床的主軸回轉(zhuǎn)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。本發(fā)明的又一目的在于提供一種數(shù)控車磨復(fù)合機床，通過采用矩形床身、滾動重 載直線導(dǎo)軌副以及十字工作臺和回轉(zhuǎn)工作臺疊加的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使整體機床的剛性和功能的 復(fù)合性得到提高。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種數(shù)控車磨復(fù)合機床，在一矩形床身的上表面一 側(cè)設(shè)有主軸部件以及與主軸部件對應(yīng)的尾座，床身另一側(cè)設(shè)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(shè)置在底座上的伺服電主軸構(gòu)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(shè)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(gòu)成一十字工作臺；所述十字工作 臺上方設(shè)有一水平旋轉(zhuǎn)工作臺，該水平旋轉(zhuǎn)工作臺一側(cè)設(shè)置所述砂輪架，水平旋轉(zhuǎn)工作臺 另一側(cè)設(shè)置所述車刀架；所述第一工作臺和第二工作臺底部均設(shè)有滾動重載直線導(dǎo)軌副， 所述第二工作臺底部設(shè)有一驅(qū)動其移動的直線電機。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述伺服電主軸上設(shè)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。在本發(fā)明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(shè)置一套直線 光柵，由此形成直線電機全閉環(huán)控制。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，該直線光柵由設(shè)置在第一工作臺上的直線光柵讀 數(shù)頭和對應(yīng)設(shè)置在第二工作臺上的直線光柵定尺構(gòu)成。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述第一工作臺底部設(shè)有一驅(qū)動其移動的滾珠絲 杠副，所述絲杠與一第一伺服電機連接。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺由一第二伺服電機驅(qū)動旋 轉(zhuǎn)，所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺與第二工作臺之間設(shè)有端齒盤定位機構(gòu)，所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺的 轉(zhuǎn)軸部位設(shè)有使水平旋轉(zhuǎn)工作臺與第二工作臺緊密結(jié)合的碟形彈簧。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述矩形床身為一箱體結(jié)構(gòu)，該箱體內(nèi)部設(shè)有多 個帶有開孔的筋板。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述伺服電主軸的前部設(shè)有安裝工件的裝卡部 件。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述車磨復(fù)合機床上設(shè)有防護罩、除塵裝置和金 屬屑回收裝置。由上所述，本發(fā)明的數(shù)控車磨復(fù)合機床采用了矩形床身的設(shè)計形式，砂輪的進給 和平移應(yīng)用了十字交叉工作臺和水平旋轉(zhuǎn)工作臺疊加的結(jié)構(gòu)，使得機床整體結(jié)構(gòu)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(yīng)誤差達到了最小 值，使得加工精度得到了可靠的保障，實現(xiàn)了凸輪軸加工的高精度制造。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖1 本發(fā)明數(shù)控車磨復(fù)合機床的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 本發(fā)明數(shù)控車磨復(fù)合機床的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3本發(fā)明美女控車磨復(fù)合機床的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4本發(fā)明美 控車磨復(fù)合機床的工作臺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5本發(fā)明美 控車磨復(fù)合機床的主軸部件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6本發(fā)明美 控車磨復(fù)合機床的矩形床身結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7本發(fā)明美 控車磨復(fù)合機床中直線電機與直線光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā) 明的具體實施方式
。如圖1 圖4所示，本發(fā)明提供一種數(shù)控車磨復(fù)合機床100，在一矩形床身1的上 表面一側(cè)設(shè)有主軸部件2以及與主軸部件對應(yīng)的尾座3，矩形床身1另一側(cè)設(shè)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(shè)置在底座上 的伺服電主軸21構(gòu)成，所述伺服電主軸的前部設(shè)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(shè)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(gòu)成一個十字工作臺；所述十字 工作臺上方設(shè)有一水平旋轉(zhuǎn)工作臺63，該水平旋轉(zhuǎn)工作臺63 —側(cè)設(shè)置所述砂輪架4，水平 旋轉(zhuǎn)工作臺63另一側(cè)設(shè)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(shè)有 滾動重載直線導(dǎo)軌副7，所述第二工作臺62底部設(shè)有一驅(qū)動其移動的直線電機8。本發(fā)明的數(shù)控車磨復(fù)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；( 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(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)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，本發(fā)明的數(shù)控車磨復(fù)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(xiàn)有技術(shù)中由于零件需要多次裝夾造成的較大累積誤差；本發(fā)明采用了矩形床身、十字工 作臺與水平旋轉(zhuǎn)工作臺疊加的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了機床的剛性和功能的復(fù)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(jié)構(gòu)，這 種結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性強，抗彎及抗扭轉(zhuǎn)強度高的特點。該箱體內(nèi)部設(shè)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(zhuǎn)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。由于本發(fā)明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(zhuǎn) 換的時間和縮小占用工作場地空間的需要，因此，本發(fā)明采用了十字工作臺與水平旋轉(zhuǎn)工 作臺疊加的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在本實施方式中，第一工作臺61和第二工作臺62構(gòu)成的十字工作臺其作用是，將 現(xiàn)有磨床工作臺的Z向運動和砂輪架的X向運動復(fù)合在一起，在加工過程中實現(xiàn)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(shè)有滾動重載直線導(dǎo)軌副7作為X向和Z向的支撐，由于滾動重載直線導(dǎo)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(xiàn)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(shè)有一驅(qū)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(qū)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(shè)置的直線電機8直接驅(qū)動的， 因此，消除了現(xiàn)有技術(shù)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(zhuǎn)角度 與X向的進給運動之間存在著較大誤差的問題，實現(xiàn)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(zhuǎn)工作臺63上；在水 平旋轉(zhuǎn)工作臺63的設(shè)計中，如圖4所示，所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺63由一第二伺服電機631驅(qū) 動旋轉(zhuǎn)，所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺63與第二工作臺62之間設(shè)有端齒盤定位機構(gòu)632，該端齒盤 定位機構(gòu)632包括設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)工作臺63下方的上齒盤6321和設(shè)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(gòu)驅(qū)動上齒盤6321，從而使水平旋轉(zhuǎn)工 作臺63旋轉(zhuǎn)。