垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■中船九江科技研發(fā)中心 （江西 332000） 余成毅 龔海華 曾鵬云

垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

■中船九江科技研發(fā)中心 （江西 332000） 余成毅 龔海華 曾鵬云

摘要：針對(duì)原有老式進(jìn)口精密內(nèi)圓磨床設(shè)備修整器功能性缺少的問題，通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加裝專用的修整器裝置，較好地解決了該設(shè)備對(duì)砂輪圓弧角精密修整的技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn)了精密修整不同尺寸的砂輪圓弧角，并將此應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)效率。該修整器裝置具有修整精度高、穩(wěn)定性好、操作應(yīng)用簡(jiǎn)單及安裝拆卸方便等特點(diǎn)。

一臺(tái)20世紀(jì)70年代從瑞士進(jìn)口的手動(dòng)式內(nèi)圓磨床，其修整器只具備修整砂輪外圓的單一功能，對(duì)于有圓弧角形狀尺寸精密加工的零件，則無法達(dá)到其加工的精度要求。由于其修整器功能的單一性而導(dǎo)致無法修整多用途成形砂輪，這極大降低了該機(jī)床設(shè)備實(shí)用性的范圍。為了使該設(shè)備可應(yīng)用于一些特型零件的精密加工生產(chǎn)，根據(jù)機(jī)床現(xiàn)有特定結(jié)構(gòu)條件，通過分析試驗(yàn)，成功設(shè)計(jì)出一種垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器裝置，如圖1所示。這很好地解決了該精密零件特定內(nèi)圓圓弧角精密加工的技術(shù)難題，大幅提高了加工效率。

1. 機(jī)床機(jī)構(gòu)條件分析

手動(dòng)式精密內(nèi)圓磨床6A，其砂輪主軸固定在機(jī)床液壓導(dǎo)軌平板上，通過開啟液壓操作按鈕手柄，使機(jī)床導(dǎo)軌在床體上作左右滑移，來實(shí)現(xiàn)砂輪對(duì)零件內(nèi)圓長(zhǎng)度方向上的磨削加工，同時(shí)也可以作端面加工。內(nèi)圓孔徑的尺寸大小是通過移動(dòng)絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)主軸來實(shí)現(xiàn)控制的，而零件外端面的加工也可通過端面砂輪架來實(shí)現(xiàn)。與工作臺(tái)一體并與導(dǎo)軌平行的平板上安裝有修整砂輪外圓的修整器，如圖2所示。由于端面砂輪架不開啟時(shí)是固定不動(dòng)的，而導(dǎo)軌砂輪是在床體上作左右位置移動(dòng)，因此端面砂輪架可作為圓弧角砂輪修整器的安裝基座，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)軌砂輪的圓弧角修整。

圖1

圖2

由于是敞開式手動(dòng)內(nèi)圓磨床，加之機(jī)床特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，市場(chǎng)上購買的相關(guān)修整器附件都無法固定安裝。因而根據(jù)該機(jī)床結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)出了符合該機(jī)床結(jié)構(gòu)安裝的一種垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器裝置。該裝置安裝拆卸方便且操作應(yīng)用簡(jiǎn)單（見圖3），并增加了機(jī)床修整器對(duì)成型砂輪的修整功能，擴(kuò)大了機(jī)床的加工應(yīng)用范圍。

圖3

2. 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理

垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器裝置的結(jié)構(gòu)原理如圖1、圖4、圖5及圖6所示。該裝置是通過T形導(dǎo)軌和小型T形導(dǎo)軌、精密密珠軸系配合進(jìn)給機(jī)構(gòu)及兩垂直相交的旋轉(zhuǎn)圓接觸面（即球形圓弧面）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)圓弧R角的精確修整。其中，進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在滑向?qū)к壿S上，滑向?qū)к壿S通過調(diào)節(jié)絲杠在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸上移動(dòng)并通過反頂緊手柄定位，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸與懸臂軸精密密珠軸系聯(lián)接在一起；懸臂軸通過鎖緊軸套安裝在移動(dòng)導(dǎo)軌上，并通過T形導(dǎo)軌安裝固定在機(jī)床端面砂輪架上；進(jìn)給機(jī)構(gòu)由金剛筆、進(jìn)給螺桿、壓力彈簧、聯(lián)接桿、止推鎖緊套及穩(wěn)定滑銷組成。

