[发明专利]一种超高速磨削装备

说明书

技术领域：

本发明涉及超高速磨削领域，具体涉及一种超高速磨削装备。

背景技术：

超高速磨削是机械加工领域中先进制造技术的重要组成部分，是通过提高砂轮线速度（即磨削速度）来达到提高金属磨除率和工件加工质量的工艺方法，在本领域，一般认为砂轮线速度大于150m/s即为超高速。应用高效率、高精度、高自动化、高柔性的磨削设备，能最大限度地提高工件加工效率，加工精度和加工表面质量。随着能源、汽车、航空航天等高端产业对零件的加工精度与效率越来越高的要求，国际上许多发达国家均把超高速磨削工艺与装备的研究作为机械制造领域的重要课题列入研究范围。

目前，超高速磨削试验装备主轴系统主要为电主轴。由于电主轴结构比较特殊，电机置于主轴内部，通过驱动电源直接驱动主轴进行工作，实现了电机、主轴的一体化功能；电主轴结构紧凑，从而避免了由于有中间传动环节而带来的装配误差和传动误差，传动精度高，动态响应快；但另一方面，由于电机转子和定子内置于主轴中，故其运转过程中发热比较严重，需额外增加水冷机进行强制水冷，电主轴结构需考虑循环水冷却，从而使得电主轴将结构变得复杂；同样，内置于主轴中的电机受空间体积限制，电机功率都很有限，一般磨削用电主轴最高转速为30000rpm到40000rpm，但对应最大功率仅有10Kw到30Kw，从而使得磨削用电主轴在超高速磨削过程中的使用受到很大限制；更有，一般超高速磨削用电主轴价格昂贵，大大的增加了试验装备和研究成本。

在磨削技术和工艺的研究中，带传动系统即通过电机驱动带传动连接方式，一般用于砂轮安全回转试验使用，至今未见报道有将其用于超高速磨削试验装备主轴系统。通常地，该连接方式为普通三相异步电机连接大带轮，通过皮带连接小带轮，小带轮带动主轴转动，主轴常用前后各一组或两组轴承支承。该连接方式中，三相异步电机最高转速略低于3000rpm，一般常用功率也不高，这样使得主轴转速一般最高为9000rpm到15000rpm左右，很难再有提高；且轴承发热严重，基本没有冷却，一般也只是用液体油或者油脂润滑，轴承转速受到限制且冷却效果不是很令人满意。

发明内容：

 发明目的：

针对以上存在的问题，本发明的目的在于提供一种适合超高速磨削用的装备，可以满足超高速磨削所要求的主轴高转速、高功率、高动平衡精度且轴承充分润滑冷却等条件，且成本相对较低。

技术方案：

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种超高速磨削装备，包括立柱支撑、砂轮以及工作台，其特征在于：在所述立柱支撑上设有主轴电机和主轴系统，所述主轴电机的输出端连接一大带轮，所述的主轴系统前端连接一小带轮，所述的大带轮和小带轮之间通过平带传动，在主轴系统的后端连接所述的砂轮，所述工作台位于砂轮的下端，所述的主轴系统包括主轴、轴壳以及设置在主轴和轴承之间的前端支撑和后端支撑，所述的前端支撑和后端支撑分别包括两个背对背安装的角接触球轴承，在背对背安装的两个角接触球轴承之间设置有油气喷嘴，在所述前端支撑的后端与轴壳之间还设置有沿轴壳周向布置的弹簧阵列，在所述的主轴上设置有两个沿径向对称布置的键槽，所述的小带轮与主轴之间通过设置在两个键槽内的双键连接。

在所述的轴壳的内部设置有一弹簧支撑，所述的弹簧位于所述前端支撑的后端与弹簧阵列支撑之间。

在所述的轴壳内设置有一油气通道，该油气通道与所述 前端支撑和后端支撑的油气喷嘴相连。

在前端轴承处设有沿周向均布的弹簧阵列进行主轴轴向动态力预紧，提高主轴系统轴向动态刚度。

工作台通过常用的三维运动机构驱动实现，即三个方向分别用伺服电机驱动滚珠丝杠继而驱动工作台的结构方式，由于该方式普遍通用，这里不再详述。

有益效果：

1、本发明超高速磨削试验装备小带轮与主轴系统之间通过双键连接，在轴壳与主轴的前端支撑和后端支撑分别设置背对背的角接触球轴承，这样可以很大程度上提高了主轴系统的动平衡精度，在前端轴承处设有沿周向均布的弹簧阵列进行主轴轴向动态力预紧。因此可采用主动电机驱动主轴系统进行高速磨削，在主轴电机与主轴系统之间通过高速带传动驱动方式，其性能可以达到超高速磨削要求，并大大节约了装备成本。

2、本发明超高速磨削试验装备采用高速主轴电机，其最高转速一般可达10000rpm以上，且功率亦可达到使用要求；电机输出轴与大带轮之间通过胀紧套传递扭矩。