專利名稱：砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械制造技術領域，特別涉及一種砂帶無心磨削與研拋的粗/ 精加工一體化加工裝置。
背景技術：
目前對外圓表面的磨削加工研究多數集中于單項磨削(包括固結磨具磨削 和涂覆磨具磨削)或單純研磨拋光(簡稱研拋)的研發與應用。
在固結磨具磨削方面包括砂輪外圓磨削、砂輪無心磨削、金剛石砂輪精 密鏡面磨削、油石振動超精研磨，如北京第一機床廠開發了超精加工油石拋光 專機，僅涉及研拋部分，未涉前期的磨削部分。
在涂覆磨具磨削方面包括砂帶外圓磨削、砂帶無心外圓磨削，如重慶大 學開發了適于粗磨、半精磨的砂帶無心磨床，由于砂帶粒度受限，不能涉及精 細研拋；清華大學開展了硬磁盤的開式砂帶振動精密研拋技術，但同樣未涉及 粗磨、精磨等磨削部分；廣東潮汕地區諸多企業對于外圓表面多數采用仿制美 國專利的微粉級金剛石帶振動拋光，但效率不高，成本太昂貴，僅用于精磨工 序。某些造紙廠采用德國進口精細砂帶(800# 1000#)外圓磨削、研拋造 紙滾筒，同樣存在砂帶斷裂問題。
對于外圓的單純研磨拋光方法有
1、 在車床上，采用鑄鐵研磨套內涂研磨膏的手動進給操作方式，通用性 差、效率低、表面加工質量不穩定。
2、 采用高速運行的羊毛輪夾帶研磨膏對外圓表面進行手持工具研拋，由
于羊毛輪彈性好，能根據與工件接觸的狀況而產生彈性變形，接觸面積大，研
拋效率較高，研磨膏最細可達W0.5，能達到鏡面效果。
3、 采用聚氨酯發泡磨料混成的彈性砂輪對外圓面拋光，此方式接觸面積 受限、磨料粒度不夠精細(市面限于600#)。
現有細長圓桿件外圓磨削所用的外圓(砂帶或砂輪)磨床磨削存在中心孔 夾持工件剛性差，圓柱度難于保證，砂輪無心磨床因其剛性接觸，易于使工件振動不太適于長徑比過大的工件。現有的磨削、研拋技術都采用多工序的工序 分散方式，未能將前期的磨削和后續的研拋達到有機的結合，而形成一體化綜 合工藝。
發明內容
為了解決細長圓桿件外圓粗磨、精磨、拋光等剛性差、多工序加工、設備 多、轉運多、操作復雜、安裝不便等現存工藝問題，本發明的目的在于提供一 種對外圓表面進行磨削加工的砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝 置。該裝置提高總體效率、降低加工成本、擴大加工范圍；集粗、半精、精加 工(單磨頭更換砂帶或不同粒度號多磨頭實現)、研磨拋光(可調羊毛輪夾帶 研磨膏)于一體。
本發明的目的通過下述技術方案來實現 一種砂帶無心磨削與研拋的粗/ 精加工一體化加工裝置，包括工件托輪、導輪、研磨頭、過渡齒輪、固定齒輪、 雙軸電動機和砂帶無心磨頭，所述加工裝置工件軸向進給方向的一端設置一導 輪和一砂帶無心磨頭，另一端設置兩個導輪，所述導輪和砂帶無心磨頭均垂直 于工件軸向進給方向，所述工件托輪支承工件，所述砂帶無心磨頭由磨頭驅動 輪、砂帶和磨頭接觸輪組成，磨頭驅動輪通過砂帶與磨頭接觸輪連接；所述雙 軸電動機一端與磨頭驅動輪固定連接，另一端與固定齒輪連接；固定齒輪與過 渡齒輪齒合，過渡齒輪與研磨頭齒合連接，固定齒輪將回轉運動通過過渡齒輪 (也可以是多級過渡齒，視結構尺寸而定)傳遞給研磨頭，實現對工件的研拋 主運動。
所述研磨頭包括復位彈簧、帶齒軸套、固定軸承座、球軸承、弧楔型壓塊、 離心球、端蓋、羊毛輪和內含磨料的研磨膏，所述帶齒軸套通過球軸承與固定 軸承座連接，帶齒軸套與過渡齒輪齒合，帶齒軸套在過渡齒輪帶動下高速回轉。 所述羊毛輪一端與帶齒軸套內端面定位連接，另一端與端蓋相連接，端蓋與帶 齒軸套通過螺釘固定連接;羊毛輪外表面通過弧楔形壓塊與帶齒軸套內錐面相 連。所述弧楔形壓塊一端通過復位彈簧與帶齒軸套相連接，另一端通過離心球 與端蓋相連接，弧楔形壓塊與端蓋之間形成溝槽。當速度較低和靜止時，復位 彈簧使弧楔形壓塊始終移向端蓋，離心球沿溝槽向中心軸方向移動，放松羊毛 輪外表面。當帶齒軸套運動時，端蓋、羊毛輪和離心球都回轉，離心力迫使離 心球沿溝槽外移，推動弧楔形壓塊遠離端蓋并壓縮復位彈簧，由于錐面配合性 質，弧楔形壓塊對羊毛輪均勻施加正壓力，使內含磨料的研磨膏與工件表面產 生研拋作用，這個施力過程是自動完成。
