专利名称：一种用于大型容器的多功能磨削装置及磨削方法
技术领域：
本发明涉及大型容器的磨削，尤其涉及通过安装砂带或砂轮以磨削大型容 器焊缝、坡口和堆焊层的装置及方法。
技术背景大型工业容器如核工业用的核电压力容器、石化工业用的石化压力容器等 均为钢板巻制成形后焊接而成，由于其使用要求的特殊性，需要对此类大型压 力容器的筒体、封头的内外表面以及纵环焊缝和坡口进行打磨、开设和抛光。 焊缝是由钢板对接焊接后形成，根据其在罐体上的形状分为纵焊缝和环焊缝， 一般对接处焊缝需要的加工工序有首先，经过外圈焊接将各段对接或轴向焊 接；第二，在先前加工的焊缝背面开焊接坡口；第三，在焊缝背面的坡口处焊 接；第四，焊缝余高磨削，此外，有些工业罐体需要对罐体内表面的进行堆焊 并磨削堆焊层的余高，以满足使用要求。目前，通常开设焊接坡口、焊根磨削 清理及内表面堆焊层磨削主要依靠手工打磨，加工者依靠经验进行加工，磨削 面不光滑质量难以保证，而且加工者劳动强度大，工作效率低，磨削产生的粉 尘极易使加工者患职业病。为此，中国实用新型专利91230152. X公开了一种"罐 体抛磨机"，该罐体抛磨机磨头及支撑部分悬在横梁一端，通过安装在横梁上的 蜗轮蜗杆机构使弹性可转支座绕横梁转轴在上下±10°摆动，利用弹簧将滑动 支撑架支撑在弹性可转支座上实现磨头在竖直方向浮动，磨头能绕滑动支撑架 的支撑轴轴线水平转动并由坚固螺钉定位，但此种抛磨机的不足之处有加工 范围窄，不能在罐体对接处开焊接坡口以及进行焊根清理；滑动支撑架与弹性可转支座相结合刚性差，不能满足大余量强力堆焊层和焊缝的磨削要求；磨头 旋转和移动的调整不灵活。为提供一种既能打磨焊缝，又能开焊接坡口以及进行焊根清理，中国实用新型专利200520009848. 7公开了一种多功能磨头，该磨 头能实现砂带和砂轮的互换，用以开焊接坡口以及进行焊根清理，通过转盘机 构、水平移动机构、升降机构、平移机构和旋转机构使磨头旋转和水平移动灵 活，通过升降减震器、纵向缓冲器以减震和缓冲，但此种磨头的主轴轴线始终 位于与横梁轴线相平行的平面内，磨头不便于对锥形、圆球形及椭圆球形等各 类回转体封头的内、外壁堆焊层及焊缝进行加工，磨头不能与被加工面平行贴 合，此外，其平移机构采用链传动，不但传动不平稳、振动噪声较大，而且传 动间隙过大，不能精确定位；其旋转机构的锁紧除了依靠涡轮蜗杆的自锁，还 在旋转套内设置套有锁紧套和调整环的锁紧螺杆，由手动旋转锁紧螺杆使该螺 杆头的楔形面将涡轮轮面压紧，此锁紧装置需手动操控，锁定的可靠性较低。 发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于大型容器的多功能磨削装置 及磨削方法，以方便灵活地对大型容器各处的焊缝、坡口及堆焊层进行贴合磨 削。本发明的技术方案如下提供了一种用于大型容器的多功能磨削装置，包括底座、立柱、横梁、十 字滑架和磨头总成，其中立柱位于底座上，所述立柱通过两条Y轴升降导轨安 装有十字滑架，装有横梁的十字滑架能沿Y轴升降，横梁能沿所设的两条X轴水平导轨在十字滑架内水平移动，在所述横梁一端设有平移机构，该平移机构设有能沿Z轴导柱纵向移动的移动板，移动板与旋转机构相连，该旋转机构能 绕平行于X轴的方向旋转，其旋转端固定有磨头总成，该磨头总成包括磨头回 转机构及该机构上安装的升降抬刀机构和纵向浮动机构，磨头能绕磨头回转机 构的中心轴线旋转、移动，沿主轴轴线浮动，其特征在于a、 在所述底座的顶面中心固定有立柱回转机构，该立柱回转机构顶部的连 接盘上表面与立柱固定，所述立柱回转机构能使立柱绕连接盘的轴线转动，所 述底座上表面周向均布有回转锁紧装置，该回转锁紧装置的锁紧臂夹持在连接 盘外缘，使连接盘周向固定；b、 所述磨头总成通过门形磨头支承臂与所述旋转机构相连，该磨头支承臂 通过翻转机构与磨头回转机构连接；所述翻转机构是磨头支承臂两臂前端分别 穿有支撑轴，该支撑轴一端与安装在两臂外侧的翻转减速电机连接，另一端通 过传动盘与磨头回转机构的支承环外圆相固定，两支撑轴同轴且通过该支承环 的径向轴线，支承环能绕所述支撑轴的轴线旋转，在所述磨头支承臂的两臂内 侧安装有空压碟式制动器，制动器的制动片固定在所述传动盘上；所述磨头回 转机构包括支承环、滚轮、滚轮轴、和回转环，所述支承环内装有滚轮，该滚 轮中穿有滚轮轴，所述回转环分为上环和下环且安装在滚轮轴的两端，所述回 转环能绕支承环的轴线旋转并通过锁紧机构锁紧。所述立柱回转机构包括回转支承、连接盘、立柱回转减速电机和齿轮，其 中回转支承由内、外圈及其间的滚珠组成，所述内圈通过螺栓固定在底座上， 所述外圈通过螺栓固定连接盘下表面，该连接盘上偏心固定有立柱回转减速电 机，该驱动减速电机输出轴上装有齿轮与所述内圈所设内齿啮合；所述回转锁 紧装置包括铰接在锁紧座中的上、下锁紧臂，上、下锁紧臂的前端夹持在连接 盘外缘，上锁紧臂后端穿有带螺杆的手柄，该螺杆端部顶在下锁紧臂上。所述十字滑架通过无侧隙滚动导轨副分别与所述立柱和横梁连接；在所述 立柱顶部安装有Y轴减速电机，该Y轴减速电机的输出轴与升降丝杆一端相连， 该升降丝杆通过轴承竖直支承在立柱前侧面中部，在升降丝杆上套装有螺母座， 该螺母座和X轴减速电机固定在十字滑架后侧面，该电机输出轴上装有齿轮与 固定在横梁上的齿条相啮合。所述平移机构包括固定在立柱端面的的连接板，该连接板内侧面上、下端通过支撑座水平装有两根z轴导柱，z轴导柱上套有安装在移动板上的第一直线
