一种增设尾端回转支撑顶尖结构的多功能复合立式磨床的制作方法

1.本发明属于磨削加工机床，特别涉及一种增设尾端回转支撑顶尖结构的多功能复合立式磨床。


背景技术：

2.现有的立式磨床常规功能是对相对扁平类零件的端面、外圆、内孔进行磨削加工。而对于长轴类的零件在传统立式磨床上加工，是无法实现的，一般长轴类零件的精密加工需要在高精度的外圆磨床上完成。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有设备的不足之处，将高精度外圆磨床的功能进行复合，通过提供一种增设尾端回转支撑顶尖结构，实现在一台设备上既可以完成对扁平类零件端面、外圆、内孔的磨削加工，同时又具备对轴类零件进行磨削加工的多功能复合立式磨床。
4.本发明的上述目的之一通过如下技术方案来实现：
5.一种增设尾端回转支撑顶尖结构的多功能复合立式磨床，包括床身、立柱、安装在床身上的回转工作台、安装有砂轮的主轴箱；所述主轴箱通过横竖向复合驱动导向机构与立柱连接，其特征在于：还包括尾端回转支撑顶尖结构；回转支撑顶尖结构通过顶尖支撑机构垂直安装在回转工作台上方；在加工轴类件时，回转支撑顶尖结构与回转工装台中心对正。
6.进一步的：立式磨床上设置有两主轴箱，两主轴箱呈左右布置；其中一主轴箱为所述回转支撑顶尖结构提供安装面，回转支撑顶尖结构通过顶尖支撑机构安装在该主轴箱的侧壁上；回转支撑顶尖结构与该主轴箱的横竖向复合驱动导向机构相联动。
7.进一步的：所述顶尖支撑机构包括顶尖箱体、顶尖支架和顶尖驱动油缸；所述顶尖箱体以悬臂安装的方式固定在立柱上方，所述顶尖支架的后端部通过竖向设置的导轨副与顶尖箱体的前端连接，所述顶尖驱动油缸固定安装在顶尖箱体上；所述顶尖结构垂直安装在顶尖支架上，并与顶尖驱动油缸驱动连接。
8.进一步的：所述顶尖支撑机构包括小支撑立柱、顶尖支架和顶尖驱动油缸；小支撑立柱垂直固定安装在床身上，所述小支撑立柱内侧与顶尖支架通过竖向设置的导轨副连接，所述顶尖驱动油缸固定安装在床身上端或小支撑立柱的上端，所述顶尖结构垂直安装在顶尖支架上，并与顶尖驱动油缸驱动连接。
9.进一步的：所述顶尖支撑机构设置于主轴箱的侧部，其包括顶尖支架和第二横纵向复合驱动导向机构，所述顶尖垂直安装在顶尖支架上，所述顶尖支架通过第二横纵向复合驱动导向机构与立柱连接。
10.进一步的：所述回转工作台采用静压转台结构，所述顶尖结构采用静压顶尖，所述砂轮通过静压主轴安装于主轴箱上。
11.更进一步的：所述静压顶尖包括轴架及插装于轴架内的顶尖轴，所述轴架连接于顶尖支撑机构上，所述顶尖轴的顶尖头从轴架的下端伸出，顶尖轴的尾端从固定于轴架尾端的尾端盖伸出，在顶尖轴的外环面上位于轴架内制有承压油槽，在顶尖轴上内制有连通各承压油槽与顶尖轴尾端的进油油路；承压油槽与轴架的内孔面之间构成承压油腔，使顶尖轴以静压轴承支撑方式安装于轴架内；在轴架侧壁上设置有供静压油输出的回油孔；
12.在轴架靠近前端的部位与顶尖轴之间设置有前端油封结构，在尾端盖与顶尖轴的配合部位设置有尾端油封结构；在顶尖轴的尾端设置有使顶尖头压紧于工件上的轴向夹紧机构。
13.更进一步的：设置于顶尖轴上的承压油槽为对称设置的一组或多组，在每个承压油槽内设置有节流区，节流区设置有进油孔并连通进油油路；每个承压油槽的节流区通过内置于顶尖轴上的反馈油路与同组的另一承压油槽内节流区外的部位连通，反馈油路使呈对称设置的两承压油槽连通构成静压循环油路。
