用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法及专用机床技术

本发明专利技术公开了一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法及专用机床，其中复合加工方法包括磨削淬火步骤及精密磨削步骤，专用机床包括：机床床身、工作台、单动力源螺旋进给机构、砂轮架进给机构及尾架调整机构；所述的机床床身包括有前床身和后床身；所述的工作台置于前床身上方；所述的螺旋进给机构置于工作台左上方；所述的砂轮架进给机构置于后床身上方；所述的尾架调整机构置于工作台的右上方。本发明专利技术可以实现粗磨、精磨与表面淬火的工序集成，简化机床结构，提高加工精度和生产效率，降低制造成本，节能环保。

【技术实现步骤摘要】
用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法及专用机床
本专利技术涉及机械加工工艺和机床领域，特别是涉及一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法及专用机床。
技术介绍
目前，在有耐磨要求的圆柱类零件的常规机械制造工艺流程中，表面淬火工序通常安排在零件半精加工之后和精密加工之前，并在热处理车间进行，机械加工与表面热处理难以实现工序集中，影响和制约了加工自动化程度的提高；而且常规的表面淬火工艺增加了专用热处理设备及人员的投入、资源与能源的消耗以及热处理排放物对生态环境的污染。在机床方面，因磨削淬火需要大量的磨削热而采用无冷却剂的干磨削方式，精密磨削又需用大量的冷却剂来消除磨削热对加工表面的热损伤；由于精密磨削砂轮内存有冷却剂，极大地减少了传入工件的热量而无法获得所需的磨削淬火质量，因此磨削淬火用砂轮和精密磨削用砂轮无法共用。现有的外圆磨床或只安装一个砂轮架，磨削淬火后工件的精密磨削加工需要在另一台磨床上进行，由于工件二次装夹和对刀，增大了加工误差，延长了加工时间，增加了设备与人员的投入；或采用双立柱、双磨头结构和头架、工作台双动力源驱动方式，增加了机床生产和使用成本。加之磨床尾架调整或采用手动方式，劳动强度大；或采用液压驱动或电机+丝杆螺母驱动，尾架长行程的调整运动极大地提高了液压缸或丝杠螺母机构的制造和安装精度；或采用直线电机驱动，如公开号为CN205600510U，名称为《一种万能外圆磨床》的中国专利，其提到的尾架没有采用锁紧装置，但因直线电机本身不能自锁，从而无法保证尾架在加工过程中定位精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足而提供一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法及专用机床，可以实现粗磨、精磨与表面淬火的工序集成，简化机床结构，提高加工精度和生产效率，降低制造成本，节能环保。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法，包括磨削淬火步骤及精密磨削步骤:磨削淬火步骤中，若工件的圆柱表面长度大于砂轮宽度，则采用步骤S1进行加工，若的工件的圆柱表面长度小于砂轮宽度，则采用S2进行加工；步骤S1为“四段式”磨削方式：首先采用砂轮沿工件径向切入与工件旋转同步的阿基米德螺线进给方式，直至砂轮径向切入量达到规定磨削深度；然后砂轮停止径向切入运动，而工件继续旋转至起始切入点；接着工作台开始纵向直线运动，结合工件的旋转运动，完成螺旋进给运动；当磨削至工件规定淬硬长度时，工作台停止纵向直线运动，工件继续旋转360°后停止转动，砂轮架退出完成长圆柱面的磨削淬火；步骤S2为“二段式”磨削方式：首先采用砂轮径向切入工件与工件旋转同步的阿基米德螺线进给方式，直至砂轮径向切入量达到规定磨削深度；然后砂轮停止径向切入运动，而工件继续旋转至起始切入点位置，砂轮架退出完成短圆柱面的磨削淬火；精密磨削步骤中，若工件的圆柱表面长度大于砂轮宽度，则采用常规的纵磨法进行加工；若工件的圆柱表面长度小于砂轮宽度，则采用常规的横磨法进行加工。