一种大尺寸陶瓷圆锥筒端面磨削装置的制作方法

一种大尺寸陶瓷圆锥筒端面磨削装置，属于端面磨削加工设备领域。

背景技术：

造纸机械除渣器是陶瓷锥筒，有不同型号，最大直径超过1000毫米，长度达3米，壁厚10—20mm的陶瓷圆锥筒与不锈钢外层护套装配后，因变形突出的陶瓷端面通常需要磨平。目前，生产企业使用的是人工手持角磨机修磨，因气动角磨机的动力达不到要求，只能用手持电动角磨机且不能加水。由于因人工操作用电安全原因不能加水磨削，粉尘污染严重，是车间粉尘和噪声的主要发生源。而且工人劳动强度大，环境恶劣，效率低。不但无水磨削消耗砂轮严重，而且人工磨削表面不平整，精度低。而一般通用的机械设备加工范围小于大型陶瓷锥的端面尺寸，无法满足要求。目前没有现成的方法和设备能实现加工要求，急需专用机床改进工艺。

目前国内外没有超过200毫米的大端面的加工设备，主要是刀具的长度受制约，刀杆加长后刚性不足，会发生震颤。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种加工直径较大、磨削平整、精度高、避免发生震颤的大尺寸陶瓷圆锥筒端面磨削装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大尺寸陶瓷圆锥筒端面磨削装置，包括底座和床身，床身上设有动力机构和旋转磨削机构，其特征在于：所述的床身底部通过直线进给机构安装在底座的顶部，旋转磨削机构的对立侧设有固定安装在底座上的工件夹紧机构；所述的旋转磨削机构包括公转机构和自转磨削机构，公转机构为中部安装在动力机构输出端上的平衡圆盘，平衡圆盘外端面上安装自转磨削机构；动力机构安装在床身的上部，动力机构的动力输出端通过传动机构分别连接公转机构和自转磨削机构。

本发明改变传统的端面磨削加工形式，采用将工件在专用工装上定位不动，磨头自传的同时沿一定半径公转进行磨削操作的形式，克服了大型陶瓷锥的端面加工低效率、高强度、高污染的问题，避免加工大端面使用大型设备造价高，行程受限的问题。加工精度高，磨头绕刀盘轴心旋转时形成的加工端面，只要与工件端面平行即可，不受刀盘变形的影响，完全保证工件的加工精度。设备造价低。与加工大规格工件的通用磨床相比，设备造价不到十分之一。寿命长，操作简单，用齿轮箱传递动力大，不易损坏。

所述的自转磨削机构包括至少两组齿轮箱，第一齿轮箱固定在所述平衡圆盘上，第二齿轮箱通过圆盘调节导轨机构安装在第一齿轮箱输出端上，第二齿轮箱的输出端上安装砂轮。

自转主轴电机通过主轴箱连接齿轮箱砂轮。两个齿轮箱作为动力传递，第一齿轮箱固定不动，第二齿轮箱可绕第一齿轮箱的被动轮轴线旋转调节，第一齿轮箱的主动齿轮和第二齿轮箱的被动齿轮轴间距尺寸等于需要加工零件的半径尺寸。第一齿轮箱上有圆盘轨道，第二齿轮箱沿轨道可整体旋转，根据加工的零件半径大小调整第二齿轮箱的位置，加工的陶瓷锥直径范围15—1000mm或更大。磨头根据工件端面直径大小，在不同半径范围旋转，砂轮自身高速旋转，旋转磨头的运动半径可调节大小，旋转直径可达1米或更大。电机动力经过两个齿轮箱的传递带动磨头旋转。主轴齿轮通过第一中间轮传递给第一被动轮，再传递给第二齿轮箱主轴齿轮，经第二中间轮传递给磨头齿轮，带动磨头高速旋转，解决磨头与动力电机直联时，磨头按轨迹旋转时的电缆缠绕线问题，实现用大转盘加磨头进行磨削。

所述的圆盘调节导轨机构包括圆盘导轨，圆盘导轨和第二齿轮箱的外缘对应设有多组调节孔，并通过多个调节孔和多组螺栓连接为一体，且圆盘导轨上设有供第二齿轮箱周向转动调节的环形凸台。

所述的平衡圆盘端面上设有多个配重调节孔，通过多个配重调节孔安装配重调节块。

所述的传动机构包括各自独立旋转的公转主轴和自转主轴，公转主轴和自转主轴为内外同心设置的两个轴套，公转主轴在外侧，自转主轴在内侧，公转主轴和自转主轴之间通过两对向心轴承支撑，公转主轴和自转主轴一端分别连接动力机构，另一端分别连接平衡圆盘和自转磨削机构。公转主轴由主轴箱的两个轴承支撑，公转和自传两主轴各自独立旋转。