14.更进一步的：在轴架内位于尾端的部位设置有活塞腔，顶尖轴靠近尾端的部位设置有活塞头，活塞头与活塞腔构成活塞配合，在尾端上或轴架的尾端侧部制有油孔，油孔与活塞腔连通，构成作用于顶尖轴上的液压缸式轴向夹紧机构。
15.本发明具有的优点和积极效果为：
16.1、本发明在立式磨床上增加顶尖结构，通过顶尖结构和回转工作台的配合，可实现将轴类零件定位安装在立式磨床上，增加了长轴的磨削功能，将高精度外圆磨床的功能复合到该设备上，从而实现了通过一台设备实现立磨和外圆磨的功能。
17.2、本发明优选将静压转台、静压顶尖和静压磨削主轴结合到一台立式磨床上，可大幅度提高立式磨床的磨削精度，理论上，磨削精度可达到0.1μm。
18.3、本立式磨床对轴类零件进行磨削加工时为立式布置，立式布置将重力的作用转移到与加工精度无关的方向上，克服了轴线水平放置时因重力变形而影响加工精度的问题，有利于提高对轴类零件的磨削精度。
19.4、本立式磨床增设的顶尖结构位于设备的闲置空间，因此虽然增加了轴类零件的磨削功能，但设备占地面积确未改变。
20.5、本发明的顶尖结构优选采用静压顶尖，静压顶尖结构中因运动部件存在油膜，具有回转精度高且可近乎不衰减的保持其精度特性，同时静压油膜具有良好的吸振性能，从而可大幅度提高零件表面加工质量，零件表面加工质量至少可提高半级(精度等级)以上。
21.6、本发明的顶尖结构优选采用静压顶尖，静压顶尖外形尺寸小，使得主轴箱与顶尖外侧接触时的距离很小，因此可将砂轮使用至最小的尺寸，从而提高了砂轮的利用率。
附图说明
22.图1是本发明第一实施例的结构示意图；
23.图2是本发明第二实施例的结构示意图；
24.图3是本发明第三实施例的结构示意图；
25.图4是本发明第四实施例的结构示意图；
26.图5是本发明第五实施例的结构示意图；
27.图6是本发明第六实施例的结构示意图；
28.图7是本发明静压顶尖的剖视图；
29.图8是本发明顶尖轴的外观图。
具体实施方式
30.以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
31.一种设置有顶尖结构的高精度立式磨床，请参见图1-6，主要包括床身1、立柱6、安装在床身上的回转工作台2、安装有砂轮的主轴箱3；所述主轴箱通过横竖向复合驱动导向机构 5与立柱连接，其发明点为：还包括尾端回转支撑顶尖结构4；回转支撑顶尖结构通过顶尖支撑机构垂直安装在回转工作台上方；在加工轴类零件时，回转支撑顶尖结构与回转工装台中心对正，通过回转支撑顶尖结构对工件上端定位，通过回转工装台对工件下端进行固定。
32.顶尖结构可通过以下六种方式安装到立式磨床上，其中方式一为本发明顶尖结构的最优选安装方式。
33.方式一：双主轴箱-侧置顶尖
34.参见图1、立式磨床上配置有双主轴箱，两个主轴箱第一种情况可以实现大砂轮加工大工件、使用小砂轮加工小内孔；第二种情况，两个主轴箱可以一个粗砂轮一个西砂轮，分别适合不同的加工工艺。将回转支撑顶尖结构通过顶尖支撑机构安装在其中一主轴箱的侧壁上。回转支撑顶尖结构与该主轴箱的横竖向复合驱动导向机构相联动，实现回转支承顶尖结构的精确调整和定位。采用该种安装方式，不需要在立式磨床上增设单独的顶尖支撑机构，使本高精度立式磨床的结构达到最简化，生产成本降到最低，实现了以最小的投入成本发挥最大作用的根本点。