本专利技术还可采用以下的技术方案实现：一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的专用机床，其包括机床床身、工作台、单动力源螺旋进给机构、砂轮架进给机构及尾架调整机构；所述的机床床身包括由前床身和后床身；所述的工作台置于前床身上方；所述的螺旋进给机构置于工作台左上方；所述的砂轮架进给机构置于后床身上方；所述的尾架调整机构置于工作台的右上方。进一步，所述单动力源螺旋进给机构包括螺旋进给伺服电机、同步齿形带传动机构、电磁齿式离合器、滚珠丝杠螺母机构、减速齿轮机构及头架主轴箱，所述螺旋进给伺服电机置于所述头架主轴箱上方；所述同步齿形带传动机构具有主动轮及被动轮，所述电磁齿式离合器包括内齿轮、外齿轮及离合齿轮，所述滚珠丝杠螺母机构包括传动轴和螺母，所述减速齿轮机构包括主动轮、中间齿轮及被动齿轮；所述螺旋进给伺服电机的输出轴连接同步齿形带传动机构的主动轮；外齿轮和所述减速齿轮机构的主动轮啮合传动，所述电磁齿式离合器的离合齿轮；所述的减速齿轮机构的主动轮和中间齿轮啮合传动，中间齿轮和被动轮啮合传动，通过调整主动轮、中间齿轮、被动齿轮的齿数配对，调整主轴和丝杆轴的转速比，完成不同导程的螺旋进给运动；所述减速齿轮机构的被动轮安装在一过渡轴的末端，过渡轴通过第二同步带机构与在所述头架主轴箱的主轴相连，所述头架主轴箱安装有圆光栅。进一步，所述滚珠丝杠螺母机构的传动轴安装在所述工作台内部，螺母固定于所述前床身内部，所述滚珠丝杠螺母机构的传动轴包括光轴、花键轴和丝杆轴，所述同步齿形带传动机构的被动轮和所述电磁齿式离合器的内齿轮和外齿轮做成一体并空套于光轴上，所述电磁齿式离合器的离合齿轮安装在花键轴上。进一步，所述砂轮架进给机构包括磨削淬火砂轮架、精磨砂轮架和砂轮架驱动机构；所述磨削淬火砂轮架、精磨砂轮架安装在所述后床身上，沿水平纵向并排布置；所述磨削淬火砂轮架包括砂轮主轴、头架压力传感器、导轨及直线光栅，砂轮主轴上设有磨削淬火砂轮，所述磨削淬火砂轮架的砂轮主轴安装有头架压力传感器，导轨安装有直线光栅。进一步，所述砂轮架驱动机构包括砂轮架伺服电机、同步齿形带传动机构、右旋丝杠螺母副和左旋丝杠螺母副；所述砂轮架伺服电机和所述同步齿形带传动机构安装于所述后床身后方；所述右旋丝杠螺母副包括右旋丝杠和右旋螺母；所述左旋丝杠螺母副包括左旋丝杠和左旋螺母；所述右旋丝杠和左旋丝杠安装于所述后床身两侧；所述右旋螺母和左旋螺母分别固定于所述磨削淬火用砂轮架和所述精磨用砂轮架下方。进一步，所述尾架调整机构包括尾架、直线电机和导轨钳制器；所述尾架包括尾架体、顶尖、套筒、尾架压力传感器、螺旋弹簧和导轨；所述尾架体包括内孔和内孔导轨；所述套筒安装于所述尾架体的内孔，并可在所述内孔导轨轴向移动；所述尾架压力传感器和螺旋弹簧安装于所述套筒后端，所述导轨钳制器安装于所述尾架体上。进一步，所述直线电机包括初级电机和次级电机，所述初级电机固定于所述工作台右侧上部，所述次级电机安装于所述尾架体下部。采用上述方案后，本专利技术相较于现有技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用大磨深、小进给量(磨削深度大，工件圆周进给速度和工作台进给速度小)磨削过程中产生的热量直接对圆柱表面进行淬火处理的加工方法和专用机床，可实现零件机械加工与表面淬火的集成制造，缩短制造工艺流程。(2)本专利技术采用“四段式”磨削淬火方式，可以弥补砂轮切入、切出阶段磨削热量小，工件表层温度达不到淬火相变温度的缺陷，提高工件的磨削淬硬均匀性。(3)本专利技术采用单动力源螺旋进给机构，由一台电机同时驱动头架和工作台做螺旋进给运动，完成长圆柱表面的磨削淬火加工和精密磨削加工，并可实现工作台的调整，减少了驱动电机数量。(4)本专利技术的头架主轴箱安装压力传感器和圆光栅，磨削淬火砂轮架安装直线光栅，可用于长圆柱表面的磨削淬火加工，又可用于短圆柱表面磨削淬火加工时的周向定位，避免因周向超程磨削而影响磨削淬硬质量；同时减少了直线光栅数量，降低了机床制造和使用成本。