一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床

摘要

本发明涉及一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床，采用A、B、C三个转动或摆动轴与砂带磨削装置分离的六轴联动机床布局；砂带磨削装置只做与接触力方向垂直的两个直线方向运动，Z向运动和回转轴运动惯性力对砂带机构接触力无影响；以及多砂带磨削装置集成叶片磨削抛光成型。本发明的有益效果为：通过将砂带磨削装置单独提出，不与任何一个转动轴复合，从而杜绝了现有技术中回转轴对磨削运动的负面影响，对厚度极小（如0.1mm-0.2mm）的片状工件做到精确加工。通过多砂带磨削装置的设置，在一次加工中不再需要更换不同型号的砂带，做到真正的自动化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨削装置，尤其涉及一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床。

背景技术

目前，叶片在铣削后的磨削抛光一般采用六轴联动数控砂带磨削方式，相应地也有不同规格和型号的数控砂带磨床。六轴数控砂带磨削的工作的原理是在五轴联动铣削的基础上发展起来的，由三个直线轴运动形成刀具对加工点的空间位置定位，由两个回转轴形成刀具对加工点的法向姿态定位。对于砂带磨削，由于采用有一定宽度的砂带包裹接触轮进行加工，因此接触轮与被加工点是线接触而不同于五轴铣削的点接触，这就存在接触线与凹曲面的干涉问题，为此数控砂带磨削需要增加一个联动轴，控制接触轮轴线指向被加工点的主曲率方向并选取与此曲率相适应的接触轮直径和砂带宽度，才能实现对曲面的磨削抛光加工。按照上述六轴砂带磨削的原理，典型的六轴联动数控砂带磨削抛光机床有以下几种结构形式：

德国IBS六轴砂带磨床MTS系列，结构特点：AB轴形式五轴加C轴形成六轴机床布局，砂带机构与BC两个回转轴复合，立式悬臂布置，重力对接触力方向有影响，Z向运动和回转轴运动惯性力对接触力有影响。

重庆三磨海达六轴砂带磨床，结构特点：AB轴形式五轴加C轴布形成六轴机床局，砂带机构与BC两个回转轴复合，立式悬臂布置，重力对接触力方向有影响，Z向运动和回转轴运动惯性力对接触力有影响。

日本三菱六轴砂带磨床专机，结构特点：AB轴形式五轴加C轴布形成六轴机床局，砂带机构与BC两个回转轴复合，立式布置，悬臂小，重力对接触力方向有影响，Z向运动和回转轴运动惯性力对接触力有影响。

北京胜为弘技TX6/2600六轴砂带磨床，结构特点：AB轴形式五轴加C轴布形成六轴机床局，砂带机构与BC两个回转轴复合，立式布置，中空C轴无悬臂，重力对接触力方向有影响，Z向运动和回转轴运动惯性力对接触力有影响。

美国GE六轴砂带磨床专机，结构特点：AB轴形式五轴加C轴布形成六轴机床局，砂带机构与一个回转轴复合，卧式布置，无悬臂，重力对接触力方向无影响，Z向运动和回转轴运动惯性力对接触力有影响。

德国IBS小叶片六轴砂带磨床SPE系列，结构特点：以六轴联动为出发点形成机床布局，砂带机构与BC两个回转轴复合，立卧转换式布置，悬臂很长且叠加，重力对接触力方向影响较小，Z向运动和回转轴运动惯性力对接触力影响较大。

综合上述分析，现有技术存在的缺点是：对于已知的六轴联动数控砂带磨床结构而言，选取适当直径的接触轮和适当粒度的砂带，在编程系统的支持下，均可实现对叶片型面的磨削抛光，但是对于较薄的叶片进排气边（厚度0.1mm----0.2mm），由于接触轮接触力难以实现精确控制，磨削效果均不理想；并且，由于磨削过程中需要更换不同粒度的砂带，难以实现在一次装夹中完成不同加工部位的磨削抛光加工，难以实现叶片集成加工自动化生产。从结构分析可知，主要是由以下结构缺点造成的：①多数机床结构采用砂带机构立式布局且与至少一个转动（摆动轴复合），运动中由于转动（摆动轴）运动，砂带机构随摆角变化重力分力也在变化，接触力受此影响也发生变化；②砂带装置与转动（摆动轴）的复合，使砂带装置受运动惯性力影响，造成接触力变化；                                               砂带装置与转动（摆动轴）的复合，难以布置多砂带机构，实现叶片不同部位集成磨削和自动化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床，包括卧式床身和卧式床身上右侧的立式床身，所述卧式床身上滑动连接有Z向移动装置，所述Z向移动装置上设有B轴装置，所述B轴装置上方右侧设有C轴装置，所述C轴装置的右侧设有A轴装置，所述A轴装置上设有工件夹持装置，所述B轴装置和C轴装置的中心部位以及A轴装置上的工件夹持装置均为可360度旋转的转动机构；所述立式床身的左侧滑动连接有X向移动装置，所述X向移动装置上滑动连接有Y向移动装置，所述Y向移动装置上均匀设有若干个砂带磨削装置，所述砂带磨削装置与工件夹持装置的中心相对应；所述卧式床身的一侧设有电气控制系统，所述电气控制系统配置有程序存储器和执行电路，以控制A轴装置、B轴装置、C轴装置、X向移动装置、Y向移动装置以及Z向移动装置的运动。

进一步的，所述B轴装置上通过转动轴连接有B轴转盘，所述C轴装置安装在B轴转盘上左侧，所述A轴装置位于B轴转盘右侧的上方。所述C轴装置的通过转动轴与C轴悬臂连接，所述C轴悬臂的右侧上、下对应设有两个A轴装置。

