垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器的設計與應用

■中船九江科技研發中心 （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計與應用

■中船九江科技研發中心 （江西 332000） 余成毅 龔海華 曾鵬云

摘要：針對原有老式進口精密內圓磨床設備修整器功能性缺少的問題，通過特殊結構設計加裝專用的修整器裝置，較好地解決了該設備對砂輪圓弧角精密修整的技術難題，并實現了精密修整不同尺寸的砂輪圓弧角，并將此應用于實際生產，極大地提高了生產效率。該修整器裝置具有修整精度高、穩定性好、操作應用簡單及安裝拆卸方便等特點。

一臺20世紀70年代從瑞士進口的手動式內圓磨床，其修整器只具備修整砂輪外圓的單一功能，對于有圓弧角形狀尺寸精密加工的零件，則無法達到其加工的精度要求。由于其修整器功能的單一性而導致無法修整多用途成形砂輪，這極大降低了該機床設備實用性的范圍。為了使該設備可應用于一些特型零件的精密加工生產，根據機床現有特定結構條件，通過分析試驗，成功設計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圓圓弧角精密加工的技術難題，大幅提高了加工效率。

1. 機床機構條件分析

手動式精密內圓磨床6A，其砂輪主軸固定在機床液壓導軌平板上，通過開啟液壓操作按鈕手柄，使機床導軌在床體上作左右滑移，來實現砂輪對零件內圓長度方向上的磨削加工，同時也可以作端面加工。內圓孔徑的尺寸大小是通過移動絲杠帶動工作臺主軸來實現控制的，而零件外端面的加工也可通過端面砂輪架來實現。與工作臺一體并與導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是固定不動的，而導軌砂輪是在床體上作左右位置移動，因此端面砂輪架可作為圓弧角砂輪修整器的安裝基座，實現對導軌砂輪的圓弧角修整。

圖1

圖2

由于是敞開式手動內圓磨床，加之機床特殊的結構特點，市場上購買的相關修整器附件都無法固定安裝。因而根據該機床結構特性，設計出了符合該機床結構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用簡單（見圖3），并增加了機床修整器對成型砂輪的修整功能，擴大了機床的加工應用范圍。

圖3

2. 設計結構原理

垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器裝置的結構原理如圖1、圖4、圖5及圖6所示。該裝置是通過T形導軌和小型T形導軌、精密密珠軸系配合進給機構及兩垂直相交的旋轉圓接觸面（即球形圓弧面）技術，實現圓弧R角的精確修整。其中，進給機構安裝在滑向導軌軸上，滑向導軌軸通過調節絲杠在旋轉導軌軸上移動并通過反頂緊手柄定位，旋轉導軌軸與懸臂軸精密密珠軸系聯接在一起；懸臂軸通過鎖緊軸套安裝在移動導軌上，并通過T形導軌安裝固定在機床端面砂輪架上；進給機構由金剛筆、進給螺桿、壓力彈簧、聯接桿、止推鎖緊套及穩定滑銷組成。

圖4

采用相互垂直交叉旋轉的圓接觸面（即為球形圓弧面）技術原理，通過在鎖緊軸套的上下位置調整鎖緊懸臂軸與左右移動鎖緊的 T形導軌，用定位轉動銷和鎖緊手柄將懸臂軸垂直固定在T形移動導軌上。T形導軌安裝固定在機床端面砂輪架上，形成能在上下左右任一位置調整移動和鎖緊固定的垂直于砂輪外圓的懸臂軸。安裝有金剛筆的進給機構固定在旋轉導軌軸上，與懸臂軸精密密珠軸系配合連接在一起，推動旋轉導軌軸并且在90°范圍內限位繞懸臂軸旋轉，形成繞懸臂軸精密穩定旋轉的砂輪圓弧角修整器裝置，實現砂輪圓弧角R角的精確修整。

