一种可控磨削力浮动光整加工磨头制造技术

本发明专利技术涉及一种可控磨削力浮动光整加工磨头。包括磨头本体，浮动连接在磨头本体前端的磨削工具头、设置在磨头本体后端的驱动机构、以及磨削压力控制元件组成，所述磨头本体内设有一个通压缩空气的压力腔，满足平衡条件，其中为系统压力（压缩空气提供，由磨削压力控制元件控制其大小）；为磨削力；为重力、补偿弹簧力以及各运动部件摩擦力。本发明专利技术通过压缩空气、补偿弹簧、压力控制调节元件所构建的磨头，可完成精密磨削、研磨、抛光等不同光整加工工艺，能够自动补偿光整加工过程的工具磨损；借助CAD/CAM软件进行光整工具的运动轨迹规划，配套工业机器人或数控机床，可实现对复杂型面的自动光整加工。

【技术实现步骤摘要】
一种可控磨削力浮动光整加工磨头
本专利技术为一种可控磨削力的浮动光整加工磨头装置，适用于精密磨削、研磨和抛光等不同光整加工工艺，涉及复杂型面零件光整加工的

技术介绍
光整加工是提高被加工零件对象表面质量，提高工作可靠性和工作寿命的一种加工工艺，可使零件表面粗糙度达到微米、亚微米甚至纳米精度等级水平。光整加工有精密磨削、研磨、抛光等传统机械光整工艺，也有近年来发展起来的如超声波、电子束、激光束、电化学、磁流体等非传统光整工艺技术。由于目前一些非传统工艺技术还较难精确控制零件的几何精度以及受条件因素影响还难以保证其工作稳定性。因而，在目前甚至未来一段时间内，复杂型面零件的光整加工还是以传统机械式光整加工工艺为主。无论是研磨还是抛光等这些传统机械式光整加工工艺，除了要求能够对加工对象有正确的位置定位之外，还要求光整加工工具在各个加工点上能够施加恒定的接触力。由于较难同时满足上述两个要求，因此目前对一些如模具型腔、涡轮机叶片等复杂型面零件的光整加工大多还是由熟练工人凭借自身的技能和经验进行手工操作，其劳动工作量大，生产周期长。如模具型腔的研磨和抛光工作量往往占整个模具加工工作量的30%~80%，而且工作环境恶劣，表面质量稳定性难以保证。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种可控磨削力的浮动光整加工磨头，该磨头能够应用不同的光整加工工具，自动完成复杂型面零件的精密磨削、研磨、抛光等不同光整加工工艺。本专利技术的技术方案是：包括磨头本体，浮动连接在磨头本体前端的磨削工具头、设置在磨头本体后端的驱动机构、以及磨削压力控制元件组成，所述磨头本体内设有一个通压缩空气的压力腔，满足如下平衡条件：Fp=Fm-Fg式中Fp为系统压力（压缩空气提供）；Fm为磨削力；Fg为重力以及各运动部件之间产生的摩擦力；其中Fp由磨削压力控制元件控制其大小，磨削压力控制元件为压力调节器，压力调节器可选用电气比例阀或可调式气体压力阀以控制Fp大小。所述磨头本体由滚动花键轴、花键套、磨头外壳、连接底座、补偿弹簧和端盖组成：滚动花键套固设于磨头外壳内，滚动花键轴可移动设置在花键套内；连接底座的一端为通过螺栓与滚动花键套和磨头外壳固联的接合面，另一端为与驱动机构连接的直柄或锥柄，连接底座内部设有一个与滚动花键轴端部轴颈相滑动配合的孔腔，该孔腔有与外部压缩空气相通的通道；在上述基础上，本专利技术进一步的可在磨头本体内设补偿弹簧，补偿弹簧穿设在端盖与滚动花键轴肩间的滚动花键阶梯轴上Fh为补偿弹簧力，在此结构下，其满足Fp=Fm+Fh-Fg[w1]，磨削压力控制元件为压力调节器，压力调节器可选用电气比例阀或可调式气体压力阀以控制Fp大小。所述驱动机构包括与磨头本体相连的连接头和中空结构的高速旋转驱动的电主轴，电主轴尾部设置有与外部压缩空气输入管相连接的旋转接头。光整磨削工具头由盘形光整磨削工具和轴柄组成，磨削工具与轴柄为铰接连接，轴柄通过弹簧夹头固联在磨头本体的花键轴中心轴孔内。本专利技术的优点是：本专利技术通过压缩空气、补偿弹簧、压力控制调节元件所构建的可控磨削力浮动光整磨头，通过不同光整加工工具的选用，可完成精密磨削、研磨、抛光等不同光整加工工艺，能够自动补偿光整加工过程的工具磨损；借助CAD/CAM软件进行光整工具的运动轨迹规划，配套工业机器人或数控机床，可实现对复杂型面的自动光整加工，可大大提高复杂型面光整加工效率和加工质量，可摆脱当前仅依靠有经验技工手工从事复杂零件型面光整加工的被动局面。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术磨削头受力图。