一种接触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。特别是涉及一种适用于加工脆性材料以及不耐热材料的接触式线带磨削加工装置。

背景技术：

随着航空、航天、汽车，摩托车以及轻工业的不断进步和发展，诸如铝合金、钛合金、不锈钢和结构钢等金属材料以及工程陶瓷等非金属材料的应用及其加工技术已越来越引起国内外制造商和材料专家学者们的普遍关注和高度重视。众所周知，金属材料具有优良的性能，然而其机械加工时，由于其具有的某些机械物理性能特点使其加工工艺性差、加工成本高。由于磨削加工往往是机械加工产品的最后一道加工工序，其加工效果的好坏直接影响到产品的最终质量和性能，因此面对现代工业发展对金属材料表面加工质量、精度、完整性和成本等提出的更高要求，传统的磨削方式主要是砂带磨削。

砂带磨削几乎能用于加工所有的工程材料，作为在先进制造技术领域有着“万能磨削”和“冷态磨削”之称的新型工艺，砂带磨削已成为与砂轮磨削同等重要的不可缺少的加工方法。现阶段砂带磨削金属材料工艺主要是指将环形的砂带放置到张紧轮以及接触轮的外圆上面，一定状态下，使旋转中的砂带与待加工工件的加工表面进行紧密接触，在压力作用下，利用这种摩擦力对金属材料进行磨削。砂带为单层磨粒涂复磨具，当磨削开始时，只有处于磨屑空间的少数磨粒参加切削，从而引起少量磨粒过载，在切削刃顶端崩刃、破裂或脱落。

此外，砂带磨削在实际应用中还存在诸多不足：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。同时为避免加工时砂带跑带，砂带磨削中的压磨轮往往做成纺锤状，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，提供一种可以实现高速重载超宽加工的接触式线带磨削加工装置。

本发明所采用的技术方案是：一种接触式线带磨削加工装置，包括有设置在床身前侧的用于支撑和移动被磨削工件的支撑单元，还设置有位于支撑单元上面且固定在床身前侧面上的倒三角形支架，用于对被磨削工件进行磨削的磨削机构，以及设置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，所述的磨削机构包括有由数根独立的金刚石线空间排布构成的金刚石线带和设置在倒三角形支架上用于支撑并驱动金刚石线带对被磨削工件进行磨削的收放线机构。

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，所述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，所述水平丝杠的后端通过轴承设置在所述工作台的后侧边上。

所述的倒三角形支架包括有：倒三角形侧架，分别一体连接在所述倒三角形侧架的三个角上的三个结构相同用于支撑收放线机构的轴承环，以及一端连接倒三角形侧架，另一端连接所述床身前侧面上的三个固定架，所述的三个固定架结构相同，均为l形结构，其中，三个l形结构的长边垂直连接在三角形侧架的三个边的中部，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左集线轮、右集线轮和压磨轮，所述左集线轮、右集线轮和压磨轮的一端分别对应连接在形成于三角形侧架水平边的左端和右端的轴承环内，所述左集线轮、右集线轮和压磨轮的另一端分别通过轴承连接在床身前侧面上，所述床身后侧面上对应所述的左集线轮、右集线轮和压磨轮分别各设置有一个左集线轮电机、右集线轮电机和压磨轮电机，所述左集线轮电机、右集线轮电机和压磨轮电机的输出轴分别贯穿所述床身与设置在所述床身前侧面上的左集线轮、右集线轮和压磨轮相连接，所述金刚石线一端缠绕在左集线轮上，另一端经过压磨轮缠绕到右集线轮上，压磨轮压在由所述金刚石线形成的金刚石线带上，使金刚石线带与工件表面接触并摩擦。

所述的左集线轮、右集线轮和压磨轮的外表面上分别形成有用于对所述的金刚石线进行导向的沟槽，形成在所述左集线轮、右集线轮和压磨轮外表面上的沟槽数量相等且是相互平行等间距设置。

形成在所述左集线轮和右集线轮外表面上的沟槽是相互平行且等间距形成的用于缠绕一定量的金刚石线的u型凹槽。

形成在所述压磨轮外表面上的沟槽是相互平行且等间距形成的v型凹槽，所述的金刚石线半嵌入在所述的v型凹槽内。

所述的左集线轮和右集线轮的外表面上分别形成有相互平行且等间距的用于缠绕一定量的金刚石线的u型凹槽，所述压磨轮的外表面为光滑结构，所述的形成在所述左集线轮和右集线轮外表面上的u型凹槽数量相等且是相互平行等间距设置，所述的金刚石线完全嵌入在所述的u型凹槽内。