所述的床身包括滑动底座，滑动底座上部安装动力机构，动力机构包括公转动力机构、自转动力机构和主轴箱，公转动力机构包括公转主轴电机和减速机，公转主轴电机输出端连接减速机，通过减速机连接主轴箱，通过主轴箱连接平衡圆盘中部设置的圆盘主轴；所述的自转动力机构包括自传主轴电机，自传主轴电机输出端通过主轴箱连接传动机构。

自转主轴电机为调频电机，可调节主轴转速，砂轮线速度在400—500m/分钟时磨削效果较好，可根据砂轮直径大小，调节砂轮转速。磨削大锥端面时用直径200mm左右的砂轮，主轴转速在700转/分左右，磨削小锥筒端面时用100mm左右的砂轮，主轴转速在1400转/分钟左右。公转主轴电机为可调节转速，根据磨削进给量可调节公转快慢。一般15--20转/分钟左右效果较好。

所述的直线进给机构包括直线驱动电机、丝杠、导轨和滑块，导轨水平铺设在底座的顶部，导轨上方或一侧设有与直线驱动电机连接的丝杠，丝杠上套装滑块，滑块下部或一侧滑动连接导轨，滑块上部连接床身下部。

所述的工件夹紧机构包括工装限位块、夹紧定位支架和调节底板。

定位支架为两个直角三角形支架，两垂直支架的中间各有一个定位孔，孔的中心高等于磨头公转的圆心高。陶瓷锥筒上不锈钢护套法兰均匀分布的螺栓孔作为定位孔，工件紧固到支架上，工件的圆心与磨头公转的圆心一致。垂直支架的端面作为定位面，工件法兰的端面作为夹紧面，用螺栓夹紧后工件端面与磨头公转形成的端面保持平行。若平行度有微小误差，可通过调节底板进行高低微调，使磨头旋转端面与工件端面保持平行。加工不同尺寸的圆锥筒时，只要调节两个夹紧支架之间的距离，等于圆锥筒法兰盘的直径，就可保证工件的定位精度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明克服了大型陶瓷锥筒的端面加工低效率、高强度、高污染的问题，避免加工大端面使用大型设备造价高，行程受限的问题。工件在专用工装上定位不动，磨头既自转又公转，磨头根据工件端面直径大小，在不同半径范围旋转，砂轮自身高速旋转，旋转磨头的运动半径根据工件端面大小进行调节，旋转直径可达1米或更大。

消除污染，改善工作环境，极大降低劳动强度，磨头加切削液润滑防尘，磨削的材料被切削液带走，流到水箱中，经三级沉淀循环使用。

安全高效，人工磨削每个工作日加工1个圆锥，本方法及设备用3至5kw的主电机，只用十五分钟即可加工一件，每个工作日加工三十多个，效率提高30倍。设备防护好，消除人工操作的安全隐患。

加工精度高，磨头绕刀盘轴心旋转时形成的加工端面，只要与工件端面平行即可，而两端面的平行度由工装夹紧装置保证。不受刀盘变形的影响，完全保证工件的加工精度。设备造价低。与加工大规格工件的通用磨床相比，设备造价不到十分之一。寿命长，操作简单，用齿轮箱传递动力大，不易损坏。

附图说明

图1为大尺寸陶瓷圆锥端面磨削装置外形结构示意图。

图2为大尺寸陶瓷圆锥端面磨削装置内部结构示意图。

图3为两组齿轮箱连接关系示意图。

图4为大尺寸陶瓷圆锥端面磨削装置俯视图示意图。

其中，1、陶瓷工件2、工装限位块3、传递齿轮箱4、控制面板5、床身6、直线驱动电机7、夹紧定位支架8、底座9、旋转调节盘10、平衡圆盘11、圆盘主轴12、主轴箱13、圆盘齿轮安装架14、调节底板15、减速机16、自转主轴电机17、丝杠18、导轨19、滑块20、滑动底座21、配重调节块22、砂轮23、支撑筋板24、切削液管25、第二齿轮箱26、圆盘导轨27、公转主轴28、第一齿轮箱29、外壳体30、公转主轴电机31、自转主轴。

具体实施方式

图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

参照附图1~4：一种大尺寸陶瓷圆锥端面磨削装置，包括底座8和床身5，床身5上设有动力机构和旋转磨削机构，床身5底部通过直线进给机构安装在底座8的顶部，旋转磨削机构的对立侧设有固定安装在底座8上的工件夹紧机构；旋转磨削机构包括公转机构和自转磨削机构，公转机构为中部安装在动力机构输出端上的平衡圆盘10，平衡圆盘10外端面上安装自转磨削机构；动力机构安装在床身5的上部，动力机构的动力输出端通过传动机构分别连接公转机构和自转磨削机构。

