一种多线磨削加工装置的制作方法

本实用新型涉及一种磨削加工装置。特别是涉及一种用于超硬材料磨削加工的多线磨削加工装置。

背景技术：

多线切割技术是在20世纪90年代开始发展起来的。这种切割方式是把一根细长的钢线缠绕在排线轮上，钢线两头分别由放线机构与收线机构拉紧。在收放线机构与排线轮之间装有若干张力控制轮，用以控制钢丝的刚度。排线轮高速正反向有节奏地旋转实现钢线往复运动，同时将砂浆带入加工区域进行研磨切割。砂浆是由切削液(如聚乙二醇)和碳化硅微粉按照一定的比例混合而成的具有一定黏度的流体。后来发展到把金刚石颗粒固结到金刚石线上，直接用金刚石线组成线网进行加工。多线切割能一次同时切割上千片硅片，切割效率相对传统的内外圆切割要高的多。所以在大直径硅片加工领域和太阳能硅片领域它已取代传统的内外圆切割成为这一领域的主力军。

工程陶瓷、航空材料、碳纤维增强复合材料，光学玻璃、陶瓷、单晶硅、人工晶体、红蓝宝石以及各种石材等超硬材料因耐磨性好、硬度高、抗腐蚀性能优良等而在工业中的应用渐趋普遍。尤其在航空航天、电子、光学、仪器仪表、国防及民用工业等诸多领域中的应用越来越广泛。由于硬脆材料同时具有高脆性、低断裂韧性及材料弹性极限与强度非常接近等特点，因此加工难度很大，加工稍有不当，便会引起工件表面组织的破坏。非金属超硬材料一般采用金刚石砂轮进行磨削加工。但这种加工方式效率低且成本高，砂轮易堵塞，加工温度高易烧伤工件表面，制约了非金属超硬材料在工业中的应用。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以磨削棒料、磨削平面，磨削阶梯轴等的多线磨削加工装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种多线磨削加工装置，包括有床身，所述床身前侧分别设置有：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，位于所述磨削机构下面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，其中，所述的磨削机构包括有连接在床身前侧面上且分别位于所述倒三角形支架底角两侧的用于缠绕金刚石线的放线轮和收线轮，以及设置在所述倒三角形支架上的用于通过支撑而将放线轮和收线轮之间的金刚石线排成金刚石线排并驱动金刚石线排对被磨削工件进行磨削的左导轮、右导轮和接触轮，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。

所述床身前侧面上还设置有分别用于对从放线轮放出的金刚石线和将要进入收线轮的金刚石线进行拉紧的张紧机构。

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在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工作台滑块，所述工作台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分别支撑所述左导轮、右导轮和接触轮一端的轴承环，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丝固定在所述床身的前侧面上。

所述左导轮和右导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，所述左导轮和右导轮的另一端分别通过轴承连接在床身前侧面上，所述接触轮的一端连接在形成于三角形侧架两个斜边下端的轴承环内，所述接触轮的另一端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导轮、右导轮和接触轮分别各设置有一个驱动电机，三个所述的驱动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导轮、右导轮和接触轮相连接。

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，所述接触轮的外表面上形成有用于支撑金刚石线的V型凹槽，所述的金刚石线半嵌入在所述的V型凹槽内。

所述的放线轮和收线轮结构相同，均包括有用于缠绕金刚石线的轮体，所述轮体的一端通过轴承连接在所述床身前侧面上，另一端一体形成有沿径向向外凸出的用于防止缠绕的金刚石线从所述的轮体脱落的凸边，所述床身后侧面上对应所述的放线轮和收线轮分别各设置有一个绕线电机，两个所述的绕线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放线轮和收线轮相连接。

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接触轮的两侧，且与接触轮为平行设置，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排上喷洒冷却液的喷嘴。

本实用新型的一种多线磨削加工装置，多线磨削同时有近百根金刚石线参与磨削，加工效率高；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，降低切削热，减少工件表面热损伤。本实用新型的装置可以磨削棒料、磨削平面，磨削阶梯轴等，只需对接触轮参数及工件夹具做适当调整即可。

本实用新型的一种多线磨削加工装置，采用多线磨削加工方式，在一次行程中总是以金刚石线的不同部分参与磨削，每一段金刚石线在参与磨削过后直到下次行程才会再次参与磨削，冷却时间增加，散热性会极大提高。热应力在工件上产生的变形也会大大减少。同时，由于多线磨削的独特的加工形式，金刚线间的容屑空间大，磨削过程中产生的切屑可以很容易的被带出。另外有少量的切屑残留在导轮槽内，也会在金刚石线连续的缠入缠出运动中被带出。

