一种高精度金刚石笔砂轮修整器及装调方法

摘要

本发明属于精密加工技术领域，提供了一种高精度金刚石笔砂轮修整器及装调方法，该修整器包括：金刚石笔、金刚石笔座、锁紧螺母、防尘罩、导轨、滑块、导轨软带、压板、修整器壳体、铜螺母、电机连接板、螺杆电机。采用经过精密配研的V型滑块和导轨并经过贴塑和精密刮研处理，可获得较高的直线运动精度；采用单导轨的形式，绕滑块运动方向的微小转动对该装置的修整和测量精度基本没有影响；导轨软带与钢的动静摩擦系数较小且比较接近，有效减小滑块运动过程中的爬行现象；另外导轨软带具有吸振作用，可有效吸收砂轮修整过程中的振动；采用螺杆电机低速匀速驱动，提高砂轮修整后微观纹理的均匀性，从而提高了砂轮的形状精度。

说明书

技术领域

本发明属于精密加工技术领域，涉及一种单自由度直线运动的高精度金刚石笔砂轮修整器及装调方法。

背景技术

磨削加工在机械加工隶属于精加工，具有加工余量少、加工精度高的优点，在机械制造行业中应用较为广泛。尤其对于经热处理淬火的碳素工具钢和渗碳渗氮淬火钢零件，磨削加工几乎成了必选方案。磨削加工工艺中所用的刀具是砂轮，除了金刚石砂轮、CBN砂轮等由超硬磨料制成的不可修整的砂轮外，常用的刚玉砂轮、碳化硅砂轮等都需要经过修整工艺，以获得较高的砂轮形状精度，进而获得高的工件加工精度。

对于形状简单的直纹面回转体，例如平面砂轮、圆柱砂轮、圆锥砂轮等采用单自由度的直线修整运动即可满足修整的工艺要求。常用于修整砂轮的材料有天然金刚石、人造金刚石、CNB等超硬材料；常用于修整砂轮的刀具有金刚石笔、金刚滚轮、CBN刀具等由上述超硬材料通过电镀、烧结等工艺制成的修整工具。金刚石笔由于其制作工艺简单、成本低的优点，广泛应用于平面砂轮、圆柱砂轮和圆锥砂轮的精密修整工艺中。

现有的金刚石笔砂轮修整装置多采用手动、利用砂轮的运动或金刚石笔独立驱动等方式实现砂轮的修整运动。采用手动修整，即便砂轮修整器导轨的精度较高，然而手动修整运动速度的均匀性对砂轮的修整精度影响较大，修整精度的稳定性也因人而异；利用砂轮的运动进行修正的金刚石笔修整器的结构简单，但受限于机床砂轮运动导轨的精度，该种修整方式难以获得较高的修整精度；独立驱动式砂轮修整系统多采用摩擦系数较低的滚动导轨和步进或伺服电机驱动，由于滚动导轨中球形滚动体的吸振性差，致使砂轮表面易产生颤纹，影响工件的磨削加工精度。

发明内容

为解决现有金刚石笔砂轮修整器修整精度不高的问题，本发明提供了一种采用步进电机驱动和精密贴塑滑动导轨的组成的高精度金钢石笔砂轮修整器。

具体技术方案为，一种高精度金刚石笔砂轮修整器，包括金刚石笔座、金刚石笔、锁紧螺钉、防尘罩、导轨、修整器壳体、电机连接板、螺杆电机、滑块、导轨软带、压板、铜螺母；

所述金刚石笔座为弹性开槽结构，其上设有安装孔和与之贯通的弹性孔，垂直于安装孔和弹性孔的中间位置开设锁紧螺钉配合孔，通过锁紧螺钉将金刚石笔固定于安装孔中，安装孔的直径大于所用金刚石笔或测头笔杆直径0.1～0.3mm，金刚石笔安装孔的轴线方向与金刚石笔座的定位面呈10～15°倾角，有利于通过改变金刚石笔相对于金刚石笔座的转角位置，提高金刚石笔修整砂轮的锋利程度；金刚石笔座的定位面通过螺钉与滑块一端固定连接；