运动轴承，所述连接板外侧面装有平移减速电机，该电机输出轴穿过连接板， 其伸出端上装有主动锥齿轮，与其啮合的从动锥齿轮安装在平移丝杆一端，该 平移丝杆通过轴承水平安装在连接板内侧面中部，平移丝杆上套有固定在移动 板上的螺母。
所述旋转机构包括固定在连接板上的固定套，固定套内通过衬套活套有端 部与磨头支承臂固定的旋转套，在所述旋转套一侧的外圆轴段上设置有蜗轮段， 蜗轮段与固定套内所装的蜗杆相配，蜗杆由安装在固定套外的旋转减速电机驱
动；所述旋转套内装有中心轴，中心轴一端支承在旋转套端盖中心的定位套内， 另一端与磨头支承臂上所装止动气缸的推杆相连，中心轴中部外圆上对称设置 有顶面为斜面的两楔块，楔块顶面上分别卡装下端开有斜面槽的涨紧轴，涨紧 轴穿过旋转套所设径向孔后与固定套内孔壁相接触。
所述锁紧机构是在所述支承环顶面外缘对称布置两块带条形槽的锁紧板， 该条形槽内装有端部与所述回转环顶面相抵触的螺栓，在支承环顶面设有刻度 段，在该刻度段相对应的回转环顶面设有指示线。
所述主轴的一端固套有定位套，该定位套通过所设凸缘与接触轮螺栓固定。
所述主轴的一端固套有砂轮法兰盘，该砂轮法兰盘上套有砂轮，该砂轮被 砂轮法兰盘和安装在主轴端部的砂轮压板夹装固定。
在所述底座的顶面一侧安装有水平仪，所述底座通过水平调节座安装在地 面上；所述水平调节座包括对称布置在底座外侧壁上的螺母座，螺母座中穿有 调节螺杆，调节螺杆的球头形端部装在支承座中。
在所述横梁上远离磨头总成的一端安装有吸尘器，所述横梁内设有两端分 别靠近吸尘器和磨头总成的吸尘管道。
在所述立柱顶部固定有滑轮，该滑轮中挂有钢索，钢索的一端固定在十字 滑架上，另一端与位于立柱内的配重块连接。采用以上技术方案，使本发明的装置在空间上具有如下自由度:立柱通过 立柱回转机构在底座上绕平行于Y轴的方向旋转，横梁通过十字滑架在立柱上 沿Y轴升降，横梁在十字滑架内沿X轴水平移动，磨头能通过平移机构沿Z轴 纵向移动、通过旋转机构绕平行于X轴的方向即A轴旋转，通过磨头回转机构 能使磨头绕支承环的轴线即B轴旋转、通过翻转机构能使磨头绕支撑轴的轴线 即C轴旋转，此外，通过升降抬刀机构和纵向浮动机构，磨头能沿支承环的轴 线即B轴移动，沿主轴的轴线浮动。由此，本发明装置的有益效果是加工范 围宽，磨头能灵活地适应各种加工部位，便于与被加工面平行贴合，方便易行 地对大型容器各处的焊缝、坡口及堆焊层进行贴合磨削；而且，平移机构用丝 杆螺母副代替链传动和齿轮齿条传动，不但使结构简化还使传动更平稳精确； 旋转机构通过气缸控制的涨紧轴进行制动锁紧，实现锁紧装置的自动化控制， 制动效率高且锁定可靠；此外，本发明的装置设置了水平仪和水平调节座，可 以更加方便地检测、调整本装置于水平位置。
本发明还提供了一种应用上述装置磨削大型容器的方法，其特征在于，建立 所述的一种用于大型容器的多功能磨削装置后，包括以下步骤a、在磨头总成 的主轴上安装砂轮，磨削外圆环坡口，当罐体外径为1.5m 5m时，罐体安装在 料架上且中心轴线与X轴平行，将磨头主轴绕B轴旋转至与X轴平行，调整横 梁及平移机构使磨头位于罐体环焊缝的最高位置，罐体由料架带动而自转，其 旋转方向与磨头旋转方向相反，实现磨头与筒体焊缝的相对运动，直至将环坡 口打磨完毕；当罐体外径为5m 8m时，罐体安装在料架上且中心轴线与Z轴平 行，将支承环绕C轴旋转使磨头主轴位于横梁轴线延长线上且与Z轴平行，调 整横梁及平移机构使磨头位于环焊缝的最大侧母线位置，工件由料架带动而自 转，磨头对准焊缝开坡口；当罐体外径为8m 12m时，将支承环绕C轴旋转使 磨头主轴位于横梁轴线上方且与Z轴平行，调整横梁及平移机构使磨头位于环 焊缝最大侧母线下方位置进行坡口加工；b、 磨削外圆纵坡口，当罐体外径为1.5m 4m时，罐体安装在料架上且中 心轴线与X轴平行，使纵焊缝处于外圆上端后保持罐体静止，将磨头主轴绕B 轴旋转至与Z轴平行，支承环保持水平，调整横梁及平移机构使磨头伸至罐体 纵焊缝处，横梁沿X轴方向作进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个 坡口打磨开设完毕；当罐体外径为4m 12m时，罐体安装在料架上且中心轴线 与X轴平行，使纵焊缝处于外圆最大侧母线位置后保持罐体静止，调整旋转机 构绕A轴旋转，使磨头主轴与Y轴平行，支承环保持在垂直平面上，横梁沿X 轴方向作进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个坡口打磨完毕；
c、 磨削内圆环坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，将磨头主 轴绕B轴旋转至与X轴平行，调整横梁及平移机构使磨头伸入罐体环焊缝的最 低位置，罐体由料架带动而自转，其旋转方向与磨头旋转方向相反，实现磨头 与筒体焊缝的相对运动，直至将环坡口打磨完毕；
