一种活动式线带磨削加工装置的制作方法

本发明涉及一种磨削加工装置。特别是涉及一种用于加工硬脆材料以及不耐热材料的活动式线带磨削加工装置。

背景技术：

随着工业发展的需要以及材料科学的不断突破和创新，各种高强度、高硬度、抗腐蚀和耐高温的新型材料应运而生。在这些材料中，把具有高强度、超硬度、脆性大等特点，通常含有一些多组元、活性能大的合金元素或非金属材料，以及同时含有金属和非金属的复合材料称之为超硬材料。如硬质合金、高温合金、钛合金、金刚石、陶瓷等，它们已在机械、电子、计算机、航天航空等领域显示出广阔的应用前景。但是，超硬材料的脆硬特性使得其加工性能差，极易产生微裂纹和烧伤，很大程度上制约了其推广应用。

目前对于超硬材料主要采用砂轮磨削和砂带磨削，砂轮磨削就是通过高速旋转砂轮的磨粒对材料表面进行挤压，使之产生塑性变形或脆性断裂从而产生磨削，形成新的表面。磨削加工特点是采用多刃微小加工，能长时间加工，并能获得高精度和精确的几何尺寸。砂带磨削以高速运动的砂带为磨具并辅之接触轮、张紧轮、驱动轮等组件对工件进行加工的一种磨削方法。与砂轮磨削相比，具有磨削效率高、加工质量好、工艺灵活性大及适应性强等特点，特别是砂带磨削已加工表面残余拉应力较小，属于弹性磨削，有利于解决磨削烧伤和工件变形等问题。

但是传统的砂轮并不是一种适于高效去除金属的工具，磨削一般总要消耗比切削高得多的能量，以去除单位体积碳刚计算，磨削比能常高达6-200j/mm³以上，而切削比能仅在8-10j/mm³以下。磨削时额外消耗的大量能量最终几乎都转化成了热量，正是磨削的这种极其显著的热效应严重危及到被磨零件的表面完整性制约了金属去除率。此外，由于砂带采用织物或纸为基带，强度较低，无法进行高速磨削、强力磨削。砂带是闭环运行，长度受到限制，需要频繁换带。同时加工时为避免砂带跑带，砂带磨削中的压磨轮通常做成纺锤状，对加工精度造成一定的影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种加工精度高，磨削加工区域大效率高的活动式线带磨削加工装置。

本发明所采用的技术方案是：一种活动式线带磨削加工装置，包括床身和金刚石线，所述床身的前端面上固定设置有梯形支架，所述的梯形支架上设置有用于放出和收拢金刚石线的收放线机构，以及用于支撑放出的金刚石线并将所述的金刚石线排成金刚石线排的导轮机构，所述梯形支架的下面设置有用于支撑和移动被磨削工件的支撑单元，以及固定在床身前侧面上的用于对磨削机构进行降温的冷却机构，所述的梯形支架和支撑单元之间还设置有位于金刚石线排上面用于下压金刚石线排对被磨削工件进行磨削的压磨机构，所述的支撑单元包括有设置在所述冷却机构的冷却液回收槽上的用于带动被磨削工件垂直移动的垂直移动机构，以及设置在所述垂直移动机构上的用于带动被磨削工件水平移动的水平移动机构，所述的床身前侧面上位于梯形支架的两侧还设置有对金刚石线进行拉紧的张紧机构。

所述的梯形支架包括有梯形侧架，分别一体形成在所述梯形侧架的四个端角上的结构相同用于分别支撑收放线机构和导轮机构的四个轴承环，以及一端分别连接所述梯形侧架的上边和两个侧边上，另一端连接所述床身前侧面的三个固定架。

所述的三个固定架结构相同，均为l形结构，其中，三个l形结构的长边分别垂直连接在所述梯形侧架的上边和两个侧边上，三个l形结构的短边分别通过螺栓固定在所述床身的前侧面上。

所述的收放线机构包括有缠绕有金刚石线并进行放线的放线轮和用于接收缠绕从导轮机构过来的金刚石线的收线轮，所述放线轮和收线轮的结构相同，均是将一端分别连接在所述梯形侧架上部两个端角上的两个轴承环内，另一端分别固定在所述床身前侧面上，所述床身后侧面上对应所述的放线轮和收线轮设置有两个收放电机，两个所述的收放电机的输出轴分别贯穿所述床身与连接在所述床身前侧面上的放线轮和收线轮相连接。

