技术领域
[0001] 本
发明涉及一种数控磨床，特别是涉及一种高精度数控外圆磨床及其加工工件的方法。
背景技术
[0002] 在磨削细长工件领域，使用的磨床一般包括一
砂轮主轴头、一
头架、一尾架，加工直径小于6㎜且长度大于150㎜的工件时，由于受
力不平衡原因而引起直线度和跳动都大于5μm，且工件的粗磨和细磨需要分开进行，磨床的加工效率低。在磨削工件的倒锥时，精度经常不稳定，调机也比较困难。
[0003] 中国实用新型
专利CN203460011U公开了一种数控外圆磨床，包括床身和设于床身上的具有夹头的头架，头架与床身之间设有伺服进给轴一，床身上还设有分别位于头架前部两侧的粗磨磨头和精磨磨头，精磨磨头的轴线与头架的轴线平行，粗磨磨头的轴线与头架的轴线相交，精磨磨头与床身之间设有一个伺服进给轴二，粗磨磨头与床身之间也设有一个伺服进给轴三，床身上还设有提高工作效率的自动送料结构，和用于提高加工精度的
支撑工件的辅助支撑结构。该外圆磨床采用工件单侧夹持搭配支撑结构与双砂轮组合方式，需确保工件毛坯棒材的粗糙度Ra小于或等于0.4μm，直线度小于5μm，跳动小于5μm且圆度小于5μ m，才能加工出粗糙度小于0.4μm，直线度小于5μm，跳动小于5μm且圆度小于5μm的工件。
[0004]
现有技术中高精度外圆磨床对工件毛坯粗糙度、直线度、跳动和圆度的要求高是亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种高精度外圆磨床，所述高精度外圆磨床的加工精度高、对工件毛坯的要求低。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007] 一种高精度数控外圆磨床，所述磨床包括底座、头架、尾架、第一伺服进给系统、粗砂轮主
轴头、第二伺服进给系统、精砂轮主轴头和第三伺服进给系统，所述头架和尾架通过第一伺服进给系统安装在所述底座上，所述粗砂轮主轴头通过所述第二伺服进给系统安装在所述底座上，所述精砂轮主轴头通过所述第三伺服进给系统安装在所述底座上，所述第二伺服进给系统、第三伺服进给系统设于所述第一伺服进给系统的两侧，所述粗砂轮主轴头和所述精砂轮主轴头设于所述头架两侧，所述头架、尾架分别设有头架顶尖、尾架顶尖，所述头架顶尖和所述尾架顶尖用于顶紧工件毛坯。
[0008] 本发明的高精度数控外圆磨床通过采用双顶尖的夹持方式与设于头架两侧的粗砂轮主轴头、精砂轮主轴头配合，加工精度高、加工效率高，且对工件毛坯的要求较低。
[0009] 本发明解决技术问题所采用的第二种技术方案是：
[0010] 一种高精度数控外圆磨床加工工件的方法，包括以下步骤：
[0011] a)第四伺服
电机驱动所述头架向尾架的方向移动，直至头架上的头架顶尖和尾架上的尾架顶尖将工件毛坯顶紧，所述工件毛坯的粗糙度Ra大于或等于1.6μm、直线度大于或等于 10μm、跳动大于或等于10μm且圆度大于或等于10μm；
[0012] b)启动粗砂轮主轴头和精砂轮主轴头，所述第二
伺服电机及第三伺服电机分别驱动所述粗砂轮主轴头和精砂轮主轴头沿工件毛坯的径向靠近工件毛坯；
[0013] c)当加工所述工件毛坯到预设的参数后，第一伺服电机驱动第一滑
块沿工件毛坯的轴向移动，整个工件毛坯加工完成后，第一伺服电机驱动第一滑块复位；
[0014] d)加工完后，工件的粗糙度小于或等于0.4μm、直线度小于或等于5μm、跳动小于或等于5μm、且圆度小于或等于5μm。