d、 磨削内圆纵坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，使纵焊缝 处于内圆下端后保持罐体静止，将磨头主轴绕B轴旋转至与Z轴平行，支承环 保持水平，调整横梁及平移机构使磨头伸入罐体纵焊缝处，横梁沿X轴方向作 进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个坡口打磨完毕；
e、 磨削大型封头从封头中心延伸出的发散形坡口，封头安装在料架上且中 心轴线向上倾斜，封头保持不动，磨头主轴与Z轴平行，使支承环绕C轴旋转 调整磨头对准焊缝进行打磨，该处打磨完毕后调整横梁及磨头位置直至将整个 坡口开设完毕；
f、 将主轴上的砂轮换成接触轮，装上砂带，按照上述a- e步骤打磨罐体 和封头上各内、外焊缝焊接后的余高，直至焊疤与本体光滑连接。
有些罐体需要对封头内表面的堆焊层进行磨削，以及打磨罐体与封头焊接 后的外壁，还包括a、砂带磨削回转体封头内壁，封头安装在料架上且中心轴线 向上倾斜，先将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内，接着使支承环绕C轴旋转调整磨头与待加工面平行贴合，封头绕中心轴线旋转，加
工完一圈后调整横梁及磨头位置加工下一圈直至整个表面打磨光滑；
b、 砂带磨削与罐体焊接后的回转体封头外壁，罐体安装在料架上且中心轴 线与Y轴平行，先将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内， 接着使支承环绕C轴旋转调整磨头与待加工面平行贴合，工件由料架带动而自 转，打磨完一圈后，调整横梁位置和支承环绕C轴的偏摆使磨头始终保持与待 加工表面的贴合，继续加工下一圈直至整个表面打磨光滑；
c、 砂带磨削与封头焊接后的罐筒外壁，先将罐体安装在料架上且中心轴线 与Y轴平行，接着将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内， 然后使支承环绕C轴旋转直至磨头主轴与Y轴平行，调整横梁及平移机构使磨 头与待加工面贴合，工件由料架带动而自转，打磨完一圈后，调整横梁升降继 续加工下一圈直至所有筒外壁表面打磨光滑。
应用本发明所提供的方法磨削大型容器的有益效果是能方便灵活地对大 型容器的筒体、封头各处的焊缝、坡口、堆焊层以及内外表面进行贴合打磨抛 光；磨削面光滑能有效保证加工质量，工作效率高，加工者劳动强度小。
图l为本发明的主视图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的右视图。
图4为图1中底座和立柱回转机构的剖视放大图。 图5为图2中十字滑架与立柱连接的结构示意图。 图6为图5的局部后视图。
图7为图3中十字滑架与横梁连接的结构示意图。
图8为图1中磨头总成、旋转机构和平移机构的结构示意图。
图9为图8的A-A剖视图。图10为图8的B-B剖视图。 图11为图10的C-C剖视图。 图12为图11的D-D剖面图。 图13为图8中磨头总成的结构示意图。 图14为图13的俯视图。 图15为图13的E-E剖视图。 图16为图12的左视图(主轴上安装接触轮)。 图17为磨头主轴上安装砂轮时的结构示意图。 图18为应用本发明的装置磨削内圆环焊缝或坡口时的示意图。 图19为应用本发明的装置磨削内圆纵焊缝或坡口时的示意图。 图20为应用本发明的装置磨削外圆纵焊缝或坡口(当罐体外径为1.5m 4m) 时的示意图。
图21为应用本发明的装置磨削外圆环焊缝或坡口 (当罐体外径为1.5m 5m)时的示意图。
图22为应用本发明的装置磨削外圆环焊缝或坡口 (当罐体外径为5m 8m) 时的示意图。
图23为应用本发明的装置磨削外圆环焊缝或坡口 (当罐体外径为8m 12m) 时的示意图。
图24为应用本发明的装置磨削大型封头发散形焊缝时的示意图。
图25为应用本发明的装置磨削回转体封头内壁时的示意图。
图26为应用本发明的装置磨削与回转体封头外壁和罐筒外壁时的示意图。
图27为应用本发明的装置磨削外圆纵焊缝或坡口 (当罐体外径为4m 12m)
时的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明实施例l，建立所述的一种用于大型容器的多功能磨削装置，如图1至图3
所示，该装置主要由底座l、立柱2、横梁3、十字滑架4和磨头总成5组成， 其中立柱2位于底座1上，立柱2前侧面上设有两条Y轴升降导轨2a，在两条 Y轴升降导轨2a上安装有十字滑架4，十字滑架4能沿Y轴升降，十字滑架4 内装有横梁3，横梁3上设有两条X轴水平导轨3a，横梁3能沿X轴水平导轨 3a在十字滑架4内水平移动，十字滑架4通过无侧隙滚动导轨副分别与所述立 柱2和横梁3连接。在横梁3 —端设有平移机构6，该平移机构6能沿Z轴纵向 移动，平移机构6与旋转机构7相连，该旋转机构7能绕平行于X轴的A轴旋 转，其旋转端固定有磨头总成5，该磨头总成5包括磨头回转机构以及在该磨头 回转机构上安装的升降抬刀机构和纵向浮动机构，因而磨头能绕磨头回转机构 的中心轴线即B轴旋转、移动，磨头能沿主轴6的轴线浮动。在横梁3上远离 磨头总成5的一端安装有吸尘器45，横梁3内设有吸尘管道46，其两端分别靠 近磨头总成5和吸尘器45，吸尘器45通过吸尘管道46将磨削产生的尘屑吸收。 在立柱2顶部固定有滑轮47，该滑轮47中挂有钢索，钢索的一端固定在十字滑 架4上，另一端与位于立柱2内的配重块48连接，配重块48用于平衡及减轻 横梁和磨头总成对立柱2的承重力，以减小对立柱2的弯曲力矩。