所述防尘罩为软质的帆布或皮革材料，中间内翻捆扎固定于金刚石笔座底部，外边框连接有刚性板，并通过螺钉固定连接在修整器壳体上；通过防尘罩和电机连接板将导轨和滑块的工作空间完全封闭，有效防止砂粒及其它杂质进入导轨工作面，影响导轨的精度；

所述滑块为上下对称的六边形拉伸体结构，其截面形状为外凸的倒V型结构，由矩形对其相邻两个直角对称倒大角获得；滑块截面中间开设阶梯孔，铜螺母通过过盈或胶粘与滑块刚性连接；滑块阶梯孔的环面为铜螺母的轴向限位面；滑块凸出的两个倒V型面和与其不相邻的另外一个面为精加工面，其上贴塑处理，所述三个精加工面上设有一个或多个W型或M型的储油槽；滑块两个凸出的倒V型面的交线与另一贴塑面平行，平行度误差小于1μm；

所述导轨为与外凸的倒V型结构滑块相匹配的V型拉伸体，导轨长度大于滑块长度与滑块运动行程的总和；导轨内凹的V型面与底面为精加工面，平面度误差不大于1μm；通过与滑块配研，以获得良好的配合精度；V型槽的底面为导轨的安装基准面；上下两侧面设有均布的贯通螺纹孔，通过螺钉与修整器壳体固定；

所述修整器壳体为一侧开口的C型拉伸体，长度与V型导轨的长度相同；修整器壳体开口的空间高度等于V型导轨上下两侧面之间的厚度；修整器壳体上下两端面上设有沉头螺钉孔，通过螺钉与导轨连接；修整器壳体侧面中间位置设有均布的一排螺纹孔，用于弹性波球螺钉通过压板将滑块压向导轨，以消除滑块与导轨之间的侧向间隙；

所述螺杆电机的螺杆与铜螺母为大间隙配合，径向间隙为0.2～0.3mm。

进一步地，上述滑块截面凸出的两个倒V型边中间所夹边的长度为2～3mm。

进一步地，上述滑块和导轨采用GCr15材料，并经过液氮深冷处理，HRC不低于58。

本发明的有益效果在于，提出一种单自由度直线运动的高精度金刚石笔砂轮修整器，采用经过精密配研的V型滑块和导轨并经过贴塑和精密刮研处理，可获得较高的直线运动精度。本发明砂轮修整器采用单导轨的形式，结构简单，绕滑块运动方向的微小转动对该装置的修整和测量精度基本没有影响；导轨软带与钢的动静摩擦系数较小且比较接近，有效减小滑块运动过程中的爬行现象；另外导轨软带具有吸振作用，可有效吸收砂轮修整过程中的振动；采用螺杆电机低速匀速驱动，提高砂轮修整后微观纹理的均匀性，从而提高了砂轮的形状精度。本发明提供的一种单自由度直线运动的高精度金刚石笔砂轮修整器，具有结构简单、修整精度高、修整精度稳定、成本低的优点，具有良好的市场应用前景。

附图说明

图1金刚石笔砂轮修整器外形图。

图2滑块和金刚石笔座。

图3滑块、导轨和压板的结构。

图4金刚石笔座。

图5滑块。

图6导轨。

图7减速器壳体。

图8螺杆电机与连接板。

图中：1金刚石笔座；1-1安装孔；1-2锁紧螺钉配合孔；1-3弹性孔；1-4安装定位面；1-5连接孔；2金刚石笔；3锁紧螺钉；4防尘罩；5导轨；6修整器壳体；7电机连接板；8螺杆电机；9滑块；9-1滑块小孔；9-2滑块大孔；9-3安装螺纹孔；10导轨软带；11压板；12铜螺母。

具体实施方式

(一)滑块9与导轨5的配研

首先研磨导轨5两内凹的V型面和滑块9两外凸的V型面。通过相互配研，确保4个平面的平面度误差小于1μm且有80％以上区域的相互接触。

然后研磨导轨5的安装基准面，以确保导轨5的两内凹的V型面的交线与安装基准面的平行度误差小于1μm。测量时可用标准芯轴进行检测；将标准测量芯轴放入导轨5的V型槽内，测量芯轴两端最高点相对于导轨5安装基准面的高度差，并通过研磨导轨5的安装基准面来减小此差值，以确保两内凹的V型面交线与安装基准面的平行度误差不超过1μm。测量过程中，要补偿测量芯轴锥形误差。