圖4

采用相互垂直交叉旋轉(zhuǎn)的圓接觸面（即為球形圓弧面）技術(shù)原理，通過在鎖緊軸套的上下位置調(diào)整鎖緊懸臂軸與左右移動(dòng)鎖緊的 T形導(dǎo)軌，用定位轉(zhuǎn)動(dòng)銷和鎖緊手柄將懸臂軸垂直固定在T形移動(dòng)導(dǎo)軌上。T形導(dǎo)軌安裝固定在機(jī)床端面砂輪架上，形成能在上下左右任一位置調(diào)整移動(dòng)和鎖緊固定的垂直于砂輪外圓的懸臂軸。安裝有金剛筆的進(jìn)給機(jī)構(gòu)固定在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸上，與懸臂軸精密密珠軸系配合連接在一起，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸并且在90°范圍內(nèi)限位繞懸臂軸旋轉(zhuǎn)，形成繞懸臂軸精密穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的砂輪圓弧角修整器裝置，實(shí)現(xiàn)砂輪圓弧角R角的精確修整。

圖5

圖6

通過鎖緊軸套實(shí)現(xiàn)懸臂軸在上下任一位置的調(diào)整鎖緊。T形導(dǎo)軌與移動(dòng)導(dǎo)軌可實(shí)現(xiàn)固定在機(jī)床端面砂輪架上和實(shí)現(xiàn)自身的左右任一位置移動(dòng)調(diào)整鎖緊。鎖緊軸套與T形導(dǎo)軌連接的移動(dòng)導(dǎo)軌，通過定位轉(zhuǎn)動(dòng)銷和鎖緊手柄連接在一起，實(shí)現(xiàn)了垂直于砂輪外圓的懸臂軸在上下左右任一位置的移動(dòng)調(diào)整和固定鎖緊。

采用旋轉(zhuǎn)軸為軸套孔與懸臂軸為軸頸用兩倍的鋼球直徑，作為過盈配合和端面過盈配合技術(shù)，使旋轉(zhuǎn)軸繞懸臂軸精密旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定精確的R角修整。

采用小型T形導(dǎo)軌技術(shù)及定位鎖緊技術(shù)，使進(jìn)給機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸上作上下滑移，并通過手柄反向頂緊，實(shí)現(xiàn)直徑＜100mm范圍的砂輪對(duì)線位置調(diào)整。

采用螺紋旋進(jìn)與壓力彈簧反向頂緊技術(shù)，通過進(jìn)給螺桿的旋進(jìn)與機(jī)構(gòu)內(nèi)壓力彈簧的反向推力和限位銷的作用，使安裝在進(jìn)給桿上的金剛筆在進(jìn)給和退回時(shí)更加穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)圓弧R角值的精確修整。

3. 工作原理實(shí)施過程

采用相互垂直交叉旋轉(zhuǎn)的圓其接觸面（即為球形圓弧面）技術(shù)的工作原理，如圖1、圖2、圖4、圖5及圖6所示。通過在鎖緊軸套內(nèi)，上下調(diào)整鎖緊懸臂軸與左右移動(dòng)鎖緊的 T形導(dǎo)軌，用定位轉(zhuǎn)動(dòng)銷和鎖緊手柄將懸臂軸垂直固定在T形移動(dòng)導(dǎo)軌上。T形導(dǎo)軌安裝固定在機(jī)床端面砂輪架上，形成能上下左右任一位置調(diào)整移動(dòng)和鎖緊固定的垂直于砂輪外圓的懸臂軸。安裝有金剛筆的進(jìn)給機(jī)構(gòu)固定在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸上，與懸臂軸精密密珠軸系配合連接在一起，通過參照頂尖對(duì)旋轉(zhuǎn)砂輪的

位置定位，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸，帶動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)和金剛筆圍繞徑向旋轉(zhuǎn)的砂輪在90°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在兩限位塊的限位作用下，實(shí)現(xiàn)以旋轉(zhuǎn)砂輪端面與外圓成交點(diǎn)為中心線的1/4圓弧相切，并通過調(diào)節(jié)絲杠和進(jìn)給螺桿，確保所需砂輪圓弧角R角的精確修整。