如图3、图4所示，在底座1的顶面中心固定有立柱回转机构，立柱回转机 构包括回转支承、连接盘8、立柱回转减速电机17和齿轮18，其中回转支承由 内、外圈19， 20及其间的滚珠21组成，内圈19通过螺栓固定在底座上，外圈 20通过螺栓固定连接盘8下表面，该连接盘8上偏心固定有立柱回转减速电机 17，回转减速电机17输出轴上装有齿轮18与内圈19所设内齿啮合，连接盘8 上表面与立柱2固定，立柱回转机构能使立柱2绕连接盘8的轴线转动。在底 座1上表面周向均布有三个回转锁紧装置9,回转锁紧装置9包括铰接在锁紧座 中的上、下锁紧臂，上、下锁紧臂9a， 9b的前端夹持在连接盘8外缘，使连接 盘8周向固定，所述上锁紧臂9a后端穿有带螺杆的手柄9c，螺杆端部顶在下锁紧臂9b上，旋转手柄9c可使螺杆上下运动，从而控制上、下锁紧臂9a， 9b。 在底座1的顶面一侧安装有水平仪43，便于检测底座1是否摆放水平，底座1 为矩形台通过其四角处的水平调节座44安装在地面上，水平调节座44包括对 称布置在底座l外侧壁上的螺母座44a，螺母座44a中穿有调节螺杆44b，调节 螺杆44b的球头形端部装在支承座44c中，通过调整各水平调节座，可以确保 本装置处于水平位置。
如图5所示，十字滑架4通过无侧隙滚动导轨副分别与立柱2和横梁3连 接，十字滑架4后侧面设置有两列升降滑块49与立柱2上两条Y轴升降导轨2a 相配合，升降滑块49包括两侧分别安装在十字滑架4和压板49a上的镶条49b， 镶条49b与Y轴升降导轨2a前、后两侧面滑配，在十字滑架4和压板49a间通 过固定在十字滑架4上的滚轮轴夹装有滚轮49c，该滚轮49c轮面与Y轴升降导 轨2a外侧面相接触，如图6所示，每列升降滑块49分为上、下两段分布在十 字滑架4'的上、下端，每段上分别设置有两个滚轮49c。如图7所示，在十字滑 架4前侧面上设置两排平移滑块50与横梁3后侧的两条X轴水平导轨3a相配 合，该水平滑块50与升降滑块49结构相同，平移滑块50包括两侧分别安装在 十字滑架4和压板50a上的镶条50b，镶条50b与X轴水平导轨3a前、后两侧 面滑配，在十字滑架4和压板50a间通过固定在十字滑架4上的滚轮轴夹装有 滚轮50c，该滚轮50c轮面与X轴水平导轨3a外侧面相接触，每排平移滑块50 分为左、右两段分布在十字滑架4的左、右端，每段上分别设置有两个滚轮50c。 如图l、图3所示，立柱2顶部安装有Y轴减速电机22，该Y轴减速电机22的 输出轴与升降丝杆23 —端相连，该升降丝杆23通过轴承竖直支承在立柱2前 侧面中部，在升降丝杆23上套装有螺母座24，该螺母座24固定在十字滑架4 后侧面的上部中间，在十字滑架4的后侧面一侧固定有X轴减速电机25， X轴 减速电机25的输出轴上装有齿轮51与固定在横梁3上的齿条26相啮合。
如图8、图9所示，平移机构6包括固定在立柱2端面的连接板27，该连接板27内侧面上、下端通过支撑座28水平装有两根Z轴导柱29， Z轴导-ll-柱29上套有安装在移动板30上的第一直线运动轴承31，所述连接板27外侧面 装有平移减速电机32，该电机输出轴穿过连接板27且在伸出端上装有主动锥齿 轮33，与其啮合的从动锥齿轮34安装在平移丝杆35—端，该平移丝杆35通过 轴承水平安装在连接板27内侧面中部，平移丝杆35上套有固定在移动板30上 的螺母35，。如图10、图11、图12所示，旋转机构包括固定在连接板27上的固定套32， 固定套32内通过衬套活套有端部与磨头支承臂10固定的旋转套33，在旋转套 33外圆一侧所设斜面槽中固定有中心角为120°的蜗轮段33a，该蜗轮段.33a横 截面大致呈梯形，蜗轮段33a两侧面为楔形面分别与旋转套33所设槽的斜面和 压板33c侧面相抵触，蜗轮段33a的两端由挡块33b固定，压板33c和挡块33b 均通过螺栓固定在旋转套33上。固定套32内通过轴承装有蜗杆32a与蜗轮段 33a相啮合，蜗杆32a由安装在固定套32外的旋转减速电机36驱动，旋转套 33内装有中心轴34，中心轴34 —端支承在旋转套33端盖中心的定位套34b内， 另一端与磨头支承臂10上所装的止动气缸34c推杆相连，中心轴34中部外圆 上对称设置有顶面为斜面的两楔块34a，楔块34a顶面上分别卡装下端开有斜面 槽的涨紧轴36，涨紧轴36穿过旋转套33所设径向孔后与固定套32内孔壁相接 触，当中心轴34在止动气缸34c推杆的作用下向右移动，涨紧轴36在斜面的 作用下向外移动且被顶在固定套32内孔壁上，使旋转套33停止旋转，从而使 磨头总成5停止绕A轴的旋转。如图13所示，磨头总成5通过门形磨头支承臂10与旋转机构7相连，该 磨头支承臂10通过翻转机构与磨头回转机构连接。翻转机构是威头支承臂10 两臂前端分别穿有支撑轴11，该支撑轴11 一端与安装在两臂外侧的翻转减速电 机12连接，另一端通过传动盘13与磨头回转机构的支承环'14外圆相固定，两 支撑轴11同轴且通过该支承环14的径向轴线，支承环14能绕所述支撑轴11的轴线C轴旋转，在所述磨头支承臂10的两臂内侧安装有空压碟式制动器72， 制动器15的制动片73固定在所述传动盘13上。