所述的导轮机构包括有用于接收从收放线机构所放出的金刚石线并导出为金刚石线排的左导轮，以及接收左导轮导出的金刚石线排并导回收放线机构的右导轮，所述左导轮和右导轮结构相同，均是将一端分别连接在所述梯形侧架下部两个端角上的两个轴承环内，另一端分别固定在所述床身前侧面上，所述床身后侧面上对应所述的左导轮和右导轮设置有两个导轮电机，两个所述的导轮电机的输出轴分别贯穿所述床身与连接在所述床身前侧面上的左导轮和右导轮相连接。

所述的左导轮和右导轮的外表面上分别形成有用于支撑金刚石线并将金刚石线排列成金刚石线排的u型凹槽，所述的金刚石线完全嵌入在所述u型凹槽内。

所述的压磨机构包括有固定在所述床身前侧面上的固定板，所述沿固定板长度方向平行设置的两条垂直导轨，能够沿所述垂直导轨上下移动的压磨滑块，以及通过轴承垂直连接在所述压磨滑块上的用于下压金刚石线排对被磨削工件进行磨削的压磨轮，所述压磨滑块还通过形成在中间且上下贯通的内螺纹孔连接有压磨丝杠，所述压磨丝杠的下端连接设置在所述固定板下部的压磨电机的输出轴，上端连接设置在所述固定板上部的压磨轴承。

所述的垂直移动机构包括有工作台和呈对角线状的分别设置所述冷却液回收槽前后两个侧边上的两个垂直电机，所述两个垂直电机的输出轴上分别各连接一个垂直丝杠，所述工作台上对应两个所述的垂直丝杠形成有内螺纹，并通过所述的内螺纹与两个所述的垂直丝杠螺纹连接，所述冷却液回收槽前后两个侧边上还呈对角线状的分别各设置有一个贯穿工作台的导柱，每一个所述的导柱与位于冷却液回收槽同一侧边上的垂直丝杠为并排且平行设置。

所述的水平移动机构包括有沿前后方向平行设置在垂直移动机构中的工作台上的两条导轨，安装在所述两条导轨上并能够沿所述两条导轨前后移动的用于安置被磨削工件的滑块，所述滑块通过形成在中部的前后贯通的内螺纹连接有水平丝杠，所水平丝杠的前端连接设置在所述工作台前侧边上的水平电机，所水平丝杠的后端通过轴承设置在所述工作台的后侧边上。

所述的冷却机构包括有后侧面固定在所述的床身前侧面上的冷却液回收槽和两个l型冷却液导路，两个所述l型冷却液导路垂直部分的底端构成进液口与所述冷却液回收槽的出液口相连接，所述冷却液回收槽的出液口处设置有出液泵，两个所述l型冷却液导路的水平部分分别位于所述压磨机构的两侧，且与压磨机构中的压磨轮为平行设置，所述l型冷却液导路水平部分的端头构成向由金刚石线构成的金刚石线带上喷洒冷却液的喷嘴。

本发明的一种活动式线带磨削加工装置，由于金刚石线排固有的特点，在金刚石线排与工件接触区同时投入磨削的金刚石粒多且锋利，故磨除率高于固结砂轮，产生的磨削热少。因金刚石粒之间分布空隙及金刚石粒在空间与空气接触时间长，易于磨削热扩散，故活动式金刚石线排磨削温度低，对工件表面的磨削烧伤降低。磨削过程中，金刚石线之间有微小缝隙且一直高速运动，运动中将切屑带出工件并抖落，有效防止切屑堵塞影响精度。每次加工小循环中都有新的金刚石线参与，从另一方面保证了加工精度。同时，金刚石线的强度远高于砂带，可以提供更大的法向磨削力和切向磨削力，加工效率高。采用活动式金刚石线排磨削热量低，不易堵塞，加工精度高，磨削加工区域大效率高，金刚石线成本低更换方便，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种活动式线带磨削加工装置的整体结构示意图；

