1 问题的提出
图1 摆动磨法示意图
2 不同磨削方法的分析与比较
- 摆动磨法 摆动磨削机床具有较强的切削能力,故磨削速度快,加工时间短。用摆动磨加工球面轴承外圈,既要保证摆动工件球心与砂轮轴线处于同一水平连线,又要与砂轮横向中心剖面相重合。实际加工中,由于机床自身摆动平面处的振动及工件的不等宽性,很难保证其球面曲率的一致性(见图1)。
- 切入磨法 在这种磨削方法中,轴承外圈的球面曲率取决于砂轮被修整的形状。磨削时,由于轴承外圈本身的余量不等及形状不同,因此固有砂轮的形状随时都可能被破坏。该加工方法效率低,砂轮修整频繁,其球面曲率也难以保证,一般都不采用。
6.主动测量仪 7.砂轮 8.纵向滑台 9.磨头装置
10.磨头电动机 11.横向滑台 12.步进电动机
13.皮带轮 14.主轴箱 15.主轴电动机
图2 机床传动原理图
3 机械部分设计
- 主轴及夹具
- 由于外球面轴承外圈为薄壁小型导磁工件,因此工艺上采用无心夹具。无心夹具由壳体、线圈铁心、磁极、磁盘及两可调支承组成。工件通过两支承来定位,其支承位置可根据工件直径的不同而调整。使用电磁吸盘无心夹具磨削的最大好处是:其加工精度不受机床主轴回转精度的影响,因而可以获得很高的加工精度。
- 主轴旋转由0.75kW电动机驱动,通过双速皮带轮和一组减速齿轮使主轴获得166r/min和280r/min两种转速,以满足不同尺寸工件的需求。为克服主轴上的轴向力,提高主轴旋转精度,支承选用5级精度双列短圆柱滚子轴承与两对角接触球轴承相配合。
- 纵、横向进给机构
- 磨床的纵、横向进给机构分别由手动和步进电动机驱动,两者均采用滑动导轨。
- 纵向进给由于其承受载荷较大,又有运动精度要求,故采用矩—山形导轨。纵向进给滑板由步进电动机驱动,通过减速机构、丝杠螺母机构带动滑板做纵向移动。为调整需要,在步进电动机停止运行时(断电状态),还可通过手轮及离合器使纵向滑板做手动进给,整个纵向移动量大行程设计为150mm。横向进给机构置于纵向进给滑板上,是为满足被加工件宽度变换而设置的。由于调整次数不多,采用手动螺母调整:为克服较大的轴向抗力,横向进给机构的导轨设计成燕尾型,既可防止颠覆力矩,又可满足使用要求。
- 磨头装置
- 磨头作为切削工具的主要部分,置于横向滑板上。为使磨头获得高转速,采用转速为2880r/min的电动机,通过皮带来驱动。为提高磨削精度,以两对5级精度角接触球轴承为支承,磨头前装有空心柱形砂轮(以磨削直径100mm为例,其砂轮尺寸为Ø35mm×Ø50mm×70mm)及砂轮防护罩。
图3 加工流程图
4 电控部分设计
- 对刀
- 首先将数控装置选择开关置于手动位置,使工件和砂轮旋转。然后摇动手轮,使磨头砂轮逐渐靠近工件。当两者微接触(微见火花)时,按下对刀键,此时纵向进给机构快退20mm,即为该工件在数控加工中的零点。
- 加工
- 将数控装置置于自动加工位置,按下启动键,纵向进给机构在步进电动机驱动下,向工件快速移动20mm,主轴由限位开关启动并旋转,磨头进入工进状态,磨削开始。
- 此时,通过工件表面的测头,将工件径向尺寸变化的位移信号变为电信号送入测量仪,由测量仪将信号反馈给数控系统,通过其判断比较后,继续控制伺服机构做纵向运动。
- 光磨
- 当工件尺寸达到某一设定值时(一般可预留20µm),数控装置发出停止信号,伺服机构停止纵向进给。但此时磨头与工件仍然转动,进行无进给磨削,即光整加工。
- 随着光磨余量的消除,工件达到尺寸要求后,通过测量仪经数控系统发出快退信号,伺服机构快退,主轴停转,完成一个工件的加工过程。