35.方式二：单主轴箱-侧置顶尖
36.参见图2，在方式一的基础上，去掉一侧的主轴箱，但保留该去掉主轴箱的横竖向复合驱动导向机构(发明内容中提到的第二横纵向复合驱动导向机构)，将顶尖结构直接安装在复合驱动导向机构前端立板上，
37.方式三：双主轴箱-顶置顶尖
38.参见图3，立式磨床上配置双主轴箱，顶尖结构采用横臂安装形式，安装在两侧主轴箱之间的位置，具体的：所述顶尖支撑机构包括顶尖箱体7、顶尖支架9和顶尖驱动油缸8；所述顶尖箱体以悬臂安装的方式固定在立柱上方，所述顶尖支架的后端部通过竖向设置的导轨副与顶尖箱体的前端连接，所述顶尖驱动油缸固定安装在顶尖箱体上；所述顶尖结构垂直安装在顶尖支架上，并与顶尖驱动油缸驱动连接。
39.方式四：双主轴箱-小立柱安装顶尖
40.参见图4，立式磨床上配置双主轴箱，顶尖结构采用单独的小支撑立柱安装形式，小支撑立柱设置于双主轴箱的前方偏置一侧的位置。具体的：所述顶尖支撑机构包括小支撑立柱 10、顶尖支架12和顶尖驱动油缸11；小支撑立柱垂直固定安装在床身上，所述小支撑立柱内侧与顶尖支架通过竖向设置的导轨副连接，所述顶尖驱动油缸固定安装在床身上端或小支撑立柱的上端，所述所述顶尖结构垂直安装在顶尖支架上，并与顶尖驱动油缸驱
动连接。
41.方式五：单主轴箱-顶置顶尖
42.参见图5，立式磨床上仅配置一个主轴箱，顶尖结构采用横臂安装形式，安装在主轴箱的侧部，具体的：所述顶尖支撑机构包括顶尖箱体7、顶尖支架9和顶尖驱动油缸8；所述顶尖箱体以悬臂安装的方式固定在立柱上方，所述顶尖支架的后端部通过竖向设置的导轨副与顶尖箱体的前端连接，所述顶尖驱动油缸固定安装在顶尖箱体上；所述顶尖结构垂直安装在顶尖支架上，并与顶尖驱动油缸驱动连接。
43.方式六：单主轴箱-小立柱安装顶尖
44.参见图6，立式磨床上仅配置一个主轴箱，顶尖结构采用单独的小支撑立柱安装形式，小支撑立柱设置于主轴箱的前方偏置另一侧的位置。具体的：所述顶尖支撑机构包括小支撑立柱10、顶尖支架12和顶尖驱动油缸11；小支撑立柱垂直固定安装在床身上，所述小支撑立柱内侧与顶尖支架通过竖向设置的导轨副连接，所述顶尖驱动油缸固定安装在床身上端或小支撑立柱的上端，所述所述顶尖结构垂直安装在顶尖支架上，并与顶尖驱动油缸驱动连接。
45.本发明的顶尖结构可采用现有的死顶尖和普通的轴承支撑的活顶尖，在本发明中，顶尖结构优选采用静压顶尖，参见图7和8。静压顶尖是采用液态静压轴承为支承的新型活顶尖结构，也是本发明的创新点之一，主要结构特点如下：
46.所述静压顶尖包括轴架4.2及插装于轴架内的顶尖轴4.1，所述轴架连接于顶尖支撑机构上，轴架可与上述的顶尖支架采用一体件结构，也可分体加工后，在进行固定组装。所述顶尖轴的顶尖头4.1.1从轴架的下端伸出，顶尖轴的尾端从固定于轴架尾端的尾端盖4.3伸出，在顶尖轴的外环面上位于轴架内制有承压油槽4.13，在顶尖轴上内制有连通各承压油槽与顶尖轴尾端的进油油路4.9；承压油槽与轴架的内孔面之间构成承压油腔，使顶尖轴以静压轴承支撑的方式安装于轴架内；在轴架侧壁上设置有供静压油输出的回油孔4.2.1。
47.上述承压油槽内进一步的设置有节流结构，可采用的方式有两种：
48.方式一：采用不带反馈的节流结构，具体的：包括节流器，节流器可采用小孔节流器或毛细管节流器等。小孔节流器或毛细管节流器的具体结构和工作原理参考现有技术，节流器内置于承载油槽的进油油路中，节流器使进油经节流器流入承压油槽。
