管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置和方法与流程

本发明涉及圆管表面处理技术领域，特别是涉及管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置和方法。

背景技术：

国内外同类研究多数集中于单项砂带无心磨削工艺技术或者单一磁力研磨技术的研究和装置开发：如重庆大学仅开发了适于粗磨、半精磨的砂带无心磨床，不涉及内孔复合研抛；北京第一机床厂开发了超精加工油石抛光专机，仅涉及研抛部分，未涉管件内部的研磨；清华大学开展了硬磁盘的开式砂带振动精密研抛技术，但同样未涉及内孔研磨；广东潮汕地区诸多企业对于外圆表面多数采用仿制美国专利的金刚石带振动抛光，但效率不高，成本太昂贵，都在要求改进新工艺。

对于实心棒料只需加工外圆表面，而空心管件需要内外表面都加工的场合。现有的做法是分两道工序来完成，即第一道工序，磨抛内孔，第二道工序再采用无心磨削磨抛外圆。现有技术存在以下问题：

1.管件研磨内孔和磨抛外圆工序多，效率低下。

2.设备多，占地面积大，安装不便。

3.转运多，操作复杂,加工时间长，劳动强度大。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置，其能够在一个设备上同时进行外圆无心磨削和内孔磁力研磨，工序少，工作效率高。

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工方法，利用该方法能够在一个设备上同时进行外圆无心磨削和内孔磁力研磨，工序少，工作效率高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置，包括支承装置、进给装置、外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置，支承装置用于支承圆管，进给装置用于使圆管同时保持轴向位移运动和周向旋转运动，外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置沿圆管长度方向依次设置，外圆砂带磨削装置用于对圆管外表面进行磨削，内孔磁力研磨装置用于为圆管内表面进行磁力研磨。进给装置使圆管的轴向位移运动和周向旋转运动与研磨抛光的进给运动结合统一起来，由于外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置沿圆管长度方向依次设置，因此能够同时进行圆管内表面磁力研磨和圆管外表面磨削，在一次的圆管自动通过后，内外表面都完成加工。把多工序多设备的流水加工作业缩减为单机复合加工，能够实现圆管在无心外圆抛光的同时，同时达到内孔研磨，即“内外兼修”，工序少，工作效率高。

进一步，内孔磁力研磨装置包括位于圆管周围的磁悬浮装置和励磁旋转磁场，位于圆管内部的磁性磨粒，磁性磨粒在磁悬浮装置和励磁旋转磁场的作用下高速旋转对圆管内表面进行研磨。采用磁悬浮技术实现磁性磨粒的有效控制，利用磁悬浮装置将磁性磨粒悬浮在空中，随着管件进给，当磁性磨粒进入圆管内时，关闭磁悬浮装置，则磁性磨粒自动添加进圆管内，无需人工添加，操作方便。励磁旋转磁场带动磁性磨粒高速旋转作为主运动，离心力和磁力对管壁施加压力以进行研磨。结合进给装置对管件施加的低速旋转和轴向移动，磁性磨粒在管壁研磨的轨迹研磨网纹十分复杂、细密，从而获得光滑的管件内壁表面。

进一步，进给装置包括第一双曲面调节轮、第二双曲面调节轮和调节轮驱动电机，调节轮驱动电机驱动第一双曲面调节轮和第二双曲面调节轮同步旋转，第一双曲面调节轮和第二双曲面调节轮分别抵接于圆管且位于圆管的同侧。采用这种结构后，在圆管轴向脱离第一双曲面调节轮之前，第二双曲面调节轮接替驱动圆管顺利完成通过磁悬浮装置和励磁旋转磁场，达到对内孔的全程研磨。

进一步，外圆砂带磨削装置包括接触轮、砂带以及接触轮驱动装置，砂带位于接触轮与圆管之间，接触轮抵接于砂带，接触轮驱动装置驱动接触轮旋转。采用这种结构后，砂带随着接触轮的旋转能够对圆管外表面进行抛光，砂带位于接触轮与圆管之间，使得砂带在接触轮的支持下，对圆管外圆表面的抛光更加有力，抛光效果更好。

进一步，外圆砂带磨削装置还包括驱动轮和张紧轮，接触轮、驱动轮和张紧轮呈三角形设置，砂带包裹于接触轮、驱动轮和张紧轮，接触轮驱动装置带动驱动轮旋转，驱动轮带动张紧轮和接触轮旋转。调节张紧轮张紧力能够使砂带以合适的力度抛光圆管外圆表面；接触轮、驱动轮和张紧轮呈三角形的设置使整个装置更平稳，并且能够调节砂带在接触轮处的包角，能够使砂带与圆管的接触面增大，抛光效率更高。