[0015] 本发明一种高精度数控外圆磨床加工工件的方法，能够在工件毛坯的粗糙度Ra大于等于 1.6μm、直线度大于等于10μm、跳动大于等于10μm且圆度大于等于10μm的情况下，加工出粗糙度小于或等于0.4μm、直线度小于或等于5μm、跳动小于或等于5μm、且圆度小于或等于5μm的工件。
附图说明
[0016] 图1为本发明的一种高精度数控外圆磨床的俯视示意图；
[0017] 图2为本发明的一种高精度数控外圆磨床的立体示意图。
具体实施方式
[0018] 以下结合
实施例对本发明作进一步详细说明。
[0019] 进一步的，所述工件的毛坯的粗糙度Ra大于或等于1.6μm、直线度大于或等于10μm、跳动大于或等于10μm且圆度大于等于10μm。
[0020] 所述高精度外圆磨床的双顶尖顶紧所述工件两端的中心孔，所述工件绕着两端中心孔的中心所形成的轴线旋转，采用双顶尖夹持方式与头架两侧分布双砂轮方式配合，在保证加工精度的前提下，降低了对工件毛坯的粗糙度、直线度、跳动或圆度的要求。
[0021] 进一步的，所述粗砂轮主轴包括一粗砂轮，所述粗砂轮的厚度为d，所述精砂轮主轴包括一精砂轮，所述粗砂轮与所述精砂轮沿头架和尾架之间的轴线的间距为0-5d。
[0022] 采用粗砂轮在前，精砂轮在后的方式，且两者间距在0-5d(d为粗砂轮的厚度)，工作时，工件的加工量可由粗砂轮和精砂轮共同分担，加工效率高，加工直线度好。
[0023] 进一步的，所述粗砂轮的
转轴和所述精砂轮的转轴分别平行于所述头架与尾架之间的轴线。
[0024] 进一步的，所述粗砂轮的转轴与所述头架、尾架间的轴线平行，所述精砂轮的转轴与所述头架与尾架之间的轴线相交。
[0025] 所述精砂轮的转轴与所述头架、尾架间的轴线相交，便于加工异形工件。
[0026] 进一步的，所述第一伺服进给系统包括一第一滑块、一第一
丝杆滑轨和一第一伺服电机，所述第一伺服电机驱动所述第一丝杆滑轨带动所述第一滑块在头架与尾架之间的轴线方向上移动，所述头架和所述尾架安装在所述第一滑块的两端。
[0027] 进一步的，所述第二伺服进给系统包括一第二滑块、一第二丝杆滑轨和一第二伺服电机，所述第二伺服电机驱动所述第二丝杆滑轨带动所述第二滑块在工件毛坯的径向方向上移动，所述粗砂轮主轴头安装在所述第二滑块上；所述第三伺服进给系统包括一第三滑块、一第三丝杆滑轨和一第三伺服电机，所述第三伺服电机驱动所述第三丝杆滑轨带动所述第三滑块在工件毛坯的径向方向上移动，所述精砂轮主轴头安装在所述第三滑块上。
[0028] 进一步的，所述头架通过一第四伺服进给系统安装在第一滑块上，所述第四伺服进给系统包括一第四滑块、一第四滑轨和一第四伺服电机，所述第四滑块通过所述第四滑轨安装在所述第一滑块上，所述第四伺服电机驱动所述第四滑轨带动所述第四滑块沿所述头架和尾架之间的轴线方向移动，所述尾架设有比例调压机构。
[0029] 尾架固定的情况下，采用第四伺服电机驱动所述头架在头架轴线方向上移动，能够精准地根据尾架的压力传感检测的顶紧压力情况，及时调整头架的
位置，使顶紧同一规格的工件毛坯的压力保持恒定，工件毛坯不易
变形。
[0030] 进一步的，还包括一自动上下料装置，所述自动上下料装置包括多轴工业
机器人及料盘，所述多轴
工业机器人上设有用于夹持所述工件毛坯的机构和移动工件毛坯的机构。
[0031] 进一步的，在所述步骤a)中，还包括所述多轴工业机器人从料盘中抓取工件毛坯并将所述工件毛坯移动至所述头架与所述尾架之间的步骤；在所述步骤d)中，还包括多轴工业机器人抓取加工好的工件毛坯并放回料盘中的步骤。
[0032] 实施例1