图2是本发明一种活动式线带磨削加工装置的正面结构示意图；

图3是本发明中梯形支架的整体结构示意图；

图4是本发明中梯形支架的安装结构示意图；

图5是本发明中左导轮和右导轮的外侧结构示意图；

图6是本发明中压磨机构的结构示意图。

图中

1：床身2：放线轮

3：张紧机构4：左导轮

5：金刚石线6：l型冷却液导路

7：冷却液回收槽8：导柱

9：垂直电机10：垂直丝杠

11：导轨12：滑块

13：压磨轮14：喷嘴

15：收线轮16：梯形支架

161：梯形侧架162：轴承环

163：固定架17：金刚石线排

18：收放电机19：右导轮

20：导轮电机21：u型凹槽

22：固定板23：垂直导轨

24：压磨滑块25：压磨电机

26：压磨丝杠27：压磨轴承

28：工作台29：水平丝杠

30：水平电机

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种活动式线带磨削加工装置做出详细说明。

本发明的一种活动式线带磨削加工装置，是综合传统砂带磨削以及新近发展的金刚石线的一种新型加工方式。金刚石线基底是钢丝，表面均匀固结有一层人造金刚石磨粒。加工时，金刚石线在预紧力作用下首先从放线轮绕出进入左导轮，通过张紧力回到右导轮，在2个导轮间螺旋缠绕排布形成线带，最终回到收线轮。待金刚石线排运转稳定后，压磨轮靠近金刚石线排并施加一定的压力，使之与被磨削工件表面相接触，并产生相对摩擦，从而进行磨削。左导轮和右导轮驱动金刚石线排正向运动一定距离，就会减速、停止、反向运行一段距离。反向运行时金刚石线从放线轮绕出经过磨削部分回到收线轮。金刚石线排下方是用以固定工件实现进给的工作台。采用了活动式金刚石线排这一特殊的磨削加工刀具，加工表面热低，磨屑不易堵塞刀具。而且压磨轮采用柔性材料制造，与工件接触时会产生变形，增大加工面积。活动式压磨轮还可以调节接触压力，实现可调的高速重载超宽加工，适用于磨削平面、外圆、阶梯轴等，具有广阔的应用前景。

如图1、图2所示，本发明的一种活动式线带磨削加工装置，包括床身1和金刚石线5，所述床身1的前端面上固定设置有梯形支架16，所述的梯形支架16上设置有用于放出和收拢金刚石线5的收放线机构，以及用于支撑放出的金刚石线5并将所述的金刚石线5排成金刚石线排17的导轮机构，所述的金刚石线排17的宽度从20mm到100mm不等。所述梯形支架16的下面设置有用于支撑和移动被磨削工件的支撑单元，以及固定在床身1前侧面上的用于对磨削机构进行降温的冷却机构，所述的梯形支架16和支撑单元之间还设置有位于金刚石线排17上面用于下压金刚石线排17对被磨削工件进行磨削的压磨机构，所述的支撑单元包括有设置在所述冷却机构的冷却液回收槽7上的用于带动被磨削工件垂直移动的垂直移动机构，以及设置在所述垂直移动机构上的用于带动被磨削工件水平移动的水平移动机构，所述的床身1前侧面上位于梯形支架16的两侧还设置有对金刚石线5进行拉紧的张紧机构3。

如图3、图4所示，所述的梯形支架16包括有梯形侧架161，分别一体形成在所述梯形侧架161的四个端角上的结构相同用于分别支撑收放线机构和导轮机构的四个轴承环162，以及一端分别连接所述梯形侧架161的上边和两个侧边上，另一端连接所述床身1前侧面的三个固定架163。

所述的三个固定架163结构相同，均为l形结构，其中，三个l形结构的长边分别垂直连接在所述梯形侧架161的上边和两个侧边上，三个l形结构的短边分别通过螺丝固定在所述床身1的前侧面上。

如图1、图2所示，所述的收放线机构包括有缠绕有金刚石线5并进行放线的放线轮2和用于接收缠绕从导轮机构过来的金刚石线5的收线轮15，所述放线轮2和收线轮15的结构相同，均是将一端分别连接在所述梯形侧架161上部两个端角上的两个轴承环162内，另一端分别固定在所述床身1前侧面上，所述床身1后侧面上对应所述的放线轮2和收线轮15设置有两个收放电机18，两个所述的收放电机18的输出轴分别贯穿所述床身1与连接在所述床身1前侧面上的放线轮2和收线轮15相连接。

如图1、图2所示，所述的导轮机构包括有用于接收从收放线机构所放出的金刚石线5并导出为金刚石线排17的左导轮4，以及接收左导轮4导出的金刚石线排17并导回收放线机构的右导轮19，所述左导轮4和右导轮19结构相同，均是将一端分别连接在所述梯形侧架161下部两个端角上的两个轴承环162内，另一端分别固定在所述床身1前侧面上，所述床身1后侧面上对应所述的左导轮4和右导轮19设置有两个导轮电机20，两个所述的导轮电机20的输出轴分别贯穿所述床身1与连接在所述床身1前侧面上的左导轮4和右导轮19相连接。

