一种滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置

摘要

本发明属于精密表面加工技术领域，具体是滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置，解决了大中型盘类零件难以一次性全方位光整加工和一致性加工的难题，整体改善了大中型盘类零件的表面完整性，同时该方法也可用于小型盘类零件的滚磨光整加工。本发明通过组合丝杠和螺母的旋转传动、带轮传动、齿轮传动及摆动机构，巧妙地实现了工件五个方位的运动，与现有技术相比，可实现工件多自由度的运动，提高了加工效率和加工质量，保证了全方位加工和一致性加工，本发明结构简单、操作方便、可控性好。

说明书

技术领域

本发明属于精密表面加工技术领域，具体涉及到滚磨光整加工技术，尤其是一种滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置。

背景技术

盘类零件是工程实际中常用的零部件，其表面质量直接影响着产品的机械性能和使用寿命，如轴承的表面质量直接影响到其摩擦及抗腐蚀性能；齿轮的表面质量直接性能到其承载能力和疲劳寿命的高低。对于大中型盘类零件来说，采用现有的传统加工工艺如磨削、珩磨和研磨等很难实现全方位一次性加工，获得好的表面质量。滚磨光整加工作为一种比较实用的表面光整加工技术，具有加工效率高、成本低，可实现零部件全方位加工等优点，特别适用于盘类零件全方位一次性光整加工。然而现有的滚磨光整加工技术中，工件或者自由的放置于滚筒中，或者装夹于可旋转的主轴式相对于滚筒做回转运动，对于小型的盘类零件加工容易；但是对于构形复杂的盘类零件，简单的相对运动，很难实现大中型盘类零件的多方位可调和一致性加工。因此，亟需一种能解决大中型盘类零件的多自由度运动实现装置，有效解决滚磨光整加工中全方位一致性光整的难题，整体改善大中型盘类零件的表面完整性，同时该方法也可用于小型盘类零件的滚磨光整加工。

发明内容

本发明提供一种滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置，其目的是通过多自由度运动实现装置，解决大中型盘类零件难以一次性全方位光整加工和一致性加工的难题，整体改善大中型盘类零件的表面完整性，同时该装置也可用于小型盘类零件的滚磨光整加工。

本发明提供一种滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置，包括第一机架、水平移动组件、竖直移动组件、水平旋转组件、第二机架以及安装在第二机架上的摆动组件和竖直旋转组件；

第二机架包括水平梁以及设置在水平梁下的两个竖直梁；

水平移动组件设置在第一机架上，包括第一电机、水平丝杠、水平丝杠安装架、水平丝杠螺母、水平滑台、设置在水平丝杠安装架上的水平导轨、设置在水平滑台下的水平滑台导轨以及连接水平滑台和竖直移动组件的第一连接架；

水平丝杠的左端从水平丝杠安装架内伸出与第一电机连接，右端通过转动副与水平丝杠安装架连接；

水平导轨与水平滑台导轨通过滑动副配合；

水平丝杠螺母与水平丝杠之间通过螺纹副连接；

水平丝杠螺母与水平滑台导轨固结于水平滑台上；

第一连接架通过螺钉组与水平滑台连接；

竖直移动组件包括第二电机、竖直丝杠、与第一连接架连接的竖直丝杠安装架、竖直丝杠螺母、竖直滑台、设置在竖直丝杠安装架上的竖直导轨、设置在所述竖直滑台背面的竖直滑台导轨以及连接竖直滑台和水平旋转组件的第二连接架；

竖直丝杠的上端从竖直丝杠安装架内伸出与第二电机连接，下端通过转动副与竖直丝杠安装架连接；

竖直导轨与竖直滑台导轨通过滑动副配合；

竖直丝杠螺母与竖直丝杠之间通过螺纹副连接；

竖直丝杠螺母与竖直滑台导轨固结于竖直滑台上；

第二连接架通过螺钉组与竖直滑台连接；

水平旋转组件包括第三电机、与第三电机连接的且水平设置的主动带轮、通过同步带与主动带轮连接的从动带轮、从动带轮轴安装箱、主动带轮转轴、第三电机安装架以及与从动带轮连接且用于带动第二机架、摆动组件和竖直旋转组件实现水平旋转的从动带轮转轴；