所述的冷却机构包括有后侧面固定在所述的床身前侧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收放线机构中的压磨轮的两侧，且与压磨轮为平行设置，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。

本发明的一种接触式线带磨削加工装置，由于金刚石线与周围环境接触面积大，同时金属的导热性强于砂带的基材(纸、布、复合基带等)，加工时产生的磨削热大大降低，减少了磨削热引起的残余应力，提高了加工面的表面质量。同时，接触式线带磨削加工时金刚石线之间有间隙，线带高速运动时可将产生的磨屑带出并自然抖落，刀具不易堵塞，可以实现高速重载超宽加工。线带失效后更换方便，免去了修整砂轮的工序，节约了成本。金刚石线强度高、寿命长，加工效率高。适用于磨削平面、曲面、外圆、异形轴等，尤其适用于钛合金、工程陶瓷、超高合金钢、蓝宝石等难加工材料的磨削加工。

附图说明

图1是本发明接触式线带磨削加工装置的整体结构示意图；

图2是本发明接触式线带磨削加工装置的正面结构示意图；

图3是本发明接触式线带磨削加工装置的侧面结构示意图；

图4是本发明中三角形支架的整体结构示意图；

图5是本发明中左集线轮和右集线轮上形成的u型凹槽结构示意图；

图6是本发明中压磨轮上形成的v型凹槽结构示意图。

图中

1：床身2：左集线轮

3：喷嘴4：l型冷却液导路

5：冷却液回收槽6：导轨

7：导柱8：垂直丝杠

9：垂直电机10：工作台

11：滑块12：金刚石线

13：压磨轮14：右集线轮

15：水平丝杠16：水平电机

17：左集线轮电机18：右集线轮电机

19：压磨轮电机20：u型凹槽

21：v型凹槽22：金刚石线带

23：倒三角形支架231：倒三角形侧架

232：轴承环233：固定架

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种接触式线带磨削加工装置做出详细说明。

本发明的一种接触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装置。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。两个集线轮和压磨轮轴向长度相同，平行排布，空间具体排布方位可以根据实际工况改变。轮上开有密集排布的沟槽用以约束金刚石线，相邻沟槽之间距离相等互相平行，但并不相通。金刚石线从左集线轮绕出，经过压磨轮回到右集线轮，在空间排布形成金刚石线带。金刚石线带在集线轮和压磨轮旋转带动下高速旋转。压磨轮在金刚石线带上施加一定的压力，使之与工作表面相接触，并产生相对摩擦，从而进行磨削。集线轮和压磨轮正向运动一定距离，就会减速、停止、反向运行一段距离。反向运行时金刚石线从右集线轮绕出经过压磨轮回到左集线轮。集线轮和压磨轮空间排布方式可根据实际需要进行设计。金刚石线带下方是用以固定工件实现进给的工作台。本发明采用了金刚石线带这一特殊的磨削加工刀具，相比传统的砂轮磨削以及砂带磨削，加工表面热低，磨屑不易堵塞刀具，可以实现高速重载超宽加工，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、图3所示，本发明的一种接触式线带磨削加工装置，包括有设置在床身1前侧的用于支撑和移动被磨削工件的支撑单元，还设置有位于支撑单元上面且固定在床身1前侧面上的倒三角形支架23，用于对被磨削工件进行磨削的磨削机构，以及设置在床身1前侧面上的用于对磨削机构进行降温的冷却机构，所述的支撑单元包括有设置在所述冷却机构的冷却液回收槽5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，所述的磨削机构包括有由数根独立的金刚石线12空间排布构成的金刚石线带22和设置在倒三角形支架23上用于支撑并驱动金刚石线带22对被磨削工件进行磨削的收放线机构。

所述的垂直移动机构包括有工作台10和呈对角线状的分别设置所述冷却液回收槽5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8，所述工作台10上对应两个所述的垂直丝杠8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8螺纹连接，所述冷却液回收槽5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10的导柱7，每一个所述的导柱7与位于冷却液回收槽5同一侧边上的垂直丝杠8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10上的两条导轨6，安装在所述两条导轨6上并能够沿所述两条导轨6前后移动的滑块11，所述滑块11通过形成在中部的前后贯通的内螺纹连接有水平丝杠15，所述水平丝杠15的前端连接设置在所述工作台10前侧边上的水平电机16，所述水平丝杠15的后端通过轴承设置在所述工作台10的后侧边上。