另一方面，多线磨削加工时有近百根线同时参与加工。随着金刚石线强度的提高，一次加工宽度会越来越大，实现超宽加工，相比传统加工方式效率大大提高。此外，金刚石线生产已经实现产业化，价格低廉，省去了砂轮修整所需的人力成本和经济成本。换线不需要复杂设备辅助，普通工人即可操作。

附图说明

图1是本实用新型一种多线磨削加工装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型一种多线磨削加工装置的正面结构示意图；

图3是本实用新型一种多线磨削加工装置的侧面结构示意图；

图4是本实用新型中倒三角形支架的整体结构示意图；

图5是本实用新型中左导轮和右导轮外侧面的结构示意图；

图6是本实用新型中接触轮外侧面的结构示意图。

图中

1：床身 2：左导轮

3：张紧机构 4：接触轮

5：放线轮 6：工作台

7：冷却液回收槽 8：导柱

9：垂直电机 10：垂直丝杠

11：导轨 12：工作台滑块

13：L型冷却液导路 14：收线轮

15：喷嘴 16：金刚石线排

17：倒三角形支架 171：三角形侧架

172：轴承环 173：固定架

18：金刚石线 19：右导轮

20：水平丝杠 21：水平电机

22：驱动电机 23：U型凹槽

24：V型凹槽 25：轮体

26：凸边 27：绕线电机

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的一种多线磨削加工装置做出详细说明

本实用新型的一种多线磨削加工装置，是结合多线切割和砂轮磨削的一种加工装置，将钢丝作为金刚石线基底，在钢丝表面均匀固结有一层人造金刚石磨粒。金刚石线依次通过放线轮、导轮、张紧机构，接触轮、导轮、张紧机构、收线轮在接触轮上排布形成磨削刀具，通过接触轮上的V型凹槽来保持金刚石线排的形态，避免在磨削加工时金刚线之间互相干扰，同时提供一定的法向磨削力，对工件进行磨削加工，在加工时有近百根金刚石线同时参与磨削。金刚颗粒在多线磨削加工时的载体不同，从刚体变为柔性体，运动方式由简单圆周运动变为不规则螺旋线运动。本实用新型可以磨削棒料、磨削平面，磨削阶梯轴等，只需对接触轮参数及工件夹具做适当调整即可。

如图1、图2、图3所示，本实用新型的一种多线磨削加工装置，包括有床身1，所述床身1前侧分别设置有：固定在床身1前侧面上的倒三角形支架17，用于对被磨削工件进行磨削的磨削机构，位于所述磨削机构下面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，其中，所述的磨削机构包括有连接在床身1前侧面上且分别位于所述倒三角形支架17底角两侧的用于缠绕金刚石线18的放线轮5和收线轮14，以及设置在所述倒三角形支架17上的用于通过支撑而将放线轮5和收线轮14之间的金刚石线18排成金刚石线排16并驱动金刚石线排16对被磨削工件进行磨削的左导轮2、右导轮19和接触轮4，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。

所述床身1前侧面上还设置有分别用于对从放线轮5放出的金刚石线18和将要进入收线轮14的金刚石线18进行拉紧的张紧机构3。

本实用新型中金刚石线的直径范围是0.01mm到0.35mm，不同直径的金刚石线上固结有不同粒度的金刚石颗粒，进行不同精度要求的磨削加工。

所述的垂直移动机构包括有工作台6和呈对角线状的分别设置在所述冷却液回收槽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6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。工作台在垂直电机9和垂直丝杠10的作用下上升，会把被加工工件推向接触轮，并产生一定的法向磨削力。

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6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工作台滑块12，工作台滑块12上设置有能够放置和旋转被磨削工件的机构。所述工作台滑块12通过形成在中部的前后贯通的内螺纹连接有水平丝杠20，所述水平丝杠20的前端连接设置在所述工作台6前侧边上的水平电机21，所述水平丝杠20的后端通过轴承设置在所述工作台6的后侧边上。