[0033] 参照图1及图2，本发明的高精度数控外圆磨床100包括底座10、头架20、尾架30、粗砂轮主轴头40和精砂轮主轴头50。头架20及尾架30通过一第一伺服进给系统23安装在底座10上，头架20设有拨料机构22及头架顶尖21，尾架30设有尾架顶尖31，头架顶尖 21和尾架顶尖31用于顶紧工件毛坯60。粗砂轮主轴头40通过一第二伺服进给系统42安装在底座10上，所述精砂轮主轴头50通过一第三伺服进给系统52安装在底座10上，粗砂轮主轴头40和所述精砂轮主轴头50设于头架20的两侧，粗砂轮主轴头40的砂轮转轴与精砂轮主轴头50的砂轮转轴分别平行于头架20的轴线。
[0034] 所述第一伺服进给系统23包括一第一滑块231、一第一丝杆滑轨232和一第一伺服电机 233，第一滑块231通过第一丝杆滑轨232安装在底座10上，第一伺服电机233驱动第一丝杆滑轨232带动第一滑块231沿头架20与尾架30之间的轴线方向上移动。头架20通过一第四伺服进给系统24安装在第一滑块231上的一端，尾架30设于第一滑块231上的另一端，头架顶尖21与尾架顶尖31相对齐。
[0035] 第四伺服进给系统24包括一第四滑块241、一第四滑轨242和一第四伺服电机243，第四滑块241通过第四滑轨242安装在第一滑块231上，第四伺服电机243驱动第四滑轨242 带动第四滑块241沿头架20与尾架30之间的轴线方向移动。头架20的拨料机构22包括拨盘、拨杆25、夹头27，头架20还包括一第五电机26，第五电机驱动拨盘带动拨杆25旋转，拨杆25与工件毛坯60上的夹头27配合，带动工件毛坯60旋转。
尾座30为液压尾座，并设有比例调压机构。
[0036] 第二伺服进给系统42和第三伺服进给系统52分别设于第一伺服进给系统23的两侧。第二伺服进给系统42包括一第二滑块421、一第二丝杆滑轨422和一第二伺服电机423，粗砂轮主轴头40安装在第二滑块421上，第二伺服电机423驱动第二丝杆滑轨422带动粗砂轮主轴头40靠近或远离工件毛坯60。第三伺服进给系统52包括一第三滑块521、一第三丝杆滑轨522和一第三伺服电机523，精砂轮主轴头50安装在第三滑块521上，第三伺服电机523 驱动第三丝杆滑轨522带动精砂轮主轴头50靠近或远离工件毛坯60。
[0037] 粗砂轮主轴头40包括一粗砂轮41和一粗砂轮
驱动电机43，粗砂轮41的厚度为d。精砂轮主轴头50包括一精砂轮51和一精砂轮驱动电机53。粗砂轮41与精砂轮51平行设置在工件毛坯60的两侧，且两者沿头架20与尾架30之间的轴线的间距为d。
[0038] 高精度外圆磨床100还包括一控制台80和一自动上下料装置，所述自动上下料装置包括一多轴工业机器人70及料盘90，所述多轴工业机器人70设有用于夹持工件的机构71和移动工件的机构72。
[0039] 使用时，高精度外圆磨床100的多轴工业机器人70从料盘90上夹取待加工的工件毛坯 60，将待加工的工件毛坯60移动至头架20和尾架30之间；第四伺服电机驱动头架20向尾架30的方向移动，直至头架顶尖21和尾架顶尖31顶紧待加工的工件毛坯60的两侧中心孔；多轴工业机器人70松开工件毛坯60，回到料盘90处；启动粗砂轮主轴头40和精砂轮主轴头50，粗砂轮41在前，精砂轮51在后并与粗砂轮41沿工件轴向方向相距d，第二伺服电机驱动粗砂轮主轴头40沿工件毛坯60的径向靠近，第三伺服电机驱动精砂轮主轴头50沿工件毛坯60的径向靠近；当所述磨床100加工所述工件毛坯60达到预设的参数后，第一伺服电机233驱动第一伺服进给系统23沿工件毛坯60的轴线方向移动，整个工件毛坯60加工完成后，第一伺服电机233驱动第一滑块231复位；加工完毕后，粗砂轮主轴头40和精砂轮主轴头50远离加工好的工件毛坯60，多轴工业机器人70抓取加工好的工件毛坯60，头架20和尾架30松开加工好的工件毛坯60，多轴工业机器人70将加工好的工件毛坯60放回料盘90 中。