如图4所示，所述的倒三角形支架23包括有：倒三角形侧架231，分别一体连接在所述倒三角形侧架231的三个角上的三个结构相同用于支撑收放线机构的轴承环232，以及一端连接倒三角形侧架231，另一端连接所述床身1前侧面上的三个固定架233，所述的三个固定架233结构相同，均为l形结构，其中，三个l形结构的长边垂直连接在三角形侧架231的三个边的中部，三个l形结构的短边分别通过螺栓固定在所述床身1的前侧面上。

如图1、图2、图3、图4所示，所述的收放线机构包括有左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13，所述左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13的一端分别对应连接在形成于三角形侧架231水平边的左端和右端的轴承环232内，所述左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13的另一端分别通过轴承连接在床身1前侧面上，所述床身1后侧面上对应所述的左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13分别各设置有一个左集线轮电机17、右集线轮电机18和压磨轮电机19，所述左集线轮电机17、右集线轮电机18和压磨轮电机19的输出轴分别贯穿所述床身1与设置在所述床身1前侧面上的左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13相连接，所述金刚石线12一端缠绕在左集线轮2上，另一端经过压磨轮13缠绕到右集线轮14上，即金刚石线12从左集线轮2绕出经由压磨轮13回到右集线轮14。压磨轮13压在由所述金刚石线12形成的金刚石线带22上，使金刚石线带22与工件表面接触并摩擦。

近百根金刚石线12在左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13的张紧下平行排布，在空间形成线带。线带的宽度从20mm到100mm不等。金刚石线之间留有一定间距，间距优选金刚石线直径的二分之一。集线轮上每圈沟槽中的金刚石线都是独立的，互不相连。集线轮上的金刚石线互相叠加，通过线之间摩擦力和线末端固定在集线轮表面提供拉力，保证金刚石线在加工时能够张紧。

磨削加工时，金刚石线每正向旋转距离l1，左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13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线带前进的距离。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。

所述的左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13的外表面上分别形成有用于对所述的金刚石线12进行导向的沟槽，形成在所述左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13外表面上的沟槽数量相等且是相互平行等间距设置，每个沟槽内均有一根单独的金刚石线12。

如图5所示，形成在所述左集线轮2和右集线轮14外表面上的沟槽是相互平行且等间距形成的用于缠绕一定量的金刚石线的u型凹槽20，所述的金刚石线12整体嵌入在所述的u型凹槽20内。

如图6所示，形成在所述压磨轮13外表面上的沟槽是相互平行等间距形成的v型凹槽21，所述的金刚石线12半嵌入在所述的v型凹槽21内。

在实际使用中，若所述压磨轮13的沟槽的槽深过浅，会导致沟槽开口较小，金刚石线布线难度增加，同时，也会造成金刚石线嵌入深度不够，在所述压磨轮高速运转的过程中，金刚石线容易产生跳线，对磨削效果造成不良产生。而当沟槽的槽深过深，对压磨轮开槽加工精度的要求会提高，开槽所需时间加长；另外，槽深过深会使得线槽的槽壁强度减弱，其在使用过程中金刚石线对其的磨损更快使用寿命缩短；槽深过深，还会使得所述压磨轮允许的开槽次数减少，导致压磨轮使用成本上升。因此，v型凹槽21的槽深对所述压磨轮的开槽加工精度、布线难易、钢线的固定精度等均有重要影响，需根据实际情况选择合适槽深。

本发明的左集线轮2、右集线轮14和压磨轮13外表面上的沟槽形状还可以是，所述的左集线轮2和右集线轮14的外表面上分别形成有相互平行且等间距的用于缠绕一定量的金刚石线的u型凹槽20，所述压磨轮13的外表面为光滑结构，所述的形成在所述左集线轮2和右集线轮14外表面上的u型凹槽20数量相等且是相互平行等间距设置，所述的金刚石线12完全嵌入在所述的u型凹槽20内。

所述的冷却机构就为了降低磨削热对加工表面烧伤的影响，具体包括有后侧面固定在所述的床身1前侧的冷却液回收槽5和两个l型冷却液导路4，两个所述l型冷却液导路4垂直部分的底端构成进液口与所述冷却液回收槽5的出液口相连接，所述冷却液回收槽5的出液口处设置有出液泵，两个所述l型冷却液导路4的水平部分分别位于收放线机构中的压磨轮13的两侧，且与压磨轮13为平行设置，所述l型冷却液导路4水平部分的端头构成向由金刚石线12构成的金刚石线带22上喷洒冷却液的喷嘴3。通过将冷却液喷洒至金刚石线带22上与金刚石线发生热交换，降低金刚石线及工件表面温度。喷嘴的长度应和压磨轮长度一致，靠近金刚石线的一侧开有一系列小孔，使冷却液流出。冷却液主要有3个作用：一是冷却作用；二是润滑作用；三是冲洗作用。