最后将配研后的滑块9和导轨5装配到一起，通过测量滑块9与V型面交线平行的另一个面(称为A面)相对于导轨5的安装基准面的平行度误差，确定A面的研磨位置和研磨去除量。

(二)滑块9的贴塑处理

首先将滑块9待贴塑的三个精加工面进行粗糙化处理，以增加胶粘的贴合强度。选择合适厚度的导轨软带10，以确保装配后滑块中间阶梯孔的轴向到修整器壳体6上与电机连接板7连接螺纹孔的距离与螺杆电机8轴线与电机连接板7连接孔的距离一致。

然后对滑块5的三个精度加工面进行贴塑处理。用专用导轨帖塑胶将一定合适厚度的导轨软带10粘到滑块9的三个精加工面上，在导轨5配合状态下加压不少于24h。

最后对滑块9的贴塑面进行刮研和研磨处理。在滑块9的贴塑面上中心位置抠出一个或多个W型或M型的储油槽，并对滑块9贴塑面上进行精密均匀刮研处理，以减小与导轨5的接触面积，从而减小滑动摩擦的阻力。刮研完后在嵌砂研磨板对三个贴塑面进行研磨处理，以方面观察刮研的效果。通过刮研和研磨处理，确保贴塑面上的高点均匀一致，从而保证滑块9的运动精度。精密配研后的滑块与导轨的运动直线度可达0.1μm/10mm以下。

(三)修整器的装配

首先将加工后的导轨5与修整器的壳体6通过螺钉连接到一起。通过研磨导轨5的上下两侧面或修整器与导轨5接触的上下内表面，或使用垫片，使导轨5的高度与修整器壳体6内部空间的高度相匹配，导轨9的安装基准面和前后两端面尽量与修整器壳体6的侧面的对齐。

将铜螺母12通过胶粘或过盈配合装入滑块内孔中，并将金刚石笔座2通过螺钉连接到滑块9上，如图2所示。

电机连接板7与螺杆电机8通过螺钉连接到一起，如图8所示。然后将金刚石将导轨5和滑块9清洗干净，并在滑块9的贴塑面上涂上润滑脂。按图3所示的位置关系，将滑块5、压板11装配好。压板11的长度略小于修整器壳体6长度，压板11通过弹性的波球紧定螺钉以合适的力度将滑块9压向导轨5，以消除滑块9与导轨5之间的侧向间隙。

然后将螺杆电机8的螺杆旋入嵌入滑块9内部的铜螺母12中。微调电机连接板7与修整器壳体6的相对位置，尽量使螺杆的轴线跟铜螺母12的轴线一致；然后通过螺钉将电机连接板7与修整器壳体6连接到一起。

最后安装防尘罩4，防尘罩4采用软质的帆布或皮革材料制成，中间内翻困扎到金刚石笔座2的底部上，外边框粘有刚性板，并通过螺钉连接固定到修整器壳体6上；通过防尘罩4和电机连接板7将导轨5和滑块9的工作空间完全封闭，有效防止砂粒及其它杂质进入导轨工作面。

(四)修整器的安装与操作

装将修整器放在1级平晶上，导轨的安装基准面与1级平晶的工作面对齐，电感测头放入金刚石笔座的安装中并锁紧，在设计行程内驱动螺杆电机，并记录电感测头的示值与运动位移。用最小二乘法分离出其中的形状误差和倾斜误差，其中形状误差即为修整器的运动精度，倾斜误差可通过研磨导轨的安装基准面进行减小或消除。以导轨的安装基准面为基准安装砂轮修整器时，应补偿安装基准面相对于导轨运动的倾斜误差。

通过螺钉压紧的方式安装金刚石笔砂轮修整器。修整时的进刀运动由砂轮架的运动来实现，修整运动则由螺杆电机驱动来实现。粗修时，进刀量为砂轮粒度的大小，螺杆电机的转速80～120rpm；精修时的进刀量为砂轮粒度的1/3大小，螺杆电机的转速为30～50rpm，以形成微刃，提高磨削加工的精度。