[0040] 在变形的实施例中，粗砂轮41的转轴与头架20、尾架30间的轴线平行，精砂轮51的转轴与所述头架20、尾架30间的轴线相交。
[0041] 在变形的实施例中，所述粗砂轮41与精砂轮51在头架20与尾架30之间的轴线方向的间距为5d。
[0042] 在变形的实施例中，所述粗砂轮41与精砂轮51在头架20与尾架30之间的轴线方向的间距为0。
[0043] 在变形的实施例中，所述底座10为竖向分布，所述外圆磨床100的其他部件按照实施例1的位置关系布设在底座10上。
[0044] 对比例1
[0045] 本对比例的外圆磨床(图未示)与实施例一的外圆磨床100的主要不同之处在于工件毛坯60的固定方式不同，对比例一的头架包括一夹持结构，床身上还设置一与所述夹持结构配合的辅助支撑结构，所述辅助支撑结构包括设于头架与精砂轮主轴之间的支撑板、设于支撑板
侧壁上的可进行上下微调的V型
定位块和设于V型定位块上方的可绕轴心转动的压轮，压轮与V型定位块之间形成用于装夹工件的装夹腔，装夹腔的中心与头架的夹持中心同心，压轮设于一驱动件上。
[0046] 采用本发明的高精度外圆磨床100与对比例1的外圆磨床加工如表1所述工件毛坯60，其中，试验例1.1-1.4使用实施例1的外圆磨床100，对比例1.1-1.4使用对比例1的外圆磨床结构，试验例及对比例的外圆磨床对同一规格的工件毛坯的磨削量相同，加工完毕后，工件的参数参见表1(表中单位为μm)：
[0047] 表1实施例1的外圆磨床100与对比例1的外圆磨床加工工件毛坯的结果[0048]
[0049] 显然工件毛坯的粗糙度Ra大于或等于1.6μm、直线度大于或等于10μm、跳动大于或等于10μm且圆度大于或等于10μm时，实施例1的高精度数控外圆磨床100能够加工出粗糙度小于或等于0.4μm、直线度小于或等于5μm、跳动小于或等于5μm、且圆度小于或等于5μm的工件；对比例1的外圆磨床在工件毛坯的粗糙度Ra大于或等于1.6μm、直线度大于或等于10μm、跳动大于或等于10μm且圆度大于或等于10μm时，加工出的工件的直线度和跳动无法达标。
[0050] 对比例2
[0051] 本对比例的外圆磨床(图未示)与实施例1的外圆磨床100的主要不同之处在于砂轮主轴头设置不同，对比例2的外圆磨床仅在头架20、尾架30间的轴线一侧设置砂轮主轴头，所述砂轮主轴头设置了粗砂轮和精砂轮，所述粗砂轮和精砂轮上下分布在所述砂轮主轴头上，通过切换方式实现同一时间粗砂轮或精砂轮单独加工工件毛坯60。
[0052] 采用本发明的高精度外圆磨床100与对比例2的外圆磨床加工如表2所述工件毛坯60，其中，试验例2.1-2.4使用实施例1的外圆磨床100，对比例2.1-2.4使用对比例2的外圆磨床，加工完毕后，工件的参数参见表2(表中单位为μm)：
[0053] 表2实施例1的外圆磨床100与对比例2的外圆磨床加工件毛坯的结果
[0054]
[0055] 显然，在对同一规格工件毛坯加工相同单次磨削量的情况下，实施例1的外圆磨床100 加工出的工件的直线度明显优于对比例2的外圆磨床加工出的工件的直线度。
申请人推测，主要可能是粗砂轮41和精砂轮51的工件毛坯60两侧分布与双顶尖的配合作用使得本发明的外圆磨床100加工出来的工件的直线度更好。
[0056] 上述实施例仅用来进一步说明本发明的几种具体的实施例，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