自转磨削机构包括至少两组齿轮箱，第一齿轮箱28固定在平衡圆盘10上，第二齿轮箱25通过圆盘调节导轨机构安装在第一齿轮箱28输出端上，第二齿轮箱25的输出端上安装砂轮22。第一齿轮箱28的从动轮齿轮轴与第二齿轮箱25的主动轮齿轮轴之间用弹性联轴器连接。圆盘调节导轨机构包括圆盘导轨26，圆盘导轨26和第二齿轮箱25的外缘对应设有多组调节孔，并通过多个调节孔和多组螺栓连接为一体，且圆盘导轨26上设有供第二齿轮箱25周向转动调节的环形凸台。平衡圆盘10端面上设有多个配重调节孔，通过多个配重调节孔安装配重调节块21。

传动机构包括各自独立旋转的公转主轴27和自转主轴31，公转主轴27和自转主轴31为内外同心设置的两个轴套，公转主轴27在外侧，自转主轴31在内侧，公转主轴27和自转主轴31之间通过两对向心轴承支撑，公转主轴27和自转主轴31一端分别连接动力机构，另一端分别连接平衡圆盘10和自转磨削机构。

床身5包括滑动底座20，滑动底座20上部安装动力机构，动力机构包括公转动力机构、自转动力机构和主轴箱12，公转动力机构包括公转主轴电机16和减速机15，公转主轴电机16输出端连接减速机15，通过减速机15连接主轴箱12，通过主轴箱12连接平衡圆盘10中部设置的圆盘主轴11；自转动力机构包括自传主轴电机30，自传主轴电机30输出端通过主轴箱12连接传动机构的自转主轴31。

直线进给机构包括直线驱动电机6、丝杠17、导轨18和滑块19，导轨18水平铺设在底座8的顶部，导轨18上方或一侧设有与直线驱动电机6连接的丝杠17，丝杠17上套装滑块19，滑块19下部或一侧滑动连接导轨18，滑块19上部连接床身5下部。

工件夹紧机构包括工装限位块2、夹紧定位支架7和调节底板14，工件夹紧机构一侧配装切削液喷出机构。

工作过程及工作原理：

根据工件的直径大小，调节夹紧装置的两支撑之间距离，定位孔的距离等于工件法兰盘上相对的两孔的距离，夹紧工件。

根据工件的半径调节磨头旋转半径的大小，松开圆盘导轨26上的紧固螺栓，旋转第二齿轮箱25，使砂轮22的外缘与工件1的加工半径相等。紧固圆盘螺栓，固定第二齿轮箱25。由齿轮轴带动砂轮22旋转。同时平衡圆盘10低速转动，砂轮22的磨头在调整的半径范围内进行磨削。同时由伺服电机实现进给。

本发明的组装及加工步骤如下：

1）床身上安装导轨18，工作台前后移动由伺服电机控制，平衡圆盘10为直径可达1米的金属圆盘；由于齿轮箱重量20多千克，用金属圆盘可有效解决磨头的动平衡问题，方便加平衡块。

2）公转主轴27和自转主轴31为两根同心轴，4个轴承支撑，公转主轴27和自转主轴31各自独立旋转。外圆轴为公转主轴27，安装平衡圆盘10，内轴为自转主轴31，安装主轴带轮。

3）在第一齿轮箱28上设计圆盘导轨26，第二齿轮箱25可沿圆盘导轨26移动，根据工件1半径大小调节磨头的旋转半径。

4）在平衡圆盘10上安装固定第一齿轮箱28，在第一齿轮箱28上安装第二齿轮箱25，主轴电机16带动主轴齿轮，经过三级传递最终传递给磨头齿轮，带动砂轮22转动，转速大小由自转主轴调频电机调节。

5）调整磨削半径时，因第一组齿轮箱28的从动轮齿轮轴与第二齿轮箱25的主动轮齿轮轴之间用弹性联轴器连接。松开第二齿轮箱25底部的紧固螺栓，第二齿轮箱25可沿圆盘导轨26移动磨头，位置以砂轮的外延不触碰锥筒不锈钢法兰的內沿为准。调整到位后紧固导轨螺栓。调整磨头旋转半径，使半径小于不锈钢法兰凹陷内径，大于法兰小径。缓慢旋转大刀盘，微调第二齿轮箱25位置，调好后大盘停止旋转，锁紧第二齿轮箱25。

6）工件1装夹定位好后，开机，根据砂轮22直径大小调整主轴转速，伺服电机驱动砂轮22进给。磨头砂轮22高速旋转，平衡圆盘10带动磨头沿一定半径旋转。平衡圆盘10前后移动实现进给。

7）磨削液冷却润滑，除尘。

整台设备体积小，造价低，精度高。原先人工每天最多加工1个，使用该设备后磨削时间十分钟，加上工件安装调整，总共不到十五分钟一个，效率提高30倍。最关键的是磨削过程中加磨削液，实现自动加工，解决了污染问题。本发明的陶瓷端面的加工方法也适合于其他材料的端面加工，只要根据工件材料更换不同的刀具即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。