从动带轮安装箱通过螺钉组连接到第二安装架上；

从动带轮转轴上端插设在从动带轮内，中间通过旋转副与从动带轮安装箱连接，下端穿过第二机架的水平梁与第二机架固定连接；

主动带轮转轴的上端插设在主动带轮内，中间通过旋转副与第三电机安装架连接，下端通过联轴器与第三电机的输出轴连接；

从动带轮安装箱与第三电机安装架通过螺钉组连接；

摆动组件包括第四电机、摆动导杆、套设在摆动导杆上的摆动滑块以及连接第四电机和摆动滑块的曲柄；

第四电机设置在第二机架内；

摆动导杆和摆动滑块设置在第二机架外；

曲柄穿过第二机架的竖直梁，上端上设置有与第四电机的输出轴配合的通孔，下端插设在摆动滑块上的轴承内；

竖直旋转组件包括第五电机、齿轮安装箱、与第五电机连接的且水平设置的主动齿轮、与主动齿轮啮合且竖直设置的从动齿轮、垂直穿过从动齿轮的工件安装轴、第五电机安装架以及连接第五电机和主动齿轮的主动齿轮转轴；

主动齿轮和从动齿轮均设置在齿轮安装箱内，且均为锥齿轮；

工件安装轴的第一端位于齿轮安装箱外，第二端位于齿轮安装箱内；

齿轮安装箱具有两个与第二机架转动连接的箱杆；箱杆的端部穿过第二机架竖直梁的端部的带立式座轴承，且其中一个箱杆与摆动导杆连接；

齿轮安装箱包括U形下箱体以及与U形下箱体围合成齿轮安装箱的上箱体；

上箱体上设置有供工件安装轴穿过的轴承以及固定轴承的端盖；

第五电机安装架与上箱体顶端连接。

上述的机械机构具有以下的结构特性：摆动导杆摆动的幅度范围为-40°～40°；主动带轮和从动带轮均为V型带轮或者齿形带轮，皮带为V型带或者齿形带。

本发明所提供的滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置，通过在制作完成后对制造、装配精度调整，并反复试验，取得以下效果：

本发明克服了现有滚磨光整加工中工件运动单一的缺点，通过简单机构的组合和叠加，实现了工件多方位多姿态的运动，解决了大中型盘类零件一次性加工及加工质量不一致性的问题，并充分考虑经济性、实用性和方便性，发挥了其在滚磨光整过程中的重要作用；

本发明通过组合丝杠和滑块的螺旋传动、皮带传动、齿轮传动及摆动导杆机构，巧妙地实现了工件五个方位的运动，与现有技术相比，可实现工件多自由度的运动，提高了加工效率和加工质量，保证了全方位加工和一致性加工；

整个装置结构简单、操作方便、可控性好。

附图说明：

图1是本发明实施例提供的滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置的主视图；

图2是图1所示滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置的俯视图；

图3是图1所示滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置中水平移动组件的结构示意图；

图4是图1所示滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置中竖直移动组件和水平旋转组件的结构示意图；

图5是图1所示滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置中摆动组件和竖直旋转组件的结构示意图。

图中：100-第一机架；200-第二机架；201-带立式座轴承；301-第一电机；302-水平丝杠；303-水平丝杠安装架；304-水平丝杠螺母；305-水平滑台；306-水平导轨；307-水平滑台导轨；308-第一连接架；401-第二电机；402-竖直丝杠；403-竖直丝杠安装架；404-竖直丝杠螺母；405-竖直滑台；406-竖直导轨；407-竖直滑台导轨；408-第二连接架；501-第三电机；502-主动带轮；503-同步带；504-从动带轮；505-从动带轮轴套安装箱；506-第三电机安装架；601-第四电机；602-摆动导杆；603-摆动滑块；604-曲柄；701-第五电机；702-齿轮安装箱；703-主动齿轮；704-从动齿轮；705-工件安装轴；706-第五电机安装架；工件-800。