(5)本专利技术的双砂轮架并排安装于同一后床身上，砂轮“面对面”布置，并由单个伺服电机驱动左右旋滚珠丝杆螺母机构实现双砂轮架工作位置的前后转换，简化了床身结构，减少了驱动电机数量；同时避免单砂轮架转位误差对圆柱表面形状精度的影响，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法，包括磨削淬火步骤及精密磨削步骤:磨削淬火步骤中，若工件的圆柱表面长度大于砂轮宽度，则采用步骤S1进行加工，若工件的圆柱表面长度小于砂轮宽度，则采用S2进行加工；步骤S1为“四段式”磨削方式：首先采用砂轮沿工件径向切入与工件旋转同步的阿基米德螺线进给方式，直至砂轮径向切入量达到规定磨削深度；然后砂轮停止径向切入运动，而工件继续旋转至起始切入点；接着工作台开始纵向直线运动，结合工件的旋转运动，完成螺旋进给运动；当磨削至工件规定淬硬长度时，工作台停止纵向直线运动，工件继续旋转360°后停止转动，砂轮架退出完成长圆柱面的磨削淬火；步骤S2为“二段式”磨削方式：首先采用砂轮径向切入工件与工件旋转同步的阿基米德螺线进给方式，直至砂轮径向切入量达到规定磨削深度；然后砂轮停止径向切入运动，而工件继续旋转至起始切入点位置，砂轮架退出完成短圆柱面的磨削淬火；精密磨削步骤中，若工件的圆柱表面长度大于砂轮宽度，则采用纵磨法进行加工；若工件的圆柱表面长度小于砂轮宽度，则采用横磨法进行加工。

【技术特征摘要】
1.一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的复合加工方法，包括磨削淬火步骤及精密磨削步骤:磨削淬火步骤中，若工件的圆柱表面长度大于砂轮宽度，则采用步骤S1进行加工，若工件的圆柱表面长度小于砂轮宽度，则采用S2进行加工；步骤S1为“四段式”磨削方式：首先采用砂轮沿工件径向切入与工件旋转同步的阿基米德螺线进给方式，直至砂轮径向切入量达到规定磨削深度；然后砂轮停止径向切入运动，而工件继续旋转至起始切入点；接着工作台开始纵向直线运动，结合工件的旋转运动，完成螺旋进给运动；当磨削至工件规定淬硬长度时，工作台停止纵向直线运动，工件继续旋转360°后停止转动，砂轮架退出完成长圆柱面的磨削淬火；步骤S2为“二段式”磨削方式：首先采用砂轮径向切入工件与工件旋转同步的阿基米德螺线进给方式，直至砂轮径向切入量达到规定磨削深度；然后砂轮停止径向切入运动，而工件继续旋转至起始切入点位置，砂轮架退出完成短圆柱面的磨削淬火；精密磨削步骤中，若工件的圆柱表面长度大于砂轮宽度，则采用纵磨法进行加工；若工件的圆柱表面长度小于砂轮宽度，则采用横磨法进行加工。2.一种用于圆柱表面淬火和精密磨削的专用机床，其特征在于，包括：机床床身、工作台、单动力源螺旋进给机构、砂轮架进给机构及尾架调整机构；所述的机床床身包括有前床身和后床身；所述的工作台置于前床身上方；所述的螺旋进给机构置于工作台左上方；所述的砂轮架进给机构置于后床身上方；所述的尾架调整机构置于工作台的右上方。3.如权利要求2所述的用于圆柱表面淬火和精密磨削的专用机床，其特征在于：所述单动力源螺旋进给机构包括螺旋进给伺服电机、同步齿形带传动机构、电磁齿式离合器、滚珠丝杠螺母机构、减速齿轮机构及头架主轴箱，所述螺旋进给伺服电机置于所述头架主轴箱上方；所述同步齿形带传动机构具有主动轮及被动轮，所述电磁齿式离合器包括内齿轮、外齿轮及离合齿轮，所述滚珠丝杠螺母机构包括传动轴和螺母，所述减速齿轮机构包括主动齿轮、中间齿轮及被动齿轮；所述螺旋进给伺服电机的输出轴连接同步齿形带传动机构的主动轮；外齿轮和所述减速齿轮机构的主动轮啮合传动，所述减速齿轮机构的主动轮和中间齿轮啮合传动，中间齿轮和被动轮啮合传动，通过调整主动齿轮、中间齿轮、被动齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘菊东，许志龙，杨小璠，李煌，方正，叶衔真，侯达盘，沈志煌，姜涛，高顺兴，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建,35