49.方式二：采用内置反馈节流结构，具体的：设置于顶尖轴上的承压油槽为对称设置的一组或多组，在每个承压油槽内设置有节流区4.14，节流区设置有进油孔4.15并连通进油油路；每个承压油槽的节流区设置有反馈油孔4.16，并通过内置于顶尖轴上的反馈油路4.10 与同组的另一承压油槽内节流区外的部位通过反馈油路连通，反馈油路使呈对称设置的两承压油槽连通构成静压循环油路。进一步，优选的设置于顶尖轴上承压油槽为两组，参见图8，两组承压油槽沿顶尖轴的轴向呈上下布置，位于上部的一组承压油槽和位于下部的一组承压油槽在圆周方向呈错位设置。由于顶尖轴通常为细长轴结构，采用上述两组沿上下方向错位布置的承压油槽设置方式，一方面方便了承压油槽及内部反馈油路的布设加工，另一方面保证了在整个圆周方向形成均匀的静压油膜，从而精确保证了顶尖轴与轴架的同轴度。理论上，可使静压顶尖的回转精度达到0.1μm。
50.针对该优选的内置反馈节流方式，回油结构优选方案如下：
51.在顶尖轴的外环面上位于上部的一组承压油槽的两个油槽之间及位于下部的一组承压油槽的两个油槽之间均设置有轴向回油槽4.11。顶尖轴的外环面位于上下两组承压油槽之间设置有与所有轴向回油槽连通的周向回油槽4.12。在顶尖轴处于轴向夹紧状态下，所述周向回油槽与轴架上的回油孔对正连通。
52.在轴架靠近前端的部位与顶尖轴之间设置有前端油封结构，在尾端盖与顶尖轴的配合部位设置有尾端油封结构，前端油封结构和后端油封结构可采用但不限于附图所示的密封圈密封方式。前端油封结构和尾端油封结构，避免进入到承压油槽内的进油从顶尖轴的两端流出，是轴架与顶尖轴之间建立静压的必要条件。
53.在顶尖轴的尾端设置有使顶尖头压紧于工件上的轴向夹紧机构。轴向夹紧机构可在顶尖轴的尾端外加单独结构来实现，比如通过外加液压缸或气缸等来实现。轴向夹紧机构也可采用在顶尖轴尾端与轴架的尾端之间设置配合结构来实现。在本发明中，轴向夹紧机构优选方案为：
54.在轴架内位于尾端的部位设置有活塞腔4.7，顶尖轴靠近尾端的部位设置有活塞头4.8，活塞头可一体成型于顶尖轴上，活塞头与活塞腔构成活塞配合，在端盖上或轴架的尾端侧部制有油孔4.6，油孔与活塞腔连通，油孔通过外接油管与供油装置连接，构成作用于顶尖轴上的液压缸式轴向夹紧机构。为简化外部油路，并实现顶尖轴的快速复位，在顶尖轴的后伸出端套固有轴端头4.4，在轴端头与端盖之间压装有套装在顶尖轴上的复位弹簧4.5。
55.本静压顶尖的主要特点为：
56.1、支撑刚度高，刚度可达到滚动支撑顶尖的6倍，达到死顶尖的水平。
57.2、回转精度高，可实现高于原始件精度的回转精度；加工工件的回转精度可以高于机床一级左右；
58.3、理论上零磨损，精度保持性好。
59.本发明中回转工作台优选采用静压转台结构，所述砂轮优选通过静压主轴安装于主轴箱上。其中静压转台的结构形式参见但不限于专利申请号为：202021828430x，名称为：一种内反馈精密闭式静压转台公开的技术方案。静压主轴的结构形式参见但不限于专利申请号为： 2019108857129，名称为：一种高精度液体静压主轴公开的技术方案。
60.尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。