具体实施方式：

本实施例提供一种滚磨光整加工大中型盘类零件多自由度运动实现装置，如图1至图5所示，包括第一机架100、水平移动组件、竖直移动组件、水平旋转组件、第二机架200以及安装在第二机架上的摆动组件和竖直旋转组件；第二机架200包括水平梁以及设置在水平梁下的两个竖直梁；水平移动组件设置在第一机架100上，包括第一电机301、水平丝杠302、水平丝杠安装架303、水平丝杠螺母304、水平滑台305、设置在水平丝杠安装架303上的水平导轨306、设置在水平滑台305下的水平滑台导轨307以及连接水平滑台305和竖直移动组件的第一连接架308；水平丝杠302的左端从水平丝杠安装架303内伸出与第一电机301连接，右端通过转动副与水平丝杠安装架302连接；水平导轨306与水平滑台导轨307通过滑动副配合；水平丝杠螺母304与水平丝杠302之间通过螺纹副连接；水平丝杠螺母304与水平滑台导轨307固结于水平滑台305上；第一连接架308通过螺钉组与水平滑台305连接；竖直移动组件包括第二电机401、竖直丝杠402、与第一连接架308连接的竖直丝杠安装架403、竖直丝杠螺母404、竖直滑台405、设置在竖直丝杠安装架403上的竖直导轨406、设置在竖直滑台405背面的竖直滑台导轨407以及连接竖直滑台405和水平旋转组件的第二连接架408；竖直丝杠402的上端从竖直丝杠安装架403内伸出与第二电机401连接，下端通过转动副与竖直丝杠安装架403连接；竖直导轨406与竖直滑台导轨407通过滑动副配合；竖直丝杠螺母406与竖直丝杠402之间通过螺纹副连接；竖直丝杠螺母406与竖直滑台导轨407固结于竖直滑台405上；第二连接架408通过螺钉组与竖直滑台405连接；水平旋转组件包括第三电机501、与第三电机501连接的且水平设置的主动带轮502、通过同步带503与主动带轮502连接的从动带轮504、从动带轮轴安装箱505、主动带轮转轴、第三电机安装架506以及与从动带轮504连接且用于带动第二机架200、摆动组件和竖直旋转组件实现水平旋转的从动带轮转轴；从动带轮安装箱505通过螺钉组连接到第二安装架200上；从动带轮转轴上端插设在从动带轮504内，中间通过旋转副与从动带轮安装箱505连接，下端穿过第二机架200的水平梁与第二机架200固定连接；主动带轮转轴的上端插设在主动带轮502内，中间通过旋转副与第三电机安装架506连接，下端通过联轴器与第三电机501的输出轴连接；从动带轮安装箱505与第三电机安装架506通过螺钉组连接；

摆动组件包括第四电机601、摆动导杆602、套设在摆动导杆602上的摆动滑块603以及连接第四电机601和摆动滑块603的曲柄604；第四电机601设置在第二机架200内；摆动导杆602和摆动滑块603设置在第二机架200外；曲柄604穿过第二机架200的竖直梁，上端上设置有与第四电机601的输出轴配合的通孔，下端插设在摆动滑块603上的轴承内；竖直旋转组件包括第五电机701、齿轮安装箱702、与第五电机701连接的且水平设置的主动齿轮703、与主动齿轮啮合703且竖直设置的从动齿轮704、垂直穿过从动齿轮704的工件安装轴705、第五电机安装架706以及连接第五电机701和主动齿轮的主动齿轮转轴；

主动齿轮703和从动齿轮704均设置在齿轮安装箱702内，且均为锥齿轮；工件安装轴705的第一端位于齿轮安装箱702外，第二端位于齿轮安装箱702内；

齿轮安装箱702具有两个与第二机架200转动连接的箱杆；箱杆的端部穿过第二机架200竖直梁的端部的带立式座轴承，且其中一个箱杆与所述摆动导杆602连接；齿轮安装箱702包括U形下箱体以及与U形下箱体围合成齿轮安装箱702的上箱体；上箱体上设置有供工件安装轴705穿过的轴承以及固定轴承的端盖；第五电机安装架706与上箱体顶端连接。