磨头回转机构主要由支承环14、 滚轮15、滚轮轴15a和回转环16构成，支承环14内装有滚轮15，该滚轮15 中穿有滚轮轴15a，回转环16分为上环和下环且上、下环安装在滚轮轴15a的 两端，回转环16能绕支承环14的轴线旋转并通过锁紧机构锁紧。如图14所示， 锁紧机构是在支承环14顶面外缘对称布置两块带条形槽37a的锁紧板37，该条 形槽37a内装有端部与所述回转环16顶面相抵触的螺栓38，在支承环14顶面 设有刻度段14a，在该刻度段14a相对应的回转环16顶面设有指示线。如图13、图15、图16所示，磨头总成5还包括磨头回转机构上安装的纵 向浮动机构和升降抬刀机构。纵向浮动机构是在回转环16的下表面平行固定有 两根水平导柱52，水平导柱52上套有第二直线运动轴承53，该轴承外的轴承 座54分另U固定在支承臂55两端，纵向浮动机构使磨头可沿水平导柱52即主轴 6的轴线浮动。升降抬刀机构是在支承臂55中部通过第三直线运动轴承56装有 两根竖直的升降导柱57，该升降导柱57两端固定在磨头座58的底板和顶板上， 在磨头座58顶板两侧对称布置有升降抬刀气缸59，气缸推杆59a固套在支承臂 55所设的水平支承轴55a上，升降抬刀气缸59能带动磨头座58沿升降导柱57 轴线即B轴方向运动。磨头座穿过回转环16的中心，其底板位于回转环16下 方，底板中心固定设置装有主轴6的主轴座58，该主轴6 —端装有从动带轮59， 另一端安装有接触轮39，所述磨头座58顶板位于回转环16上方，顶板上固定 有主轴电机60和支座61，主轴电机60输出轴上套有主动带轮64通过皮带与从 动带轮64'连接。在支座61的顶面两侧向外支出固定有支承轮62和张紧轮63， 砂带70通过接触轮39、支承轮62和张紧轮63支撑，张紧轮63通过安装在支 座61顶面的张紧气缸71伸縮张紧。如图13所示，在回转环16左侧的水平导柱52的支撑座54上固定有纵向 缓冲器74，右侧水平导柱上的第一直线运动轴承座53通过纵向锁紧机构75锁紧，纵向缓冲器74和纵向锁紧机构75的结构与中国实用新型专利 200520009848.7中所公开的结构相同。如图14、图17所示，在位于从动带轮 64'两侧的磨头座58底板上分别通过恒压座65安装有升降减震器66，该升降 减震器66上端固定在恒压支座67的顶面，恒压支座67与支承臂55侧面周定。 如图16所示，在支座61上的支承轮62旁安装有偏摆机构，偏摆机构包括偏心 电机68，与偏心电机68输出轴所连的活动推杆69插入所述支承轮62的轮叉 62a中，偏心电机68能带动支承轮62绕其轮叉62a轴柄的轴线作往复摆动，从 而带动整个砂带70作往复摆动。对外径为3m的大型容器进行磨削，其步骤是a、在磨头总成的主轴上安 装砂轮，如图17所示，该砂轮41被砂轮法兰盘40和安装在主轴6端部的砂轮 压板42夹装固定，磨削外圆环坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行， 将磨头主轴绕B轴旋转至与X轴平行，调整横梁及平移机构使磨头位于罐体环 焊缝的最高位置，罐体由料架带动而自转，其旋转方向与磨头旋转方向相反， 实现磨头与筒体的相对运动，直至将环坡口打磨完毕，图21示出在此状态下用 砂带打磨焊缝；b、磨削外圆纵坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，使纵焊缝 处于外圆上端后保持罐体静止，将磨头主轴绕B轴旋转至与Z轴平行，支承环 保持水平，调整横梁及平移机构使磨头伸至罐体纵焊缝处，横梁沿X轴方向作 进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个坡口打磨完毕，图20示出在此 状态下用砂带打磨焊缝;c、磨削内圆环坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，将磨头 主轴绕B轴旋转至与X轴平行，调整横梁及平移机构使磨头伸入罐体环焊缝的 最低位置，罐体由料架带动而自转，其旋转方向与磨头旋转方向相反，实现磨 头与筒体的相对运动，直至将环坡口打磨完毕，图18示出在此状态下用砂带打 磨焊缝；d、 磨削内圆纵坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，使纵焊缝 处于内圆下端后保持罐体静止，将磨头主轴绕B轴旋转至与Z轴平行，支承环 保持水平，调整横梁及平移机构使磨头伸入罐体纵焊缝处，横梁沿X轴方向作 进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个坡口打磨完毕，图19示出在此 状态下用砂带打磨焊缝；e、 磨削大型封头从封头中心延伸出的发散形坡口，封头安装在料架上且中 心轴线向上倾斜，封头保持不动，磨头主轴与Z轴平行，使支承环绕C轴旋转 调整磨头对准焊缝进行磨削，该处打磨完毕后调整横梁及磨头位置直至将整个 坡口开设完毕，图24示出在此状态下用砂带打磨焊缝；f、 将主轴上的砂轮换成接触轮，装上砂带，如图16所示，主轴6的一端 