所述羊毛輪為彈性開口套結構，便于收緊，其內圓表面開槽，槽內可以夾 帶研磨膏。所述內含磨料的研磨膏通過自身的粘性將磨料游離固定在羊毛輪內 表面及其開槽內。內含磨料的研磨膏從帶齒軸套的一端加入并在工件軸向進給 帶動進入羊毛輪和工件的外表面之間。
所述導輪的安裝軸線與磨頭接觸輪軸向呈現夾角(e)，根據所需的工件(7)
的進給速度(Vf)和回轉速度(Vw)，所述夾角在3 15。范圍，其中Vw二 Vgcos0， Vf=Vgsine。
所述導輪形狀為單葉回轉雙曲面。導輪回轉方向與磨頭接觸輪回轉方向反 向。所述砂帶線速度￥8>>導輪回轉線速度Vg，故相對磨削速度較高。
本發明砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝置能實現磨削、研 拋一體化和自動化。本發明裝置的加工材料包括橡膠、尼龍、石棉等非金屬， 以及銅、鋁、鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等難加工金屬；彈性大、柔性加工， 可加工形狀復雜的工件；直徑范圍從3 300mm;特別適合剛性差的外圓工件。 可廣泛應用于機械、汽車、航空航天、造船、模具制造、冶煉、輕工、化工、 紡織、電子、家具等行業。
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果
1、 本發明磨削效率高；容屑空間大，加工范圍包括橡膠等非金屬以及各 種金屬材料(含有色金屬)；彈性大、柔性加工，可加工形狀復雜的工件；工 件自身不用夾持，不燒傷工件，實現干磨；粗、半精、精磨，拋光于一體，易 于形成單機流水生產；操作簡單，安全性高。
2、 本發明砂帶無心磨削不僅克服了中心孔夾持工件剛性差，圓柱度難于 保證，砂輪無心磨床因其剛性接觸，易于使工件振動不太適于長徑比過大的工 件這些缺點，而且實施極為靈活，粗、半精、精磨工序既可單磨頭快速更換不 同粒度砂帶實現，也可用不同粒度號的多磨頭完成。
3、 本發明的研拋采用柔彈性和適應性極好的的羊毛輪內表面涂抹研磨膏 后與工件外圓表面作圓周360。良好的全覆蓋彈性接觸，軸向接觸線也可以按 照需要設計，因而接觸面積大。同時接觸可以參與磨拋的磨粒數量多，可提高 加工效率；研磨膏磨料的隨機分布使得工件表面形成的細密網紋數量多、軌跡 復雜，利于粗糙度Ra值的降低。研磨膏的粒度選擇范圍廣泛，能低至W0.5，
能獲得鏡面和準鏡面的研拋效果。與模具業的外露式羊毛輪、研磨膏拋光方式 相比，相對內閉的研磨膏幾乎不會外漏，充分利用研磨膏，節約拋光成本。
4、本發明將高效的磨削與精密的彈性研拋綜合，形成一體化加工。精度 達到IT6 8級，粗糙度Ral.6 0.02，總體效率提高8倍，占地面積節省70 %,人員減少為傳統多工序的1/4。工件不用裝夾，降低勞動強度80%。
圖1為本發明砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝置示意圖。
圖2為羊毛輪與研磨膏研拋裝置結構放大圖。
圖3為羊毛輪與研磨膏研拋裝置結構放大右視圖。
其中l一工件托輪、2—導輪、3—研磨頭、4一過渡齒輪、5 —固定齒輪、 6—電動機、7—工件、8—磨頭驅動輪、9一砂帶、IO—接觸輪、ll一復位彈簧、 12—帶齒軸套、13 —固定軸承座、14一球軸承、15 —弧楔型壓塊、16—離心球、 17—端蓋、18—羊毛輪、19一內含磨料的研磨膏。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方 式不限于此。
實施例l