本实施例中，工件800固定在工件安装轴705外漏于齿轮安装箱702的杆体上，第一电机301带动水平丝杠302转动，与水平丝杠302组成螺纹副的水平丝杠螺母304带动水平滑台305沿着水平丝杠302水平移动，水平滑台305带动第一连接架308、竖直移动组件、水平旋转组件、第二机架200、摆动组件和竖直旋转组件水平移动，实现工件800的水平移动；第二电机401带动竖直丝杠402转动，与竖直丝杠402组成螺纹副的竖直丝杠螺母404带动竖直滑台405沿着竖直丝杠402竖直移动，竖直滑台405带动第二连接架408、水平旋转组件、第二机架200、摆动组件和竖直旋转组件竖直移动，实现工件800的竖直移动；第三电机501带动主动带轮502转动，通过同步带503传动从动带轮504转动，从动带轮转轴带动第二机架200、摆动组件和竖直旋转组件在水平面内旋转，实现工件800的水平旋转；第四电机601转动，带动曲柄604转动，在曲柄604和摆动滑块603的传动下，摆动导杆602发生摆动，带动与摆动导杆602连接的齿轮安装箱702摆动，从而实现工件800的摆动；第五电机701带动主动齿轮703在水平面内转动，带动与主动齿轮703啮合的从动齿轮704在竖直面内转动，与从动齿轮704连接的工件800安装轴705转动，从而实现工件800的竖直旋转。由上可知，本实施例提供的装置组合丝杠和滑块的螺旋传动、皮带传动、齿轮传动及摆动机构，巧妙地实现了工件800五个方位的运动，与现有技术相比，可实现工件多自由度的运动，提高了加工效率和加工质量，保证了全方位加工和一致性加工。上述机械机构中，水平导轨306与水平滑台导轨307通过滑动副配合，竖直导轨406与竖直滑台导轨407通过滑动副配合，减小水平滑台305和竖直滑台405带动第一连接架308和第二连接架408移动时的摩擦力，使得水平移动和竖直移动更为顺畅；摆动滑块603上设置轴承有效减小了曲柄604转动时的摩擦力，使得转动更为流畅；U形下箱体弧度与齿轮的弧度相配合，可以保证齿轮在齿轮安装箱702内顺利转动，而且与具有棱角的长方形或正方形箱体相比，U形下箱体更节约制造材料；上箱体上轴承的设置使得工件安装轴705的转动更为顺畅，端盖不但起到固定作用，还能有效隔绝轴承与外部环境，防止轴承被污染。

进一步地，如图3所示，第一连接架308包括与水平滑台305连接的底板、竖直设置底板上的背板以及连接底板和背板的多个三角加强板；背板与竖直丝杠安装架403固定连接。

进一步地，如图4所示，第二连接架405包括两个T形板以及设置在两个T形板之间的连接梁；其中一个T形板的水平部安装在竖直滑台405上。

进一步地，如图4所示，水平旋转组件还包括套设在从动带轮转轴外的从动带轮轴套，从动带轮轴套固定在从动带轮轴套安装箱505内，从动带轮转轴转动设置在从动带轮轴套内。

进一步地，如图4所示，为了便于带轮和同步带503的安装，从动带轮轴套安装箱505和第三电机安装架506的顶面平齐。

进一步地，摆动导杆602摆动的幅度范围为-40°～40°；主动带轮502和从动带轮504均为V型带轮或者齿形带轮，皮带503为V型带或者齿形带，带与带轮的正压力大，摩擦力大，传动能力大；主动带轮502的直径比从动带轮504小；主动齿轮703和从动齿轮704均为锥齿轮，锥齿轮重合度较大，传动平稳，噪声小，承载能力强，最少齿数可到5，因而可获得较大的传动比（可达10）和较小的机构尺寸。

进一步地，第一电机301、第二电机401和第三电机501为步进电机，第四电机601和第五电机701为普通电机。

进一步地，该装置的尺寸可调整。

采用该装置和直径为3mm的球形氧化铝磨块对直径为300mm的20CrMnTi渗碳齿轮加工30min后，各处棱边倒圆，毛刺明显去除，表面粗糙度Ra值从0.634μm下降至0.225μm，加工一致性好。