通过键和轴端挡圈固套有定位套38，该定位套38通过所设凸缘与接触轮39螺 栓固定，然后按照上述a-e步骤打磨罐体和封头上各内、外焊缝焊接后的余高， 直至焊疤与本体光滑连接；g、 砂带磨削回转体封头内壁，如图25所示，封头安装在料架上且中心轴 线向上倾斜，先将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内，接 着使支承环绕C轴旋转以调整磨头与待加工面平行贴合，加工时封头绕中心轴 线旋转，加工完一圈后调整横梁及磨头位置加工下一圈直至整个表面打磨光滑；h、 砂带磨削与罐体焊接后的回转体封头外壁，如图26所示，罐体安装在 料架上且中心轴线与Y轴平行，先将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴 垂直的平面内，接着使支承环绕C轴旋转以调整磨头与待加工面平行贴合，加 工时工件由料架带动而自转，打磨完一圈后，调整横梁位置和支承环绕C轴的 偏摆使磨头始终保持与待加工表面的贴合，继续加工下一圈直至整个表面打磨 光滑；i、 砂带磨削与封头焊接后的罐筒外壁，如图26所示，先将罐体安装在料 架上且中心轴线与Y轴平行，接着将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内，然后使支承环绕C轴旋转直至磨头主轴与Y轴平行，调整横梁 及平移机构使磨头与待加工面贴合，工件由料架带动而自转，打磨完一圈后， 调整横梁升降继续加工下一圈直至所有筒外壁表面打磨光滑。实施例2:建立与实施例1相同的装置，对外径为5. 5m的罐体进行磨削， 其步骤与实施例1基本相同，所不同的是，当磨削外圆环焊缝和坡口时，罐体 安装在料架上且中心轴线与Z轴平行，将支承环绕C轴旋转90° ，使磨头主轴位 于横梁轴线延长线上且与Z轴平行，调整横梁及平移机构使磨头位于环焊缝的 最大侧母线位置，工件由料架带动而自转，磨头对焊缝进行加工或开坡口，图 22示出砂轮打磨坡口时的情形；当磨削外圆纵焊缝和坡口时，如图27所示，罐 体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，使纵焊缝处于外圆最大侧母线位置后 保持罐体静止，调整旋转机构绕A轴旋转，使磨头主轴与Y轴平行，支承环保 持在垂直平面上，横梁沿X轴方向作进给运动，磨头转动且作直线运动，直至 将整个焊缝或坡口打磨完毕。实施例3:建立与实施例1相同的装置，对外径为8. 5m的罐体进行磨削， 其步骤与实施例2基本相同，所不同的是，当磨削外圆环焊缝和坡口时，将支 承环绕C轴旋转llO。 120° ，使磨头主轴位于横梁轴线上方且与Z轴平行， 调整横梁及平移机构使磨头位于环焊缝最大侧母线下方位置进行焊缝或坡口加 工，图23示出砂轮打磨坡口时的情形。
权利要求
1、一种用于大型容器的多功能磨削装置，包括底座(1)、立柱(2)、横梁(3)、十字滑架(4)和磨头总成(5)，其中立柱(2)位于底座(1)上，所述立柱(2)通过两条Y轴升降导轨(2a)安装有十字滑架(4)，装有横梁(3)的十字滑架(4)能沿Y轴升降，横梁(3)能沿所设的两条X轴水平导轨(3a)在十字滑架(4)内水平移动，在所述横梁(3)一端设有平移机构(6)，该平移机构(6)设有能沿Z轴导柱(29)纵向移动的移动板(30)，移动板(30)与旋转机构(7)相连，该旋转机构(7)能绕平行于X轴的方向旋转，其旋转端固定有磨头总成(5)，该磨头总成(5)包括磨头回转机构及该机构上安装的升降抬刀机构和纵向浮动机构，磨头能绕磨头回转机构的中心轴线旋转、移动，沿主轴(6)的轴线浮动，其特征在于a、在所述底座(1)的顶面中心固定有立柱回转机构，该立柱回转机构顶部的连接盘(8)上表面与立柱(2)固定，所述立柱回转机构能使立柱(2)绕连接盘(8)的轴线转动，所述底座(1)上表面周向均布有回转锁紧装置(9)，该回转锁紧装置(9)的锁紧臂夹持在连接盘(8)外缘，使连接盘(8)周向固定；b、所述磨头总成(5)通过门形磨头支承臂(10)与所述旋转机构(7)相连，该磨头支承臂(10)通过翻转机构与磨头回转机构连接；所述翻转机构是磨头支承臂(10)两臂前端分别穿有支撑轴(11)，该支撑轴(11)一端与安装在两臂外侧的翻转减速电机(12)连接，另一端通过传动盘(13)与磨头回转机构的支承环(14)外圆相固定，两支撑轴(11)同轴且通过该支承环(14)的径向轴线，支承环(14)能绕所述支撑轴(11)的轴线旋转，在所述磨头支承臂(10)的两臂内侧安装有空压碟式制动器(15)，制动器(15)的制动片(73)固定在所述传动盘(13)上；所述磨头回转机构包括支承环(14)、滚轮(15)、滚轮轴(15a)和回转环(16)，所述支承环(14)内装有滚轮(15)，该滚轮(15)中穿有滚轮轴(15a)，所述回转环(16)分为上环和下环且安装在滚轮轴(15a)的两端，所述回转环(16)能绕支承环(14)的轴线旋转并通过锁紧机构锁紧。