优选的，两个所述A轴装置与C轴悬臂的连接部位均设有调节装置，以调节两个A轴装置之间的距离。

进一步的，所述砂带磨削装置由安装板、驱动电机、接触轮和砂带组成，所述接触轮上转动连接有砂带，所述驱动电机驱动砂带转动以及砂带磨削装置伸缩运动。所述砂带磨削装置水平放置。所述电气控制系统根据工件状况选择多个砂带磨削装置中的一个与工件磨削工作。

本发明的有益效果为：通过将砂带磨削装置单独提出，不与任何一个转动轴复合，从而杜绝了现有技术中回转轴对磨削运动的负面影响，对厚度极小（如0.1-0.2mm）的片状工件做到精确加工。通过多砂带磨削装置的设置，在一次加工中不再需要更换不同型号的砂带，做到真正的自动化生产。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床的结构示意图；

图2是本发明实施例所述水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床的六轴运动示意图。

图中：

1、卧式床身；2、立式床身；3、Z向移动装置；4、B轴装置；5、C轴装置；6、A轴装置；7、工件夹持装置；8、X向移动装置；9、Y向移动装置；10、砂带磨削装置；11、电气控制系统；12、B轴转盘；13、C轴悬臂；14、工件。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明实施例所述的一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床，针对传统六轴联动数控砂带磨床的缺点，采用工件（叶片）与ABC三个回转轴和Z轴复合，砂带装置与XY两个直线轴复合、水平布置砂带机构的结构，解决了传统六轴联动数控砂带磨床现有不足。本发明的水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床包括机械执行系统、电气控制系统两部分，其中机械执行系统包括卧式床身1、立式床身2、XY滑板基础部分，三个回转轴运动装置、三个直线轴运动装置和一个并列的多个砂带磨削装置10，电气控制系统包括数控系统、各轴驱动和电机。

本发明实施例所述的一种水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床，其具体工作流程是，工件14（叶片）装夹于A轴装置6上，工件夹持装置7（尾座顶尖）沿A轴装置6的回转中心顶紧，A轴装置6安装于C轴摆臂13上，A轴装置6的端面和尾座顶尖与C轴摆臂13的中心距离可调，以便于不同长度叶片的装夹。C轴装置5安装在B轴转盘12上，B轴装置4基座底部安装于Z向移动装置3上，丝杠螺母与B轴装置4基座连接，在伺服电机和丝杠的带动下，ABC轴和工件做Z向直线轴运动。水平布置砂带磨削装置10的多砂带装置安装于Y向移动装置9上，滑板与Y向移动装置9的丝杠螺母连接，在伺服电机和丝杠的带动下，滑板带动砂带装置做上下方向的运动；Y向移动装置9安装在后床身上，滑板底部与X向移动装置8的丝杠螺母连接，在伺服电机和丝杠的带动下做X方向直线运动。XYZ三个直线运动轴和ABC三个回转运动轴在数控系统的控制下，按照编程系统的生成的数控加工程序，完成砂带接触轮与叶片工件表面的相对运动加工，完成叶片六轴联动数控砂带磨削抛光。

由XYZ三个直线轴运动形成砂带支撑轴矢量（加工点法矢量）对加工点的空间位置定位，由AB两个回转轴形成砂带支撑轴矢量对加工点的法向姿态定位，回转轴C的回转运动使接触轮轴线矢量指向被加工点的主曲率方向，对曲面上不同的点连续按照上述原理动作，即可通过砂带与被加工点的相对运动形成叶片曲面磨削抛光成型。其具体工作步骤为：

1)              工件装夹在A轴装置上后，A轴装置在C轴摆臂带动下运动，Ａ轴轴线与Ｘ轴轴线平行，工件处于待加工状态；

2)              砂带机构在气动执行元件的推动下，伸出，砂带旋转；

3)              机床在六轴联动程序控制下动作，叶片ＡBC三个方向旋转到位，三个直线轴同时速度环、位置环与三个旋转轴同步，使砂带接触轮到达被加工点位置和姿态均符合六轴联动砂带磨削原理，在气动系统压力的作用下，砂带接触叶片表面，砂带旋转运动在工件表面去除金属；

4)              连续不同点的相对运动，实现叶片表面的连续磨削抛光加工；

5)              对于不同部位，切换多砂带机构，实现不同粒度砂带对不同部位的加工要求；

6）    完成叶片集成加工。

上述方案与机器人叶片磨削抛光运动方式接近，但机器人空间精度较差，编程空间点是多解的，运动轨迹需要优化；并且，机器人关节臂刚性不足，难以实现对叶片型面的精确磨削成型。其带来的最终的加工缺陷实质上跟背景技术部分的缺陷是一致的。由此本发明提供的水平多砂带机构的六轴联动数控砂带磨床只要优点在于：

1)     以六轴联动为出发点形成机床布局，ABC三个转动或摆动轴与砂带机构分离而与工件（叶片）结合，砂带机构只做与接触力方向垂直的两个直线运动，Z向运动和回转轴运动惯性力对砂带机构接触力无影响；

2)     水平放置砂带磨削装置10，且砂带磨削装置10与回转轴分离，便于布置多砂带机构和并列式法向检测装置；

3)     ABC轴均可大范围回转或摆动，便于大幅度弯扭叶片加工；

4)     ABC轴可360°回转，便于实现凸台、叶根圆角等加工内容集成磨削；

5)     ABC轴可360°旋转，使用机械手式刀库即可实现工件自动交换。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。