所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺63的轉(zhuǎn)軸部位設(shè)有使水平旋轉(zhuǎn)工作臺63與第二工作 臺62緊密結(jié)合的碟形彈簧。由于采用了伺服電機驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)、端齒盤定位和 碟形彈簧夾緊的結(jié)構(gòu)方式，從而實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)定位精度高、夾緊安全可靠的要求，能夠快速地 (10秒鐘以內(nèi))完成車削與磨削功能的轉(zhuǎn)換。為了滿足磨削凸輪等非圓曲線的要求，本發(fā)明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(shè)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(jié)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(zhuǎn)角進行精確的位置檢測，并將檢測的結(jié)果反饋給計算機數(shù)控系統(tǒng)，計算機將圓 光柵211的檢測數(shù)據(jù)與伺服電主軸控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)進行比對后，自動進行誤差補償，這 樣就實現(xiàn)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(shè)置一套 直線光柵9，該直線光柵9由設(shè)置在第一工作臺61上的直線光柵讀數(shù)頭91和對應(yīng)設(shè)置在第 二工作臺62上的直線光柵定尺92構(gòu)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(jié)果反饋給計算機數(shù)控系統(tǒng)，計算機將直線光柵的檢測數(shù)據(jù)與直線電機控制器發(fā)出的 數(shù)據(jù)進行比對后，自動進行誤差補償，這樣就實現(xiàn)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(shù)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(qū)動的元件，其響應(yīng)速度只是取決 于電機的時間常數(shù)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(zhì)量；采用了伺服電主軸(主軸與伺服電機結(jié)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(qū)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(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響明顯地減小，機床數(shù)控系統(tǒng)比較穩(wěn)定，數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)簡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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)了凸輪軸 加工的高精度制造。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述車磨復(fù)合機床上設(shè)有防護罩、除塵裝置、金屬 屑回收裝置和液壓站等。由上所述，本發(fā)明的數(shù)控車磨復(fù)合機床采用了矩形床身的設(shè)計形式，砂輪的進給 和平移應(yīng)用了十字交叉工作臺和水平旋轉(zhuǎn)工作臺疊加的結(jié)構(gòu)，使得機床整體結(jié)構(gòu)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(yīng)誤差達到了最小 值，使得加工精度得到了可靠的保障，實現(xiàn)了凸輪軸加工的高精度制造。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均 應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于在一矩形床身的上表面一側(cè)設(shè)有主軸部件以 及與主軸部件對應(yīng)的尾座，床身另一側(cè)設(shè)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(shè)置在底座上的伺服電主軸構(gòu)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(shè)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(gòu)成一十字工作臺；所述十字工作臺上方設(shè)有一水平 旋轉(zhuǎn)工作臺，該水平旋轉(zhuǎn)工作臺一側(cè)設(shè)置所述砂輪架，水平旋轉(zhuǎn)工作臺另一側(cè)設(shè)置所述車 刀架；所述第一工作臺和第二工作臺底部均設(shè)有滾動重載直線導(dǎo)軌副，所述第二工作臺底 部設(shè)有一驅(qū)動其移動的直線電機。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述伺服電主軸上設(shè)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(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述第一工作臺與第二工作 臺之間設(shè)置一套直線光柵，由此形成直線電機全閉環(huán)控制。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于該直線光柵由設(shè)置在第一工 作臺上的直線光柵讀數(shù)頭和對應(yīng)設(shè)置在第二工作臺上的直線光柵定尺構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述第一工作臺底部設(shè)有一 驅(qū)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(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺由一第 二伺服電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述水平旋轉(zhuǎn)工作臺與第二工作臺之間設(shè)有端齒盤定位機構(gòu)，所述 水平旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)軸部位設(shè)有使水平旋轉(zhuǎn)工作臺與第二工作臺緊密結(jié)合的碟形彈簧。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述矩形床身為一箱體結(jié)構(gòu)， 該箱體內(nèi)部設(shè)有多個帶有開孔的筋板。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述伺服電主軸的前部設(shè)有 安裝工件的裝卡部件。
9.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控車磨復(fù)合機床，其特征在于所述車磨復(fù)合機床上設(shè)有防 護罩、除塵裝置和金屬屑回收裝置。
全文摘要
本發(fā)明為一種數(shù)控車磨復(fù)合機床，在一矩形床身的上表面一側(cè)設(shè)有主軸部件以及與主軸部件對應(yīng)的尾座，床身另一側(cè)設(shè)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(shè)置在底座上的伺服電主軸構(gòu)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(shè)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(shè)有一水平旋轉(zhuǎn)工作臺，水平旋轉(zhuǎn)工作臺一側(cè)設(shè)置砂輪架，另一側(cè)設(shè)置車刀架；第一工作臺和第二工作臺底部均設(shè)有滾動重載直線導(dǎo)軌副，第二工作臺底部設(shè)有一驅(qū)動其移動的直線電機。該復(fù)合機床整體結(jié)構(gòu)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(xiàn)了凸輪軸加工的高精度制造。
文檔編號B23P23/02GK102059554SQ20101053022
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者薛鵬祥 申請人:北京京儀世紀(jì)電子股份有限公司