2、根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在 于所述立柱回转机构包括回转支承、连接盘(8)、立柱回转减速电机(17) 和齿轮(18)，其中回转支承由内、外圈(19， 20)及其间的滚珠(21)组成， 所述内圈(19)通过螺栓固定在底座上，所述外圈(20)通过螺栓固定连接盘 (8)下表面，该连接盘(8)上偏心固定有立柱回转减速电机(17)，该电机输 出轴上装有齿轮(18)与内圈(19)所设内齿啮合；所述回转锁紧装置(9)包 括铰接在锁紧座中的上、下锁紧臂，上、下锁紧臂(9a， 9b)的前端夹持在连 接盘外缘，上锁紧臂(9a)后端穿有带螺杆的手柄(9c)，该螺杆端部顶在下锁 紧臂(9b)上。
3、根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于 所述十字滑架(4)通过无侧隙滚动导轨副分别与所述立柱(2)和横梁(3)连 接；在所述立柱(2)顶部安装有Y轴减速电机(22)，该Y轴减速电机(22) 的输出轴与升降丝杆(23) —端相连，该升降丝杆(23)通过轴承竖直支承在 立柱(2)前侧面中部，在升降丝杆(23)上套装有螺母座(24)，该螺母座(24) 和X轴减速电机(25)固定在十字滑架(4)后侧面，X轴减速电机(25)的输 出轴上装有齿轮与固定在横梁(3)上的齿条(26)相啮合。
4、根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于:所述平移机构(6)包括固定在立柱(2)端面的连接板(27)，该连接板(27) 内侧面上、下端通过支撑座(28)水平装有两根Z轴导柱(29)， Z轴导柱(29) 上套有安装在移动板(30)上的第一直线运动轴承(31)，所述连接板(27)外 侧面装有平移减速电机(32)，该电机输出轴穿过连接板(27)且在伸出端上装 有主动锥齿轮(33)，与其啮合的从动锥齿轮(34)安装在平移丝杆(35) —端， 该平移丝杆(35)通过轴承水平安装在连接板(27)内侧面中部，平移丝杆(35) 上套有固定在移动板(30)上的螺母(35')。
5、根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于 所述旋转机构包括固定在连接板(27)上的固定套(32)，固定套(32)内通过 衬套活套有端部与磨头支承臂(10)固定的旋转套(33)，在所述旋转套(33) 一侧的外圆轴段上设置有蜗轮段(33a)，蜗轮段(33a)与固定套(32)内所装 的蜗杆(32a)相啮合，蜗杆(32a)由安装在固定套(32)外的旋转减速电机 (36)驱动；所述旋转套(33)内装有中心轴(34)，中心轴(34) —端支承在 旋转套(33)端盖中心的定位套(34b)内，另一端与磨头支承臂(10)上所装 的止动气缸(34c)推杆相连，中心轴(34)中部外圆上对称设置有顶面为斜面 的两楔块(34a)，楔块(34a)顶面上分别卡装下端开有斜面槽的涨紧轴(36)， 涨紧轴(36)穿过旋转套(33)所设径向孔后与固定套(32)内孔壁相接触。
6、根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于 所述锁紧机构是在所述支承环(14)顶面外缘对称布置两块带条形槽(37a)的 锁紧板(37)，该条形槽(37a)内装有端部与所述回转环(16)顶面相抵触的 螺栓(38)，在支承环(14)顶面设有刻度段(14a)，在该刻度段(14a)相对应的回转环(16)顶面设有指示线。
7、 根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于:所述主轴(6)的一端固套有定位套(38)，该定位套(38)通过所设凸缘与接 触轮(39)螺栓固定。
8、 根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于 所述主轴(6)的一端固套有砂轮法兰盘(40)，该砂轮法兰盘(40)上套有砂 轮(41)，该砂轮(41)被砂轮法兰盘(40)和安装在主轴(6)端部的砂轮压 板(42)夹装固定。
9、 根据权利要求1所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征在于 在所述底座(1)的顶面一侧安装有水平仪(43)，所述底座(1)通过水平调节 座(44)安装在地面上；所述水平调节座(44)包括对称布置在底座(1)外侧 壁上的螺母座(44a)，螺母座(44a)中穿有调节螺杆(44b)，调节螺杆(44b) 的球头形端部装在支承座(44c)中。
10、 根据权利要求1或3所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特 征在于在所述横梁(3)上远离磨头总成(5)的一端安装有吸尘器(45)，所 述横梁(3)内设有两端分别靠近吸尘器(45)和磨头总成(5)的吸尘管道(46)。
11、 根据权利要求1或3所述一种用于大型容器的多功能磨削装置，其特征 在于在所述立柱(2)顶部固定有滑轮(47)，该滑轮(47)中挂有钢索，钢 索的一端固定在十字滑架(4)上，另一端与位于立柱(2)内的配重块(48) 连接。
