一种内孔打磨设备及其打磨方法与流程

本发明属于切削加工技术领域，具体涉及一种可对任意长度的内孔进行磨削加工的内孔打磨设备及其打磨方法。

背景技术：

在切削加工中，长管型零件的内壁加工是一个长期困扰所有机械人的难题，其主要原因在于刀杆的长度随管型零件长度的增加而加长，并由于内孔尺寸的限制，刀杆直径不可能无限制加大，因而位于远端的切削点的刚度变弱，在切削力作用下其变形量也随长度的增加而增大，最终导致加工后的管内壁呈不规则的锥形，影响内孔的直线度和粗糙度。

针对上述问题，若能提出一种新结构的打磨设备，并改变加工方法，使刀具长度恒定，不用随内孔长度增加而加长，则可大幅提高刀具刚度，减少切削变形量，显著改善加工质量，对根本解决长管型零件内壁的加工难题具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种内孔打磨设备及其打磨方法，其刀具长度恒定、不用加长，可在任意长度的内孔内进行磨削加工，以解决现有技术由于刀杆长度随零件长度的增加而加长所导致加工质量不高的问题。

为达到上述目的，本发明之一提供如下技术方案：

一种内孔打磨设备，包括打磨头组件和打磨制动组件，所述打磨头组件包括气动马达和与马达转轴可拆卸固定的打磨头，所述打磨制动组件包括外壳和设置在外壳内相互独立的驱动气路、制动气路及行进气路，所述外壳为一端开口、一端封闭的圆柱筒，气动马达从开口端进入圆柱筒内与圆柱筒固定，所述驱动气路为设置在圆柱筒封闭端与气动马达连通的轴向进气孔，所述行进气路为多个均布在所述圆柱筒筒体圆周方向与轴向方向呈一定夹角指向加工内壁的倾斜气孔，所述制动气路包括设置在外壳外表面上与外部气源连通的环状储气腔和多个均布在储气腔圆周方向垂直指向加工内壁的径向气道，任一所述径向气道上设置有止动器，所述止动器包括弹性轮、转轴、固定架和滑块，所述弹性轮通过转轴固定所述固定架上，所述滑块可滑动设置在径向气道上，一端与弹性轮固定架固定，一端通过限位块限制在储气腔内。

进一步，外壳内设置有一与外部气源连通的环状储气腔，多个所述径向气道与环状储气腔连通。

进一步，所述一定夹角为0-30°。

进一步，外壳上还设置有可与加工内壁贴合固定的弹性制动气囊。

进一步，外壳后端设置有用于驱动打磨设备在内壁移动的行进驱动翼。

进一步，所述径向气道与限位块的限位处设置有限位凸台，限位凸台与限位块设置有弹性垫。

本发明之二提供如下技术方案：

采用如上所述的内孔打磨设备的打磨方法，包括如下步骤：

S1、将驱动气路、制动气路及行进气路分别与外部气源连通，并在连通的管路上设置控制阀；

S2、将打磨设备放置在打磨初始端，启动制动气路和驱动气路的控制阀；

S3、打磨一段时间后，关闭制动气路和驱动气路的控制阀，启动行进气路的控制阀；

S4、移动一段距离后，关闭行进气路的控制阀，启动制动气路和驱动气路的控制阀；

S5、重复S3、S4，直至打磨至打磨末端；

S6、将打磨设备放置在打磨末端，启动制动气路和驱动气路的控制阀；

S7、打磨一段时间后，关闭制动气路和驱动气路的控制阀，启动行进气路的控制阀；

S8、移动一段距离后，关闭行进气路的控制阀，启动制动气路和驱动气路的控制阀；

S9、重复S7、S8，直至打磨结束。

进一步，所述一段时间是指打磨头打磨其与自身长度相当的内孔区域，其质量达到设定要求所花费的时间。

进一步，所述一段距离应小于打磨头的长度。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过三个相互独立的气路分别提供驱动动力、制动动力及移动动力，并通过弹性轮提供制动阻尼实现在内孔内的打磨操作，实现在内孔内的打磨操作，取消了现有技术的长刀杆，其切削点刚度得到大幅增加，加工质量得到显著改善，可有效解决长管型零件的内壁加工存在的加工质量问题。

2)本发明适用于任意长度的内孔加工，促进了长内孔加工的经济性、实用性及可靠性，是对切削加工的有益补充和丰富，具有较高的实用及经济价值。

3)本发明只有一个打磨头和打磨制动组件，其结构简单，且易于加工，其制造成本也可显著降低。

4)本发明通过正向和逆向打磨，可避免打磨末端无法打磨的问题，同时，也可对接打磨纹路，满足质量要求。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的三维图；

图2为本发明的主视图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明的剖视图；

图5为图4的局部放大图。

附图标记：

1-打磨头组件；2-打磨制动组件；3-气动马达；4-打磨头；5-外壳；6-轴向进气孔；7-径向气道；8-倾斜气孔；9-环状储气腔；10-弹性轮；11-进气孔；12-转轴；13-固定架；14-滑块；15-限位块；16-弹性垫；17-限位凸台。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1-4所示，一种内孔打磨设备，包括打磨头组件1和打磨制动组件2，具体的，打磨头组件包括气动马达3和与马达转轴可拆卸固定的打磨头4，打磨制动组件包括外壳5和设置在外壳内相互独立的驱动气路、制动气路及行进气路，本实施例的外壳为一端开口、一端封闭的圆柱筒，气动马达从开口端进入圆柱筒内与其固定，驱动气路为设置在圆柱筒封闭端与气动马达气路连通的轴向进气孔6，压缩空气从轴向进气孔进入，推动气动马达旋转，进而驱动打磨头工作，

