一种球面副表面加工装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种球面副表面加工装置及其方法，包括摆动机构、旋转机构、连接架和球面加工夹具；所述摆动机构的摆动轴与连接架连接，所述连接架上设有旋转机构，且旋转机构的旋转轴与摆动轴轴线垂直相交；所述旋转机构用于旋转加工工件；所述球面加工夹具安装在旋转轴上，球面加工夹具用于将工件的球心位置定位于摆动轴和旋转轴轴线垂直相交点。本发明专利技术在一次工件加工过程，可使刀具刀刃、激光焦点、电火花加工或者电解加工工具电极等加工工具位置固定，通过控制摆动轴和旋转轴实现加工过程，避免了加工工具位移误差。本发明专利技术装置结构紧凑、简单，对于完成球面副表面特殊形貌加工工艺要求具有重要的现实意义，可以显著提高加工精度和加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种球面副表面加工装置及其方法
本专利技术属于球面加工研究领域，具体涉及一种球面副表面加工装置及其方法。
技术介绍
球面副连接的两个构件之间是面接触，球面副具有一定的精度和粗糙度的要求。针对球面副表面的机械加工，通常采用数控车床进行加工，通过使用夹具将球形工件固定在旋转轴上，控制刀具做出相应的位移加工出球面。传统加工方式效率高，但操作相对复杂，若操作不当，会导致刀具和工件损毁报废，甚至造成机床的损坏。并且这种方法无法满足对于球面副表面特殊的形貌加工工艺的要求，例如使用激光加工、电火花加工和电解加工在球面副表面加工出微织构图案。这种球面副表面形貌加工工艺要求被加工球面始终与激光光轴、电火花加工和电解加工工具电极垂直，传统的加工方式无法满足这种加工要求，而使用工业机器人进行球面副表面形貌加工，加工系统复杂且昂贵。目前，现有球面加工技术中，球面加工通常采用球形工件旋转，刀具进给的方式进行加工。如授权公告号CN201361714，名称为《一种球面加工装置》的专利技术专利申请，被加工件固定在普通车床的立式旋转卡盘上作旋转运动，刀具在水平方向作圆弧形运动，从而实现对被加工件的球面加工。此专利技术和传统球面加工方式相同，采取刀具进给，球面工件旋转的方式实现球面加工。这种加工方式操作相对复杂，加工精度取决于刀具进给精度。现有专利技术中，如授权公告号CN1088141，名称为《电火花加工精密平面和球面新技术》的专利技术专利申请，工件和工具电极同时分别绕各自位于同一平面的两轴线作回转运动，由工件和电极两转轴间的夹角和电极直径决定球面成型曲率半径及平面成型精度，这种方法解决了加工球面运动方式受限的问题，加工效率高，但是两回转轴线后端无支撑，轴线可能不在一个平面内，导致加工精度降低，并且无法进行球面表面形貌加工。针对球面特殊表面形貌加工工艺要求，如进行激光球面表面织构加工，一般采用近似垂直于球面的加工方法或者采取调整工件位置的方法进行表面织构加工，这种加工方法操作复杂，加工质量和加工效率低，而采用工业机器人进行球面表面形貌加工，加工头的运动空间受到限制且较于昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种球面副表面加工装置及其方法，该装置通过摆动机构的摆动轴与连接架连接，所述连接架连接上设有旋转机构，且旋转机构的旋转轴与摆动轴轴线垂直相交，球面加工夹具用于将工件的球心位置定位于摆动轴和旋转轴轴线垂直相交点，该装置加工工具主轴轴线位置固定，并且始终保持加工工具主轴轴线与被加工球面副球面垂直，因此在一次加工过程，可使刀具刀刃、激光焦点、电火花加工或者电解加工工具电极等加工工具位置固定，通过控制摆动轴和旋转轴实现加工过程，避免了加工工具位移误差。