圖5

圖6

通過鎖緊軸套實現懸臂軸在上下任一位置的調整鎖緊。T形導軌與移動導軌可實現固定在機床端面砂輪架上和實現自身的左右任一位置移動調整鎖緊。鎖緊軸套與T形導軌連接的移動導軌，通過定位轉動銷和鎖緊手柄連接在一起，實現了垂直于砂輪外圓的懸臂軸在上下左右任一位置的移動調整和固定鎖緊。

采用旋轉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，使旋轉軸繞懸臂軸精密旋轉，實現穩定精確的R角修整。

采用小型T形導軌技術及定位鎖緊技術，使進給機構在旋轉導軌軸上作上下滑移，并通過手柄反向頂緊，實現直徑＜100mm范圍的砂輪對線位置調整。

采用螺紋旋進與壓力彈簧反向頂緊技術，通過進給螺桿的旋進與機構內壓力彈簧的反向推力和限位銷的作用，使安裝在進給桿上的金剛筆在進給和退回時更加穩定，實現圓弧R角值的精確修整。

3. 工作原理實施過程

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

位置定位，推動旋轉導軌軸，帶動進給機構和金剛筆圍繞徑向旋轉的砂輪在90°范圍內旋轉，并在兩限位塊的限位作用下，實現以旋轉砂輪端面與外圓成交點為中心線的1/4圓弧相切，并通過調節絲杠和進給螺桿，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，調整確定相對導軌砂輪的位置并鎖緊。旋轉導軌軸安裝在懸臂軸上，包括滑向導軌軸、反頂緊手柄、調節絲杠、絲杠螺母塊、下限位塊以及進給機構。調節絲杠包括絲杠頂板、絲杠擋板及擋板插銷。進給機構安裝在滑向導軌軸上，包括進給螺桿、聯接桿、壓力彈簧、止推鎖緊套、穩定滑銷和金剛筆。懸臂軸與旋轉導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。

懸臂軸相對砂輪在徑向上的全方位位置調整，是通過導軌機構、鎖緊軸套、鎖緊手柄以及小型T形旋轉導軌軸、滑向導軌軸、調節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用性。進給機構中的壓力彈簧通過聯接桿聯接金剛筆，對進給螺桿實施反向作用力，減少了修磨中出現的振動現象，同時通過止推鎖緊套導向和止推鎖緊套上的穩定滑銷，作用在聯接桿導向面上，防止了在金剛筆接觸高速旋轉的砂輪時出現的打轉現象，保證了金剛筆的穩定性，確保圓弧R角的精確修整。同時由于該裝置采用φ2.5mm的精密鋼球進行孔與兩端面的過盈配合，使得該進給機構繞懸臂軸的旋轉更加穩定，增加圓弧R角修磨的穩定性，提高修磨精度。

4. 實際生產應用

根據某特型零件圖樣中的加工技術精度要求，特別是針對圖樣中零件的深孔內端面與孔徑相接的R角精度要求，在加工中對零件圓弧角R角的加工控制做過多次試驗加工，均未能達到其尺寸公差的一致性及表面粗糙度要求。當內孔直徑的尺寸精度加工達到后，再經行圓弧角和端面加工。通過檢測發現，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、外圓相切連接的準確性很難保證，最終導致零件內孔端面與內孔孔徑相連接的圓弧角公差無法控制，很難達到其精度指標，也無法實現圓弧角公差尺寸的一致性。

通過設計安裝一種垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器專用裝置，成功解決了該關鍵零件其內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。該裝置在實際應用中操作簡單，只需要以參照頂尖對砂輪定位，推動進給機構并開啟砂輪，就會快速地實現砂輪的圓弧角修整。同時修整的砂輪圓弧角精度好、修整光滑、R角尺寸穩定，達到了該零件內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際生產中的應用可有效提高產品零件的加工精度和生產效率。

5. 結語

通過設計的垂直掛臂式孔磨砂輪圓弧角修整器裝置，并將其投入到實際加工生產中，成功地解決了實際生產中遇到的技術難題，為企業創造了效益。同時該裝置的成功應用，也為國內相關企業機械領域中的加工設備提供了一種修整器的設計方案和一種可直接應用于實際生產的修整器產品，具有非常好的應用價值及參考借鑒意義。

收稿日期：（20150520）