所述的左导轮4和右导轮19的外表面上分别形成有用于支撑金刚石线5并将金刚石线5排列成金刚石线排17的u型凹槽21，所述的金刚石线5完全嵌入在所述u型凹槽21内。金刚石线5在绕过左导轮4和右导轮19上所有u型凹槽21后回到收线轮15。

如图6所示，所述的压磨机构包括有固定在所述床身1前侧面上的固定板22，所述沿固定板22长度方向平行设置的两条垂直导轨23，能够沿所述垂直导轨23上下移动的压磨滑块24，以及通过轴承垂直连接在所述压磨滑块24上的用于下压金刚石线排17对被磨削工件进行磨削的压磨轮13，所述压磨滑块24还通过形成在中间且上下贯通的内螺纹孔连接有压磨丝杠26，所述压磨丝杠26的下端连接设置在所述固定板22下部的压磨电机25的输出轴，上端连接设置在所述固定板22上部的压磨轴承27。系统刚启动时，压磨轮13并不与金刚石线排17接触。待金刚石线排17运动平稳后压磨轮13靠近金刚石线排17并将其压向被磨削工件，使之与被磨削工件表面接触并摩擦，从而能达到磨削加工的效果。压磨轮13为从动轮，挤压金刚石线排17时会在力的作用下跟随金刚石线排17转动。压磨轮13表面采用柔性材料制造，在法向磨削力作用下会变形。因此加工时金刚石线排17与被磨削工件是面接触磨削。

上述的收线轮15、放线轮2、左导轮4和右导轮19只有1个自由度，即绕自身轴线的方向旋转。

如图1、图2、图4所示，所述的垂直移动机构包括有工作台28和呈对角线状的分别设置所述冷却液回收槽7前后两个侧边上的两个垂直电机9，所述两个垂直电机9的输出轴上分别各连接一个垂直丝杠10，所述工作台6上对应两个所述的垂直丝杠10形成有内螺纹，并通过所述的内螺纹与两个所述的垂直丝杠10螺纹连接，所述冷却液回收槽7前后两个侧边上还呈对角线状的分别各设置有一个贯穿工作台28的导柱8，每一个所述的导柱8与位于冷却液回收槽7同一侧边上的垂直丝杠10为并排且平行设置。

如图1、图2、图4所示，所述的水平移动机构包括有沿前后方向平行设置在垂直移动机构中的工作台28上的两条导轨11，安装在所述两条导轨11上并能够沿所述两条导轨11前后移动的用于安置被磨削工件的滑块12，所述滑块12通过形成在中部的前后贯通的内螺纹连接有水平丝杠29，所水平丝杠29的前端连接设置在所述工作台28前侧边上的水平电机30，所水平丝杠29的后端通过轴承设置在所述工作台28的后侧边上。

如图1、图2所示，所述的冷却机构包括有后侧面固定在所述的床身1前侧面上的冷却液回收槽7和两个l型冷却液导路6，两个所述l型冷却液导路6垂直部分的底端构成进液口与所述冷却液回收槽7的出液口相连接，所述冷却液回收槽7的出液口处设置有出液泵，两个所述l型冷却液导路6的水平部分分别位于所述压磨机构的两侧，且与压磨机构中的压磨轮13为平行设置，所述l型冷却液导路6水平部分的端头构成向由金刚石线5构成的金刚石线带17上喷洒冷却液的喷嘴14。通过将冷却液喷洒至金刚石线排17上与金刚石线发生热交换，降低金刚石线及被磨削工件表面温度。喷嘴的长度应和压磨轮长度一致，靠近金刚石线排17的一侧开有一系列小孔，使冷却液流出。

由于金刚石线是消耗品，经过一定次数的磨削之后会失效。磨削加工时，金刚石线每正向旋转距离l1就会减速，停车，反向旋转距离l2，且两者关系需满足l1>l2，两者之差即为一次加工小循环金刚石线前进的距离。l1和l2的具体数值根据实际加工工况确定，原则是在金刚石线被充分使用失效后再退出加工。金刚石线成本较低，在失效后不需要进行修整，直接更换新线即可。在放线轮上的金刚石线即将用尽时，应停止加工，使压磨轮离开线带，更换新的金刚石线。