本专利技术的技术方案是：一种球面副表面加工装置，包括摆动机构、旋转机构、连接架和球面加工夹具；所述摆动机构的摆动轴与连接架连接，所述连接架连接上设有旋转机构，且旋转机构的旋转轴与摆动轴轴线垂直相交；所述旋转机构用于旋转加工工件；所述球面加工夹具安装在旋转轴上，球面加工夹具用于将工件的球心位置定位于摆动轴和旋转轴轴线垂直相交点。上述方案中，所述摆动机构包括第一伺服电机、摆动轴前端支撑架、摆动轴前端输出轴、摆动轴后端输出轴和摆动轴后端支撑架；所述第一伺服电机安装在摆动轴前端支撑架上，所述摆动轴前端输出轴的一端穿过摆动轴前端支撑架上设有的摆动轴前端固定轴承、且通过第一联轴器与第一伺服电机的轴连接，摆动轴前端输出轴的另一端与连接架连接；所述摆动轴后端输出轴的一端安装在摆动轴后端支撑架上设有的摆动轴后端固定轴承内，摆动轴后端输出轴的另一端与连接架连接，所述摆动轴前端输出轴与摆动轴后端输出轴同轴安装。上述方案中，所述旋转机构包括第二伺服电机、旋转轴输出轴和弹性顶针装置；所述第二伺服电机安装在连接架上，旋转轴输出轴的一端穿过连接架上设有的旋转轴固定轴承、且通过第二联轴器与第二伺服电机的轴连接；所述旋转轴输出轴的另一端与球面加工夹具的一端螺纹连接；所述球面加工夹具的另一端与弹性顶针装置的一端相抵，所述弹性顶针装置的另一端安装在连接架上，旋转轴输出轴与弹性顶针装置同轴安装。上述方案中，所述弹性顶针装置包括顶针体和第一弹簧；所述第一弹簧套在顶针体上，顶针体的一端与球面加工夹具凹槽位置相抵，顶针体的另一端安装在连接架上。上述方案中，所述球面加工夹具包括工件夹具轴、压紧螺母和对心弹性定位装置；所述工件夹具轴上设有外螺纹，用于安装工件，所述压紧螺母套在工件夹具轴上用于将工件压紧；所述对心弹性定位装置一端安装在连接架上，另一端对着工件夹具轴，所述对心弹性定位装置与摆动轴前端输出轴和摆动轴后端输出轴同轴安装。上述方案中，所述对心弹性定位装置包括定位体、第二弹簧和定位橡胶内凹球体；所述定位体与定位橡胶内凹球体通过连接杆连接，连接杆上套有第二弹簧；所述连接杆安装在连接架上，定位橡胶内凹球体对着工件夹具轴。上述方案中，还包括底座；所述底座的底部设有支撑脚；所述摆动轴前端支撑架和摆动轴后端支撑架的底部分别安装在底座上。上述方案中，所述摆动机构的摆动轴向前或向后摆动角度均在0～90°范围内。上述方案中，还包括控制器；所述控制器分别与第一伺服电机、第二伺服电机、加工工具和计算机连接。一种利用所述球面副表面加工装置加工球形工件球面的方法，包括以下步骤：将工件安装至所述球面加工夹具的工件夹具轴上，并通过压紧螺母压紧；调整所述旋转机构的旋转轴后端弹性顶针装置，将工件夹具轴与旋转机构的旋转轴输出轴螺纹连接，释放弹性顶针装置的顶针体与工件夹具轴相抵，调整工件在工件夹具轴上的位置，按压球面加工夹具的对心弹性定位装置，使得工件的球面与对心弹性定位装置的定位橡胶内凹球体内凹面贴合，保证工件的球心位置处于摆动机构的摆动轴和旋转机构的旋转轴轴线垂直相交点，通过压紧螺母使工件保持在此位置；将加工工具调整好并固定在工件的球心正上方的球面位置；所述摆动机构的第一伺服电机、旋转机构的第二伺服电机、加工工具和计算机分别与控制器连接，通过计算机输入待加工工件的表面参数，控制器控制第一伺服电机、第二伺服电机和加工工具相互配合完成球面的加工。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术所述摆动机构的摆动轴与连接架连接，所述连接架连接上设有旋转机构，且旋转机构的旋转轴与摆动轴轴线垂直相交；所述旋转机构用于旋转加工工件，所述球面加工夹具安装在旋转轴上，球面加工夹具用于将工件的球心位置定位于摆动轴和旋转轴轴线垂直相交点，因此在一次加工过程，可使刀具刀刃、激光焦点、电火花加工或者电解加工工具电极等加工工具位置固定，通过控制摆动轴和旋转轴实现加工过程，避免了加工工具位移误差。2.