如图4所示，所述的倒三角形支架17包括有：倒三角形侧架171，分别一体连接在所述倒三角形侧架171的三个角上的三个结构相同用于分别支撑所述左导轮2、右导轮19和接触轮4一端的轴承环172，以及一端连接倒三角形侧架171，另一端连接所述床身1前侧面的三个固定架173。所述的三个固定架173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171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所示，所述左导轮2和右导轮19的一端分别对应连接在形成于三角形侧架171水平边的左端和右端的轴承环172内，所述左导轮2和右导轮19的另一端分别通过轴承连接在床身1前侧面上，所述接触轮4的一端连接在形成于三角形侧架171两个斜边下端的轴承环172内，所述接触轮4的另一端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导轮2、右导轮19和接触轮4分别各设置有一个驱动电机22，三个所述的驱动电机22的输出轴分别贯穿所述床身1与设置在所述床身1前侧面上的左导轮2、右导轮19和接触轮4相连接。三个所述的驱动电机22必须速度同步，否则将产生多余应力，严重将导致断线。接触轮表面的切向速度和金刚石线的运行速度是一致的，金刚石线和接触轮之间应尽量避免相对运动。接触轮和被加工工件的表面切向速度必须不同，速度方向也可不同，且两者速度差值越大，加工效率越高。

如图5、图6所示，所述的左导轮2和右导轮19的外表面上分别形成有用于支撑金刚石线18并将金刚石线18排列成金刚石线排16的U型凹槽23，所述的金刚石线18完全嵌入在所述U型凹槽23内。所述接触轮4的外表面上形成有用于支撑金刚石线18的V型凹槽24，所述的金刚石线18半嵌入在所述的V型凹槽24内。所述左导轮2和右导轮19上的U型凹槽23和接触轮4上的V型凹槽24的个数相同，在缠绕时保证金刚石线以固定角度依次绕过左导轮2、右导轮19、接触轮和张紧轮。

左导轮2和右导轮19上的U型凹槽23的深度大于金刚石线的直径，大约为金刚石线直径的1.5倍。接触轮上V型凹槽24的深度小于金刚石线直径，大约为金刚石线直径的三分之二。加工时必须保证金刚石颗粒能够露出接触轮表面且留有一定余量。

如图1、图2所示，所述的放线轮5和收线轮14结构相同，均包括有用于缠绕金刚石线 18的轮体25，所述轮体25的一端通过轴承连接在所述床身1前侧面上，另一端一体形成有沿径向向外凸出的用于防止缠绕的金刚石线18从所述的轮体25脱落的凸边26，所述床身1 后侧面上对应所述的放线轮5和收线轮14分别各设置有一个绕线电机27，两个所述的绕线电机27的输出轴分别贯穿所述床身1与设置在所述床身1前侧面上的放线轮5和收线轮14 相连接。

如图1、图2、图3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13，两个所述L型冷却液导路13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13的水平部分分别位于所述接触轮4的两侧，且与接触轮4 为平行设置，所述L型冷却液导路13水平部分的端头构成向由金刚石线18构成的金刚石线带16上喷洒冷却液的喷嘴15。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。

本实用新型的一种多线磨削加工装置的工作过程：

第一次加工前，或者放线轮金刚石线用尽后，要进行布线工作。首先控制收线轮和放线轮、左导轮、右导轮和接触轮同步缓慢旋转，将线随着各轮的旋转缓慢的绕上去。金刚石线从收线轮出来后经过张紧机构进入磨削系统，将金刚石线放入左导轮的第一道U型凹槽中(如果需要，可使用划线器等辅助工具)，依次进入右导轮的第一条U型凹槽中，接触轮的第一条V型凹槽中。金刚石线再次回到左导轮时要进行偏移，绕在第二条U型凹槽中，这样循环下去，直绕到右导轮的最后第一条U型凹槽，绕一个大约80mm宽的线排上，最后回到收线轮。布线时金刚石线经过张紧机构，但其并不工作。将切割线速度从零缓慢增至5m/s运行一段时间，待金刚石线运行稳定以后，逐渐提高切割线速度直到达到20m/s，增加两侧切割线的张紧力直到达到33N。

将棒料固定在工作台滑块上，工作台逐渐靠近接触轮直至工件与金刚石线排接触，按照预先设定进给速度进行磨削加工。

磨削完成后，工作台离开接触轮，电机减速并静止，将工件从工作台滑块上取出。重新加载下一棒料进行加工。

金刚石线为消耗品，收线轮上金刚石线即将用尽时，应及时更换。为了减少换线时间，直接用装满新线的轮毂更换收线轮，再次加工时收线轮放线轮反转，将上一次加工时的收线轮作为放线轮，上一次加工时的放线轮作为收线轮，进行接下来的加工。