电主轴砂轮更换装置的创新设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Grinder spindle automatic replacement of grinding wheeLIANG Xing，ZHANG Yihan(Anyang Laigong Technology Co.，Ltd.，Anyang 455000。CHN)Abstract：Start from the analysis of existing large grinding wheel agencies handling the actual situation，make abrief introduction of electric spindle structure，focuses on the implementation of electric wheel mecha-nism automatically replace the whee1。

Keywords：Electric Spindle；Grinding Wheel Parts；Bal Expansion and Contraction Institutions现有的大型立式磨床电主轴前端安装的砂轮部件(砂轮部件由砂轮、砂轮夹体、砂轮夹盘组成)，与转子轴配合-般是锥度定位。通过砂轮部件，先把螺钉或螺母松开，再把专用的拆卸螺钉拧入砂轮夹体，当拆卸螺钉顶住转子轴的轴端时，继续鹏，拆卸螺钉轴向不动，只做圆周运动，砂轮部件做轴向的相对运动，这样就完成了砂轮部件的松开。砂轮部件的拉紧过程则相反。这种拉紧和松开方式，费时费工，1个人难以操作，往往由2～3个操作工配合，才能完成-次砂轮的更换；这样的拆装方式不利于实现数控化；尤其是国内近期大型磨床的研发和生产发展较快，砂轮部件也向大型化发展，以往的砂轮部件装卸更加不符合机床的发展需要 。

为适应国内大型磨床的发展趋势，实现砂轮装卸的快速化、数控化，根据多年的电主轴加工经验，笔者公司设计了-种能够 自动更换砂轮的磨床电主轴(专利号：ZL2010 10298047.2)，克服了现有技术存在的不足和缺陷，提供了-种实现砂轮部件的自动拉紧和松开的机构，从而解放了人力，提高了生产效率，使之具有自动更换砂轮的功能。

l 电主轴自动更换砂轮的结构设计图1所示是具有 自动更换砂轮功能的磨床电主轴，其主要由主轴外套 9、定子 8和转子轴 1O、砂轮部· l38 ·件、松拉紧机构和钢球涨缩机构等组成。电主轴的整体重量高达 1.5 t，为笔者公司设计生产的大型立式磨床电主轴之-。该电主轴通过匹配的变频器进行驱动和控制，对磨床电主轴进行无级调速。为实现砂轮部件的自动更换，结合 目前电主轴的松拉刀机构设计，对主轴部件进行创新设计，设计了松拉机构和钢球涨缩机构，从而实现磨床电主轴自动更换砂轮。

1.1 转子轴的结构设计对转子轴 10的结构进行了创新设计如图 1。转子轴 l0设计为中孔结构，以便内部安装松拉机构，通过推动杆 l7传递承载与卸荷力量。为实现砂轮部件的自动更换，转子轴的前端设计有松开段和锁紧段，即相邻但不等径；松开段和锁紧段之间为圆弧面过渡，其中松开段位于转子轴的最末端。通过与钢球套 24、钢球 23的配合，调整钢球的间隙，实现钢球的涨缩。另外，转子轴 10前段外锥面与砂轮夹具5内锥面为紧密配合的圆锥面结构，在砂轮夹具5内固定有定位套2，砂轮夹具 5与环形压片 3中间装有砂轮4，并通过螺钉连接，转子轴 10转动时带动压片 1、定位套 2、环形压片3、及砂轮4和砂轮夹具 5-起转动。

1.2 松拉机构的设计在转子轴内部型腔的松拉机构，由推动杆 l7、卡片 18、碟簧 19、固定挡块 20、拉紧套螺母 2l和拉紧套22组成，推动杆17前端加工有螺纹，通过拉紧套螺母、i - l； 0 ，Funclion Unils功能部件1-压片；2-定位套；3-环形压片；4-砂轮；5-砂轮夹具；6～前小盖；7-前螺母；8-定子；9-主轴外套1O-转子轴；11-轴承后座；12-后螺母；l3-气缸 ；14-活塞杆；l5-气缸后盖；16-内水套；17-推动杆18-卡片；l9-碟簧；2O-固定挡块；21～拉紧套螺母；22-拉紧套；23-钢球；24-钢球套。

图1 具有 自动更换砂轮功能的磨床 电主轴21固定拉紧套，该拉紧套后端设有固定在转子轴内径侧壁上的固定挡块 20，同时在推动杆 17上固定有-个卡片 18，在该固定挡块 20与卡片 18之间安装有-定数量的碟簧 19，并且推动杆 17的后端与气缸或液压缸(即推拉机构)连接。通过磨床外部压力，推动电主轴后端的气缸或液压缸做活塞运动，推动转子轴 10型腔内的推动杆 17轴向移动，并利用安装在推动杆17上的碟簧 l9和固定挡块 20产生的碟簧压力，实现推动杆 17自动复位，从而完成推动杆的向前推进和自动复位的过程。