12、 一种应用权利要求1所述的多功能磨削装置磨削大型容器的方法，其特 征在于，建立所述一种用于大型容器的多功能磨削装置后，包括以下步骤a、在磨头总成的主轴上安装砂轮，磨削外圆环坡口，当罐体外径为1.5m 5m时， 罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，将磨头主轴绕B轴旋转至与X轴平 行，调整横梁及平移机构使磨头位于罐体环焊缝的最高位置，罐体由料架带动 而自转，其旋转方向与磨头旋转方向相反，实现磨头与筒体焊缝的相对运动， 直至将环坡口打磨完毕；当罐体外径为5m 8m时，罐体安装在料架上且中心轴 线与Z轴平行，将支承环绕C轴旋转使磨头主轴位于横梁轴线延长线上且与Z 轴平行，调整横梁及平移机构使磨头位于环焊缝的最大侧母线位置，工件由料 架带动而自转，磨头对准焊缝开坡口；当罐体外径为8m 12m时，将支承环绕 C轴旋转使磨头主轴位于横梁轴线上方且与Z轴平行，调整横梁及平移机构使 磨头位于环焊缝最大侧母线下方位置进行坡口加工；b、 磨削外圆纵坡口，当罐体外径为1.5m 4m时，罐体安装在料架上且中 心轴线与X轴平行，使纵焊缝处于外圆上端后保持罐体静止，将磨头主轴绕B 轴旋转至与Z轴平行，支承环保持水平，调整横梁及平移机构使磨头伸至罐体 纵悍缝处，横梁沿X轴方向作进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个 坡口打磨开设完毕；当罐体外径为4m 12m时，罐体安装在料架上且中心轴线 与X轴平行，使纵焊缝处乎外圆最大侧母线位置后保持罐体静止，调整旋转机 构绕A轴旋转，使磨头主轴与Y轴平行，支承环保持在垂直平面上，横梁沿X 轴方向作进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个坡口打磨完毕；c、 磨削内圆环坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，将磨头主 轴绕B轴旋转至与X轴平行，调整横梁及平移机构使磨头伸入罐体环焊缝的最 低位置，罐体由料架带动而自转，其旋转方向与磨头旋转方向相反，实现磨头 与筒体焊缝的相对运动，直至将环坡口打磨完毕；d、 磨削内圆纵坡口，罐体安装在料架上且中心轴线与X轴平行，使纵焊缝 处于内圆下端后保持罐体静止，将磨头主轴绕B轴旋转至与Z轴平行，支承环保持水平，调整横梁及平移机构使磨头伸入罐体纵焊缝处，横梁沿X轴方向作 进给运动，磨头转动且作直线运动，直至将整个坡口打磨完毕；e、 磨削大型封头从封头中心延伸出的发散形坡口，封头安装在料架上且中 心轴线向上倾斜，封头保持不动，磨头主轴与Z轴平行，使支承环绕C轴旋转 调整磨头对准焊缝进行打磨，该处打磨完毕后调整横梁及磨头位置直至将整个 坡口开设完毕；f、 将主轴上的砂轮换成接触轮，装上砂带，按照上述a- e步骤打磨罐体 和封头上各内、外焊缝焊接后的余高，直至焊疤与本体光滑连接。
13、根据权利要求12所述的磨削大型容器的方法，其特征在于还包括a、 砂带磨削回转体封头内壁，封头安装在料架上且中心轴线向上倾斜，先将回转 环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内，接着使支承环绕C轴旋转 调整磨头与待加工面平行贴合，封头绕中心轴线旋转，加工完一圈后调整横梁 及磨头位置加工下一圈直至整个表面打磨光滑；b、 砂带磨削与罐体焊接后的回转体封头外壁，罐体安装在料架上且中心轴 线与Y轴平行，先将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内， 接着使支承环绕C轴旋转调整磨头与待加工面平行贴合，工件由料架带动而自 转，打磨完一圈后，调整横梁位置和支承环绕C轴的偏摆使磨头始终保持与待 加工表面的贴合，继续加工下一圈直至整个表面打磨光滑；c、 砂带磨削与封头焊接后的罐筒外壁，先将罐体安装在料架上且中心轴线 与Y轴平行，接着将回转环绕B轴旋转使磨头主轴位于与Z轴垂直的平面内， 然后使支承环绕C轴旋转直至磨头主轴与Y轴平行，调整横梁及平移机构使磨 头与待加工面贴合，工件由料架带动而自转，打磨完一圈后，调整横梁升降继 续加工下一圈直至所有筒外壁表面打磨光滑。
全文摘要
本发明提供了一种用于大型容器的多功能磨削装置，包括底座、立柱、横梁、十字滑架和磨头总成，在所述横梁上远离磨头总成的一端安装有吸尘器，在所述底座的顶面中心固定有能使立柱转动的立柱回转机构；磨头总成包括可使磨头回转机构翻转的翻转机构，翻转机构是磨头支承臂两臂前端分别穿有支撑轴，该支撑轴一端与安装在两臂外侧的翻转减速电机连接，另一端通过传动盘与磨头回转机构的支承环外圆相固定，两支撑轴同轴且通过该支承环绕连接盘的轴线。本发明还提供了磨削大型容器的方法。采用本发明的装置和方法可以方便灵活地对大型容器各处的焊缝、坡口及堆焊层进行贴合磨削；磨削面光滑能有效保证加工质量，工作效率高，加工者劳动强度小。
文档编号B24B5/00GK101234477SQ200810069429
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者云 黄 申请人:重庆三磨海达磨床有限公司;重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心