[发明专利]一种用于轴承轨道超精密成形磨削加工装置及方法

权利要求书

1.一种用于轴承轨道超精密成形磨削加工装置，其特征在于：该装置由砂轮主轴模块(1)、回转工作台模块(2)、砂轮电火花在位整形模块(3)、金刚石滚轮在位整形模块(4)、ELID精密磨削模块(5)、冷却及过滤模块(6)、在位检测模块(7)、自动上下料模块(8)和控制系统模块(9)组成；

砂轮主轴模块(1)位于回转工作台模块(2)的上方，由回转工作台模块(2)带动实现砂轮主轴模块(1)的旋转运动；所述回转工作台模块(2)位于床身(10)上面，回转工作台模块(2)具有三个工位，分别为两个砂轮主轴模块(1)和在位检测模块(7)，两个砂轮主轴模块(1)的主轴相互垂直，在位检测模块(7)设置在两个砂轮主轴模块(1)的外侧，回转工作台模块(2)能够实现旋转运动；

所述砂轮电火花在位整形模块(3)位于床身(10)之上，回转工作台模块(2)之后；砂轮电火花在位整形模块(3)包括成形车刀(11)和石墨轮修形器(12)，成形车刀(11)和石墨轮修形器(12)并列布设，石墨轮修形器(12)底部有十字导轨，用以实现砂轮电火花在位整形模块(3)X向、Y向运动；

所述金刚石滚轮在位整形模块(4)位于床身(10)之上，砂轮电火花在位整形模块(3)的一侧，金刚石滚轮在位整形模块(4)包括金刚石滚轮修形器(13)，金刚石滚轮修形器(13)与石墨轮修形器(12)并列布设，金刚石滚轮修形器(13)底部有十字导轨，实现金刚石滚轮在位整形模块(4)的X向、Y向运动；

所述ELID精密磨削模块(5)位于回转工作台模块(2)的两个砂轮主轴模块(1)工位上，ELID精密磨削模块(5)包括金属结合剂CBN成型砂轮(14)、在线电解修整电极(15)和间隙调节沉头螺钉(16)，在线电解修整电极(15)安装在砂轮主轴模块(1)的砂轮处，可通过间隙调节沉头螺钉(16)调节在线电解修整电极(15)和金属结合剂CBN成型砂轮(14)之间的电解间隙，金属结合剂CBN成型砂轮(14)设置在在线电解修整电极(15)内部；ELID精密磨削模块(5)配有在线电流检测系统，通过在线电流检测系统检测在线电解修整电极(15)与金属结合剂CBN成型砂轮(14)之间电流大小，自动控制变曲率可调在线电解修整电极(15)的曲率半径进而均匀的改变在线电解修整电极(15)与金属结合剂CBN成型砂轮(14)之间的间距，完成对在线电解修整电极(15)与金属结合剂CBN成型砂轮(14)之间距离的闭环控制，从而使ELID磨削最优化；

所述冷却及过滤模块(6)位于床身(10)一侧，包括煤油过滤循环箱(17)和ELID磨削液过滤循环箱(18)，用以实现对煤油和ELID磨削液的过滤及冷却；

所述在位检测模块(7)位于回转工作台模块(2)上的一个工位上，包括Z向进给滑台(19)和测量探针(20)，测量探针(20)安装在Z向进给滑台(19)上，Z向进给滑台(19)沿竖直方向固定在回转工作台模块(2)上，用以实现对已加工工件的在位检测；

所述自动上下料模块(8)位于床身(10)上的另一侧，自动上下料模块(8)包括Y向滑台(21)、Z向滑台(22)和旋转机械手(23)，旋转机械手(23)安装在Z向滑台(22)的底部，Z向滑台(22)安装在Y向滑台(21)上，通过自动上下料模块(8)实现工件的自动上料与下料；

所述控制系统模块(9)位于床身的左侧，包含ELID磨削控制系统、机床伺服控制系统，控制系统模块(9)与砂轮电火花在位整形模块(3)、金刚石滚轮在位整形模块(4)、ELID精密磨削模块(5)、冷却及过滤模块(6)、在位检测模块(7)、自动上下料模块(8)相互连接，进而实现ELID磨削状态的主动控制和机床的运动控制。

2.利用权利要求1所述装置进行的超精密成形磨削加工方法，其特征在于：首先由控制系统模块(9)控制旋转机械手(23)抓取工件，通过与Y向滑台(21)、Z向滑台(22)的配合将工件装夹在电磁无心夹具上，然后工件电机启动，冷却泵启动，工件在进给滑板的控制下，使工件与金属结合剂CBN成型砂轮(14)接触，开始半精磨工序，当完成半精磨工序后，回转工作台模块(2)逆时针旋转90°，使工件进入另一工位，开始精磨工序，当工件磨削余量磨除后，再由在线电解产生氧化膜包裹的金属结合剂CBN成型砂轮(14)对工件进行光磨工序，半精磨和精磨都采用的在线电解修锐即ELID金属结合剂CBN砂轮技术，该ELID精密磨削模块具备在线电流检测系统，通过检测在线电解修整电极(15)与金属结合剂CBN成型砂轮(14)之间电流大小，自动控制变曲率可调在线电解修整电极(15)的曲率半径进而均匀的改变电极与砂轮之间的间距，完成对电极与砂轮距离的闭环控制，从而使ELID磨削最优化；当磨削加工工序完成后，回转工作台模块(2)逆时针旋转90°，在Z向进给滑台(19)和工件进给滑板的配合下通过测量探针(20)对轴承轨道的尺寸精度和表面质量进行在位测量，经检测合格后通过自动上下料模块(8)将合格的工件放入存储架上；接下来旋转机械手(23)继续抓取工件装夹到电磁无心吸盘上，此时控制系统会判断是否达到预定的零件个数，如果达到预定零件个数，那么砂轮需要进行修形；首先是电火花精密整形工序，石墨轮修形器(12)在底部十字导轨的带动下与成形车刀(11)接触，被成形车刀(11)车削成砂轮轮廓的反形面，接下来石墨轮修形器(12)在底部十字导轨的带动下与金属结合剂CBN成型砂轮(14)相对，对砂轮进行电火花精密修形；电火花整形后会在砂轮表面形成一层碳化的变质层，降低砂轮的磨削能力，故需要对电火花整形后的砂轮进行金刚石滚轮超精密整形工序，金刚石滚轮修形器(13)在底部十字导轨带动下与砂轮接触，通过金刚石滚轮修形器(13)与金属结合剂CBN成型砂轮(14)对滚的方式进行金刚石滚轮超精密整形工序；砂轮经过整形之后便可以继续投入磨削之中。