該修整器裝置安裝固定在機(jī)床端面砂輪架上，在懸臂軸尾端安裝的金剛筆位置參考頂尖校正，調(diào)整確定相對(duì)導(dǎo)軌砂輪的位置并鎖緊。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸安裝在懸臂軸上，包括滑向?qū)к壿S、反頂緊手柄、調(diào)節(jié)絲杠、絲杠螺母塊、下限位塊以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)絲杠包括絲杠頂板、絲杠擋板及擋板插銷。進(jìn)給機(jī)構(gòu)安裝在滑向?qū)к壿S上，包括進(jìn)給螺桿、聯(lián)接桿、壓力彈簧、止推鎖緊套、穩(wěn)定滑銷和金剛筆。懸臂軸與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸密珠軸系配合包括鋼球、鋼球保持架、懸臂軸端蓋、墊片、鎖緊螺母、加固螺母和封閉罩。

懸臂軸相對(duì)砂輪在徑向上的全方位位置調(diào)整，是通過導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、鎖緊軸套、鎖緊手柄以及小型T形旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌軸、滑向?qū)к壿S、調(diào)節(jié)絲杠和反頂緊手柄來完成的，從而保證了該裝置的靈活性和實(shí)用性。進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的壓力彈簧通過聯(lián)接桿聯(lián)接金剛筆，對(duì)進(jìn)給螺桿實(shí)施反向作用力，減少了修磨中出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)通過止推鎖緊套導(dǎo)向和止推鎖緊套上的穩(wěn)定滑銷，作用在聯(lián)接桿導(dǎo)向面上，防止了在金剛筆接觸高速旋轉(zhuǎn)的砂輪時(shí)出現(xiàn)的打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證了金剛筆的穩(wěn)定性，確保圓弧R角的精確修整。同時(shí)由于該裝置采用φ2.5mm的精密鋼球進(jìn)行孔與兩端面的過盈配合，使得該進(jìn)給機(jī)構(gòu)繞懸臂軸的旋轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定，增加圓弧R角修磨的穩(wěn)定性，提高修磨精度。

4. 實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用

根據(jù)某特型零件圖樣中的加工技術(shù)精度要求，特別是針對(duì)圖樣中零件的深孔內(nèi)端面與孔徑相接的R角精度要求，在加工中對(duì)零件圓弧角R角的加工控制做過多次試驗(yàn)加工，均未能達(dá)到其尺寸公差的一致性及表面粗糙度要求。當(dāng)內(nèi)孔直徑的尺寸精度加工達(dá)到后，再經(jīng)行圓弧角和端面加工。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，由于人工修整的砂輪圓弧角，其R角尺寸的大小一致性及砂輪圓弧角與砂輪端面、外圓相切連接的準(zhǔn)確性很難保證，最終導(dǎo)致零件內(nèi)孔端面與內(nèi)孔孔徑相連接的圓弧角公差無法控制，很難達(dá)到其精度指標(biāo)，也無法實(shí)現(xiàn)圓弧角公差尺寸的一致性。

通過設(shè)計(jì)安裝一種垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器專用裝置，成功解決了該關(guān)鍵零件其內(nèi)孔圓弧角加工精度問題，并大幅提高了零件加工精度，提升了加工效率。該裝置在實(shí)際應(yīng)用中操作簡(jiǎn)單，只需要以參照頂尖對(duì)砂輪定位，推動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)并開啟砂輪，就會(huì)快速地實(shí)現(xiàn)砂輪的圓弧角修整。同時(shí)修整的砂輪圓弧角精度好、修整光滑、R角尺寸穩(wěn)定，達(dá)到了該零件內(nèi)孔圓弧角公差尺寸的一致性與表面粗糙度要求。這充分說明該裝置在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用可有效提高產(chǎn)品零件的加工精度和生產(chǎn)效率。

5. 結(jié)語

通過設(shè)計(jì)的垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器裝置，并將其投入到實(shí)際加工生產(chǎn)中，成功地解決了實(shí)際生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。同時(shí)該裝置的成功應(yīng)用，也為國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)機(jī)械領(lǐng)域中的加工設(shè)備提供了一種修整器的設(shè)計(jì)方案和一種可直接應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的修整器產(chǎn)品，具有非常好的應(yīng)用價(jià)值及參考借鑒意義。

收稿日期：（20150520）