如圖l所示， 一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝置，包 括工件托輪l、導輪2，研磨頭3、過渡齒輪4、固定齒輪5、雙軸電動機6、 砂帶無心磨頭，所述加工裝置工件軸向進給方向的一端設置一導輪2和一砂帶 無心磨頭，另一端設置兩個導輪2，所述導輪2和砂帶無心磨頭均垂直于工件 軸向進給方向，工件托輪1支承工件7，所述砂帶無心磨頭由磨頭驅動輪8、 砂帶9和磨頭接觸輪10組成，磨頭驅動輪8通過砂帶9與磨頭接觸輪10連接。 所述雙軸電動機6 —端與磨頭驅動輪8固定連接，另一端與固定齒輪5連接； 固定齒輪5與過渡齒輪4齒合，過渡齒輪4與研磨頭3齒合連接，固定齒輪將 回轉運動通過過渡齒輪(也可以是多級過渡齒，視結構尺寸而定)傳遞給特種 研磨頭，實現對工件的研拋主運動。
導輪2驅動工件7回轉和軸向移動，磨頭驅動輪8通過砂帶9將動力和運 動傳遞給磨頭接觸輪，形成磨削加工的主運動(Vs)，磨頭接觸輪10通過支
架直接固定于機床床身。所述導輪2的安裝軸線與磨頭接觸輪10軸向呈現夾
角(e)，根據所需的工件7的進給速度(vf)和回轉速度(vw)，所述夾角在
3 15°范圍，其中Vw二Vgcos9， Vf=Vgsine。所述導輪2形狀為單葉回轉 雙曲面。導輪2由獨立電機傳動，其回轉方向與磨頭接觸輪10回轉方向反向。 砂帶線速度Vs〉〉導輪回轉線速度Vg，故相對磨削速度較高。
所述工件7通過工件托輪1支承傳送進入導輪2與磨頭接觸輪10之間， 導輪2—方面驅動工件7回轉，另一方面驅動工件軸向進給(Vf)，工件7與 磨頭接觸輪10相切處線速度方向相反，實現逆磨。工件7在未完全脫離磨頭 接觸輪10時，其前端進入兩個導輪2之間，即使工件7完全脫離磨頭接觸輪 IO磨削，也會進一步軸向回轉和軸向進給，為后續研拋提供進給運動。
如圖2、圖3所示，所述研磨頭3包括復位彈簧11、帶齒軸套12、固定 軸承座13、球軸承14、弧楔型壓塊15、離心球16、端蓋17、羊毛輪18，和 內含磨料的研磨膏19，所述帶齒軸套12通過球軸承14與固定軸承座13連接， 帶齒軸套12與過渡齒輪4齒合，帶齒軸套12在過渡齒輪4帶動下高速回轉。 所述羊毛輪18 —端與帶齒軸套12內端面定位連接，另一端與端蓋17相連接， 端蓋17與帶齒軸套12通過螺釘固定連接；羊毛輪18外表面通過弧楔形壓塊 15與帶齒軸套12內錐面相聯。所述弧楔形壓塊15 —端通過復位彈簧11與帶 齒軸套12相連接，另一端通過離心球16與端蓋17相連接，弧楔形壓塊15 與端蓋17之間形成溝槽。速度較低和靜止時，復位彈簧11使弧楔形壓塊15 始終移向端蓋17，離心球16沿溝槽向中心軸方向移動，放松羊毛輪18外表 面。當帶齒軸套12運動時，端蓋17、羊毛輪18和離心球16都回轉，離心力 迫使離心球16沿溝槽外移，推動弧楔形壓塊15遠離端蓋17移動并壓縮復位 彈簧ll，由于錐面配合性質，弧楔形壓塊15對羊毛輪18均勻施加正壓力， 使內含磨料的研磨膏19與工件7表面產生研拋作用，這個施力過程是自動完 成。
所述羊毛輪為彈性開口套結構，便于收緊，內圓表面開槽，槽內夾帶內含 磨料的研磨膏。所述研磨膏靠自身的粘性將磨料游離固定在羊毛輪內表面及其 開槽內。內含磨料的研磨膏從帶齒軸套的一端加入并在工件軸向進給帶動進入 羊毛輪和工件的外表面之間，使磨料游離固定在羊毛輪內表面及其開槽內。
具體的加工操作過程如下
將細長圓桿件外圓棒料或管料工件置于工件托輪上，并讓其一端進入砂帶無心磨頭與導輪之間，導輪的回轉將驅動工件回轉(Vw)并沿其自身軸向移 動(Vf)，高速運轉的砂帶對工件實施磨削加工，磨削完畢的部段將繼續回轉 并移動直到進入羊毛輪內表面與研磨膏接觸，使研磨頭高速回轉，羊毛輪在離 心球離心力作業下內縮施加研磨壓力，讓細微磨料與工件加工表面接觸，從而 實現研磨功能，使得磨削后的表面粗糙度進一步降低。可見，工件的一端在砂 帶無心磨頭與導輪之間被磨削(即粗加工)的同時，其另一端在兩導輪之間被 研磨(即精加工)，實現磨研(粗/精加工) 一體化的復合加工。由于羊毛輪的 彈性和減振作用， 一旦工件一端進入研磨頭內，整個工件運行和進給會更加平 穩，利于提高前端的磨削質量。在工件的一端離開砂帶無心磨頭與導輪之前， 其另一端必需先行進入兩個導輪之間，從而保證工件在一端離開后具有繼續回 轉和軸向進給達到整個外表面研磨完畢、徹底。