如图5所示，制动气路包括设置在外壳外表面上与外部气源连通的环状储气腔9和多个均布在储气腔圆周方向垂直指向加工内壁的径向气道7，任一所述径向气道上设置有止动器，止动器包括弹性轮10、转轴12、固定架13和滑块14，弹性轮通过转轴固定所述固定架上，滑块可滑动设置在径向气道上，一端与弹性轮固定架固定，一端通过限位块15限制在储气腔内，限位块与滑块可拆卸连接固定，其尺寸应大于径向气道的直径，压缩空气从径向气道吹出气流，气流推动限位块、滑块及固定架，并推动弹性轮垂直贴紧于加工内壁，如图5所述，同时，由于止动器在圆周方向均均设置，因此，对打磨制动组件的多个压紧力是均匀的，使其更固定效果更好。

行进气路为多个均布在圆柱筒筒体圆周方向与轴向方向呈一定夹角指向加工内壁的倾斜气孔8，本实施例的一定夹角α为0-30°，如图4所示，众所周知，与轴线呈任意夹角，均存在侧向分力，因此，理论上，平行于轴线方向其产生的空气推力是最大的，但本发明的行进实际上是一种倒退操作，其气孔前方存在打磨头，打磨头会对空气流产生阻挡，减弱空气推力，且打磨头转轴长度又不能设计过长，因此，一定夹角α最优为10-20°，其大于这个角度则会产生过大的分力，轴向空气推力减小，小于这个角度则会受到打磨头的阻挡，减弱空气推力。

作为本实施例的改进，环状储气腔9通过进气孔11与外部气源连通，如图3所示，多个径向气道与环状储气腔连通，通过环状储气腔可保证多个径向气道的出气压力的一致性，从而使打磨制动组件的多个作用力更加均匀一致，进一步提高其工作的可靠性。

作为本实施例的改进，外壳上还设置有可与加工内壁贴合固定的弹性制动气囊，弹性制动气囊也呈环状设置在外壳上，当需要进一步制动时，可对弹性制动气囊充气，其在气压作用下，其膨胀与加工内壁贴合固定，提高摩擦阻尼和摩擦力。

作为本实施例的改进，外壳后端设置有用于驱动打磨设备在内壁移动的行进驱动翼，本实施例的行进驱动翼与气动马达连接，可在气动马达的作用下旋转工作，并产生向前或向后行进驱动力，可补充行进气路的行进驱动的不足，也可抵消行进气路的驱动力，提高或降低行进速度。

本实施例中，径向气道与限位块限位处设置有一限位凸台17，限位凸台17与限位块设置有弹性垫16，止动器停止工作时，在弹性垫的弹力恢复力作用下，弹性轮退回作为移动滚轮，通过合适的设计，其变形可以很小，由面接触变为点接触或线接触，可大幅减小打磨设备移动时与加工内壁之间的摩擦力，从而减小移动阻力。

采用如上的内孔打磨设备的打磨方法，包括如下步骤：

S1、将驱动气路、制动气路及行进气路分别与外部气源连通，并在连通的管路上设置控制阀；

S2、将打磨设备放置在打磨初始端，启动制动气路和驱动气路的控制阀，打磨设备开始工作，并在制动气路的作用下，弹性轮弹性变形，将打磨设备固定在打磨位置；

S3、当打磨头打磨完成其与自身长度相当的内孔区域、且其质量达到设定要求时，关闭制动气路和驱动气路的控制阀，弹性轮弹性恢复，与加工内壁之间的摩擦力减小，启动行进气路的控制阀，在空气推力下，打磨设备倒退；

S4、打磨设备倒退一个小于打磨头长度的距离后，关闭行进气路的控制阀，启动制动气路和驱动气路的控制阀，弹性轮弹性变形，将打磨设备固定在打磨位置；

S5、重复S3、S4，直至打磨至打磨末端，由于制动组件退出打磨末端无法制动，因此，需要反向打磨；

S6、将打磨设备放置在打磨末端，启动制动气路和驱动气路的控制阀，弹性轮弹性变形，将打磨设备固定在打磨位置；

S7、当打磨头打磨完成其与自身长度相当的内孔区域、且质量达到设定要求时，关闭制动气路和驱动气路的控制阀，启动行进气路的控制阀，弹性轮弹性恢复，与加工内壁之间的摩擦力减小，启动行进气路的控制阀，在空气推力下，打磨设备倒退；

S8、打磨设备倒退一个小于打磨头长度的距离后，关闭行进气路的控制阀，启动制动气路和驱动气路的控制阀，弹性轮弹性变形，将打磨设备固定在打磨位置；

S9、重复S7、S8，直至打磨结束。

当然，根据需要也可以采取边打磨边倒退的方式进行。

本实施例的技术效果：

1)本发明通过三个相互独立的气路分别提供驱动动力、制动动力及移动动力，并通过弹性轮提供制动阻尼，实现在内孔内的打磨操作，取消了现有技术的长刀杆，其切削点刚度得到大幅增加，加工质量得到显著改善，可有效解决长管型零件的内壁加工存在的加工质量问题。

2)本发明适用于任意长度的内孔加工，促进了长内孔加工的经济性、实用性及可靠性，是对切削加工的有益补充和丰富，具有较高的实用及经济价值。

3)本发明只有一个打磨头和打磨制动组件，其结构简单，且易于加工，其制造成本也可显著降低。

4)本发明通过正向和逆向打磨，可避免打磨末端无法打磨的问题，同时，也可对接打磨纹路，满足质量要求。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。