图中1为光整工具、2为端盖、3为滚动花键轴、4为花键套、5为连接刀柄、6为电主轴、7为旋转接头、8为压缩空气输入管道、9为补偿弹簧、10为连接底座。具体实施方式本专利技术以最优选例作为例子进行说明，以便更好的了解本专利技术。本专利技术可控磨削力浮动光整加工磨头，在结构上包括磨头本体、高速旋转驱动电主轴6、压力控制系统以及浮动光整工具1。磨头本体由滚动花键轴3、花键套4、磨头外壳、补偿弹簧9、连接底座10和端盖2组成。滚动花键套4固设于磨头外壳内，滚动花键轴3设置在花键套4内，可以沿滚动花键套4轴线来回移动，连接底座10通过螺栓与滚动花键套4和磨头外壳固联，补偿弹簧9穿设在滚动花键轴3的阶梯轴上，并受到端盖2以及滚动花键轴3的轴肩约束。连接底座10端部提供与驱动电机连接的中空刀柄，该刀柄可为直柄、BT刀柄(7:24锥度)、HSK刀柄或其它刀柄结构；在连接底座10内部有一与滚动花键轴3端部轴颈相配合的圆柱形孔腔，该孔腔与中空刀柄的中心孔相通，接受外部的压缩空气而形成一个压力腔。滚动花键轴3在花键套4内的移动范围受到花键轴3前端轴肩与端盖2以及后端轴肩与连接底座10内端面限制。高速旋转驱动电主轴6为中空结构，为压缩空气提供一输入通道，其前端提供与磨头本体刀柄结构相配套的连接结构，其尾部设置有与外部压缩空气输入管相连接的旋转接头7，以不致使外部压缩空气输入管道8随电主轴6而旋转。浮动光整工具1由一个轴柄和光整工具轮组成，轴柄通过万向联轴节与光整工具轮连接，光整工具轮可为精密磨轮、研磨轮、抛光轮等。压力控制系统包括补偿弹簧9、压力腔、压缩空气输入管道8以及压力控制调节元件组成，压力控制调节元件可选用可调式气体压力阀或电气比例阀等。压力控制系统为光整加工磨头提供两方面的作用：一方面：为光整加工提供恒定的工作压力。磨头工作时系统的压力平衡方程如下：Fp=Fm+Fh-Fg（*）式中，Fm为磨削力；Fp为系统压力；Fh为补偿弹簧力；Fg为重力以及运动部件摩擦力。将补偿弹簧力Fh设置为与Fg相近，那么光整加工的磨削力Fm便与系统设定的压力Fp相同。光整加工时，若受磨削量、材质等因素影响使磨削力有增大趋势，此时Fm>Fp，将迫使光整工具1沿磨头轴线远离被加工工件，致使磨削量减少，同时导致磨削力减小，直至Fm=Fp为止；若磨削力有减小趋势，此时Fm<Fp，将迫使光整工具1沿磨头轴线进一步切入被加工工件，致使磨削量加大，同时导致磨削力加大，直至Fm=Fp，这样使光整加工过程一直在恒定的压力下工作。另一方面：补偿光整工具的磨损。工作过程中磨头在去除多余被加工对象材料之外，光整工具1自身也在不断地消耗，使其长度不断缩短，与此同时其磨削量和磨削力也随之减小，打破了系统力平衡条件。在此状态下，系统供给的恒定压力将驱使滚动花键轴带动光整工具1相对于被加工对象进行移动补偿，使系统达到新的磨削力平衡条件。本专利技术光整工具1磨损补偿量为L=10-12mm。需注意的是，随磨损补偿量L增大，弹簧力Fh=kL跟随增大，由式（*）可知弹簧力增大将导致磨削力Fm减小，为此在弹簧9设计时其弹性系数k不宜取大，以不致使磨削力随光整工具的消耗有大的波动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控磨削力浮动光整加工磨头，其特征在于，包括磨头本体，浮动连接在磨头本体前端的磨削工具头、设置在磨头本体后端的驱动机构、以及磨削压力控制元件组成，所述磨头本体内设有一个通压缩空气的压力腔，满足如下平衡条件：Fp=Fm?Fg式中Fp为系统压力（压缩空气提供）；Fm为磨削力；Fg为重力、各运动部件相互之间产生的摩擦力；其中Fp由磨削压力控制元件控制其大小。

【技术特征摘要】
1.一种可控磨削力浮动光整加工磨头，其特征在于，包括磨头本体，浮动连接在磨头本体前端的磨削工具头、设置在磨头本体后端的驱动机构、以及磨削压力控制元件，所述磨头本体内设有一个通压缩空气的压力腔以及补偿弹簧，满足如下平衡条件：Fp=Fm+Fh-Fg式中Fp为系统压力；Fm为磨削力；Fg为重力以及各运动部件之间产生的摩擦力；Fh为补偿弹簧力，将补偿弹簧力Fh设置为与Fg相近；其中Fp由磨削压力控制元件控制其大小；所述磨头本体由滚动花键轴、花键套、磨头外壳、连接底座、补偿弹簧和端盖组成：滚动花键套固设于磨头外壳内，滚动花键轴可移动设置在花键套内；连接底座的一端为通过螺栓与滚动花键套和磨头外...

【专利技术属性】
技术研发人员：王隆太，项余建，
申请(专利权)人：江苏省扬州数控机床研究院，王隆太，
类型：发明
国别省市：