研磨膏的磨料粒度的選取應與砂帶無心磨頭相匹配，對于特別粗的工件， 無心磨削部分可以考慮多個平行布置的砂帶無心磨頭對應配設不同粒度的砂 帶，來實現粗磨、半精磨、精磨后再研磨。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實 施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、 替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝置，包括工件托輪、導輪，研磨頭、過渡齒輪、固定齒輪、雙軸電動機和砂帶無心磨頭，其特征在于所述工件托輪支承工件，所述加工裝置工件軸向進給方向的一端設置一導輪和一砂帶無心磨頭，另一端設置兩個導輪，所述導輪和砂帶無心磨頭均垂直于工件軸向進給方向，所述砂帶無心磨頭由磨頭驅動輪、砂帶和磨頭接觸輪組成，磨頭驅動輪通過砂帶與磨頭接觸輪連接；所述雙軸電動機一端與磨頭驅動輪固定連接，另一端與固定齒輪連接；固定齒輪與過渡齒輪齒合，過渡齒輪與研磨頭齒合連接；所述研磨頭包括復位彈簧、帶齒軸套、固定軸承座、球軸承、弧楔型壓塊、離心球、端蓋、羊毛輪和內含磨料的研磨膏，所述帶齒軸套通過球軸承與固定軸承座連接，帶齒軸套與過渡齒輪齒合，所述羊毛輪一端與帶齒軸套內端面定位連接，另一端與端蓋相連接，端蓋與帶齒軸套通過螺釘固定連接；羊毛輪外表面通過弧楔形壓塊與帶齒軸套內錐面相聯；所述弧楔形壓塊一端通過復位彈簧與帶齒軸套相連接，另一端通過離心球與端蓋相連接，弧楔形壓塊與端蓋之間形成溝槽。
2、 根據權利要求1所述的一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工 裝置，其特征在于所述羊毛輪為彈性開口套結構，其內圓表面開槽。
3、 根據權利要求1所述的一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工 裝置，其特征在于所述內含磨料的研磨膏是通過自身的粘性將磨料游離固定 在羊毛輪的內表面及其開槽內的。
4、 根據權利要求1所述的一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工 裝置，其特征在于所述導輪的安裝軸線與磨頭接觸輪軸向呈現夾角，所述夾 角在3 15。范圍。
5、 根據權利要求1所述的一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工 裝置，其特征在于所述導輪形狀為單葉回轉雙曲面。
6、 根據權利要求1所述的一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工 裝置，其特征在于所述導輪回轉方向與磨頭接觸輪回轉方向反向。
全文摘要
本發明公開了一種砂帶無心磨削與研拋的粗/精加工一體化加工裝置，該裝置包括工件托輪、導輪，研磨頭、過渡齒輪、固定齒輪、雙軸電動機、砂帶無心磨頭，工件托輪支承工件，砂帶無心磨頭由磨頭驅動輪、砂帶和磨頭接觸輪組成，磨頭驅動輪通過砂帶與磨頭接觸輪連接。雙軸電動機一端與磨頭驅動輪固定連接，另一端與固定齒輪連接；固定齒輪與過渡齒輪齒合，過渡齒輪與研磨頭齒合連接。該裝置解決有細長圓桿件外圓粗磨、精磨、拋光等剛性差、多工序加工、設備多、轉運多、操作復雜、安裝不便等現存工藝問題，該裝置提高總體效率、降低加工成本、擴大加工范圍；集粗、半精、精加工、研磨拋光于一體。
文檔編號B24B21/00GK101195205SQ20071003291
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年12月27日
發明者伍康發, 余尚行, 余潔森, 科 吳, 朱派龍 申請人:廣東輕工職業技術學院