1.3 钢球涨缩机构的设计在转子轴 l0的前端设计钢球涨缩机构，它由定位套2、-定数量的钢球23(大于等于 3)、钢球套 24和转子轴 l0前端的锁紧段松开段组成，其中定位套 2安装在砂轮夹具 5的内壁上，钢球套 24固定在拉紧套22上。在钢球套 24的径向加工有均布通孑L，通孔的直径小于钢球 23的直径，从而使-定数量的钢球 23位于钢球套 24内，仅有部分球面能伸出径向通孑L之外。当钢球 23位于转子轴 10的锁紧段时，位于钢球套24内的各钢球分别伸出相应通孔之外，当钢球位于转子轴 lO的松开段时，各钢球 23分别缩进钢球套 24相应通孔之内。通过钢球套 24的轴向移动，改变钢球23在转子轴 l0的不同位置关系，调整钢球与砂轮部件内壁定位套 2的配合间隙，即钢球的涨缩，改变砂轮部件与转子轴的松紧程度，实现砂轮部件的自动装卸。

2 磨床电主轴自动更换砂轮的实现过程2.1 自动安装砂轮的过程当砂轮部件需要安装时，电主轴后端的气缸活塞14推动推动杆 17沿轴向-起向砂轮方向做直线运动时，各钢球 23被钢球套24带动也向前做滚动或滑动，从而各钢球23从转子轴 10的锁紧段移动到松开段后自动缩回钢球套24内，此时钢球套 24可以自由穿过砂轮夹具 5内径侧面的定位套 2中，待砂轮部件插入到指定位置时，对气缸出气管放气，推动杆 l7在碟簧l9的作用下 自动复位，此时各钢球 23又处于涨开状态，由于各钢球 23涨开后形成的外缘轮廓直径大于定位套 2后端的台阶凸缘，当各钢球定位后，转子轴 10的前端外侧与砂轮夹具 5内锥面处于紧密接触的状态，从而整个电主轴的转子轴 10与砂轮夹具5固定为- 体，进而带动砂轮4做同步转动，完成砂轮部件的自动安装。

2.2 自动拆卸砂轮的过程当砂轮磨损后，需要进行更换时，电主轴后端的气缸活塞 14推动推动杆 17沿轴向-起向砂轮方向做直线运动时，各钢球 23被钢球套 24带动向前做滚动或滑动，从而各钢球 23从转子轴 10的锁紧段移动到松开段后自动缩回钢球套 24内，砂轮夹具 5与转子轴10此时处于松开状态，从而实现砂轮部件自动脱离过程，更换所需砂轮并调整好后，插入到指定位置时，按照前述则可自动安装过程。

3 结语本 自动更换砂轮的磨床电主轴，通过控制电主轴的后端的气缸或液压缸，带动推动杆运动，控制转子轴前端钢球涨缩机构的涨开状态和缩进状态，能够自动· 139 ·基于 U MAC的数控系统虚拟平台及其应用李志明①② 胡海龙①② 吴荣华③ 王培德③ 陈喜东①②(①燕山大学信息科学与工程学院软件学院，河北 秦皇岛066004；②河北势算机虚拟技术与系统集成重点实验室，河北 秦皇岛066004；③北京机床所精密机电有限公司，北京 100102)摘 要：针对 UMAC运动控制器，提出-种数控系统虚拟平台的搭建方法。设置 UAMC运动控制器的相关 I变量∩将某轴卡产生的脉冲加方向(PulsDir)信号映射至其对应的编码器转换表(ECT)的地址空间，从而在伺服芯片内部形成轴通道的虚拟闭环。利用多轴 NC程序、激光器频率控制、手轮功能测试等实例验证了数控系统虚拟平台的有效性。数控系统虚拟平台，可为开发者提供-个功能较为完善、对外部条件依赖较小的开发及测试环境。

关键词 ：数控 系统 虚拟闭环 伺服控制 UMAC中图分类号 ：TG659 文献标识码 ：BCNC system virtuaI platform based on UMAC and its applicationLI Zhiming①②，HU Hailong①②，WU Ronghua③，WANG Peide③，CHEN Xidong①②(①Software Colege，Information Science and Engineering Colege，Yanshan University，Qinhuangdao 066004，CHN；###The Key Laboratory for Computer Virtual Technology and System Integrationof Hebei Province，Qinhuangdao 066004，CHN；③BMTRI Precision Mechatronics Co.，Ltd.，Beijing 100102，CHN)Abstract：According to the UMAC motion controller，a method which is used to set up CNC system virtual platformwas proposed.A PulsDir Signal generated by one axis channel is mapped to the address of the CoITe-sponding axis channel S encoder conversion table by setting the I variables of UMAC，and the axis chan-nel S virtual closed-loop is formed in the servo IC.The validity of CNC system virtual platform was veri-fled by some examples-such as multi-axis NC program，frequency control of laser，handwheel functiontesting.CNC system virtual platform provides the developer with the developing and testing environmentwhich has perfect functions，less relis on the external conditions。

Keywords：CNC System ；Virtual Closed-loop；Servo Control；UMAC数控装备的整体水平标志着-个国家工业现代化 水平的高低，标志着-个国家综合国力的强弱，尤其是实现转子轴前端砂轮部件的拉紧和松开，无需人工操作，方便快捷；提高工作效率，有利于大型砂轮部件的拆装实现数控化、自动化、具有改进合理、容易实现、使用方便有效的优点，非常利于通过实施。