本专利技术由于球面副工件装夹在工件夹具轴上，装夹工件时由于所述球面加工夹具可拆卸安装在旋转轴上，这种装夹方式，操作方便，省时、省力，装夹一次即可完成一个零件的加工，极大的提高了工作效率。3.本专利技术所述摆动机构的第一伺服电机、旋转机构的第二伺服电机、加工工具和计算机分别与控制器连接，通过计算机输入待加工工件的表面参数，控制器控制第一伺服电机、第二伺服电机和加工工具相互配合完成球面的加工；加工过程只需通过操作计算机界面操控软件，实现控制器对于伺服电机运动的控制，输入要加工的工件参数即可自动完成球面加工，加工精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球面副表面加工装置，其特征在于，包括摆动机构、旋转机构、连接架(501)和球面加工夹具；所述摆动机构的摆动轴与连接架(501)连接，所述连接架(501)连接上设有旋转机构，且旋转机构的旋转轴与摆动轴轴线垂直相交；所述旋转机构用于旋转加工工件；所述球面加工夹具安装在旋转轴上，球面加工夹具用于将工件的球心位置定位于摆动轴和旋转轴轴线垂直相交点。

【技术特征摘要】
1.一种球面副表面加工装置，其特征在于，包括摆动机构、旋转机构、连接架(501)和球面加工夹具；所述摆动机构的摆动轴与连接架(501)连接，所述连接架(501)连接上设有旋转机构，且旋转机构的旋转轴与摆动轴轴线垂直相交；所述旋转机构用于旋转加工工件；所述球面加工夹具安装在旋转轴上，球面加工夹具用于将工件的球心位置定位于摆动轴和旋转轴轴线垂直相交点。2.根据权利要求1所述的球面副表面加工装置，其特征在于，所述摆动机构包括第一伺服电机(201)、摆动轴前端支撑架(204)、摆动轴前端输出轴(206)、摆动轴后端输出轴(207)和摆动轴后端支撑架(209)；所述第一伺服电机(201)安装在摆动轴前端支撑架(204)上，所述摆动轴前端输出轴(206)的一端穿过摆动轴前端支撑架(204)上设有的摆动轴前端固定轴承(205)、且通过第一联轴器(202)与第一伺服电机(201)的轴连接，摆动轴前端输出轴(206)的另一端与连接架(501)连接；所述摆动轴后端输出轴(207)的一端安装在摆动轴后端支撑架(209)上设有的摆动轴后端固定轴承(208)内，摆动轴后端输出轴(207)的另一端与连接架(501)连接，所述摆动轴前端输出轴(206)与摆动轴后端输出轴(207)同轴安装。3.根据权利要求1所述的球面副表面加工装置，其特征在于，所述旋转机构包括第二伺服电机(301)、旋转轴输出轴(304)和弹性顶针装置(306)；所述第二伺服电机(301)安装在连接架(501)上，旋转轴输出轴(304)的一端穿过连接架(501)上设有的旋转轴固定轴承(305)、且通过第二联轴器(303)与第二伺服电机(301)的轴连接；所述旋转轴输出轴(304)的另一端与球面加工夹具的一端螺纹连接；所述球面加工夹具的另一端与弹性顶针装置(306)的一端相抵，所述弹性顶针装置(306)的另一端安装在连接架(501)上，旋转轴输出轴(304)与弹性顶针装置(306)同轴安装。4.根据权利要求1所述的球面副表面加工装置，其特征在于，所述弹性顶针装置(306)包括顶针体(3061)和第一弹簧(3062)；所述第一弹簧(3062)套在顶针体(3061)上，顶针体(3061)的一端与球面加工夹具相抵，顶针体(3061)的另一端安装在连接架(501)上。5.根据权利要求1所述的球面副表面加工装置，其特征在于，所述球面加工夹具包括工件夹具轴(402)、压紧螺母(403)和对心弹性定位装置(405)；所述工件夹具轴(402)上设有外螺纹，用于安装工件...

【专利技术属性】
技术研发人员：华希俊，王炳文，解玄，张加力，王皓，朱翊航，刘建芳，尹必峰，张培耘，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32