进一步，第一双曲面调节轮与接触轮分别位于圆管的后部两侧，第二双曲面调节轮位于圆管的前部。采用这种结构后，外圆砂带磨削装置在圆管上磨削抛光时，第一双曲面调节轮和第二双曲面调节轮对圆管施加相反方向的支持力，抛光效果更好，同时圆管受力更均衡，抛光过程更平稳，噪音更小。

进一步，支承装置包括位于圆管下方的工件托板，位于圆管两侧的沿圆管长度方向设置有若干个空套托辊，所述空套托辊与工件托板配合支撑圆管。采用这种结构后，工件不用装夹，降低劳动强度50％。工件托板支承圆管，若干个空套托辊设置于圆管两侧，能限制圆管在加工过程中水平跳动，而又不影响圆管的旋转，使圆管得以正常进给。

进一步，工件托板与圆管接触的面为斜面，斜面朝向外圆砂带磨削装置一侧倾斜。采用这种结构后，工件托板的斜面对圆管的作用力分解为对圆管向上的支承力和对圆管的水平推力，水平推力和砂带施加在圆管的作用力方向相反，使圆管在外圆砂带磨削抛光时受力均衡，抛光过程更平稳，噪音更小。

进一步，支承装置和进给装置设置于第一燕尾导轨底座上，外圆砂带磨削装置设置于第二燕尾导轨底座，第一燕尾导轨底座和第二燕尾导轨底座均位于带有燕尾槽导轨的床身上。采用这种结构后，第一燕尾导轨底座和第二燕尾导轨底座之间的距离可调，因此可以调节外圆砂带磨削装置与第一双曲面调节轮之间的距离，能够适应不同尺寸的圆管以及不同厚度的砂带，可以调节砂带抛光的力度。

管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工方法，将外圆砂带磨削的进给运动和内孔磁力研磨的进给运动结合在同一加工设备，外圆砂带磨削和内孔磁力研磨同时进行；磁性磨粒在未进入管内时，采用磁悬浮装置将磁性磨粒浮在圆管的中心位置，在圆管轴向移动使得磁性磨粒进入孔内，去掉磁悬浮磁场，起动励磁旋转磁场带动磁性磨粒高速旋转，并在磁性磨粒自身离心力作用下实现贴壁内孔研磨。采用该方法，圆管的轴向位移运动、周向旋转运动与内孔研磨、外圆抛光的进给运动结合统一起来，能够同时进行圆管内表面磁力研磨和圆管外表面磨削，在一次的圆管自动通过后，内外表面都完成加工。把多工序多设备的流水加工作业缩减为单机复合加工，能够实现圆管在无心外圆抛光的同时，同时达到内孔研磨，即“内外兼修”，工序少，工作效率高。采用磁悬浮技术实现对磁性磨粒的有效控制，可以将磁性磨粒自动添加进圆管内，无需人工添加，操作方便。励磁旋转磁场带动磁性磨粒高速旋转作为主运动，离心力和磁力对管壁施加压力以进行研磨。结合进给装置对管件施加的低速旋转和轴向移动，磁性磨粒在管壁研磨的轨迹研磨网纹十分复杂、细密，从而获得光滑的管件内壁表面。

总的说来，本发明具有如下优点：

进给装置使圆管的轴向位移运动和周向旋转运动与研磨抛光的进给运动结合统一起来，由于外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置沿圆管长度方向依次设置，因此能够同时进行圆管内表面磁力研磨和圆管外表面磨削，在一次的圆管自动通过后，内外表面都完成加工。把多工序多设备的流水加工作业缩减为单机复合加工，能够实现圆管在无心外圆抛光的同时，同时达到内孔研磨，即“内外兼修”，工序少，工作效率高。无需转运，占地面积小，操作简单，劳动强度小，安装方便，加工时间短，效率高，操作者劳动量小。内孔研磨和外圆抛光精度可达到it6～8级，粗糙度可达ra1.6～0.05，总体效率提高3倍以上，占地面积节省40％，人员减少为传统多工序的1/2。

附图说明

图1为本发明管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置的结构示意图。

图2为本发明管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置的另一个视角的结构示意图。

图3为图1中a处的截面结构示意图。

图4为磁悬浮装置的工作状态结构示意图。

图5为图1中b处的截面结构示意图。

图6为励磁旋转磁场定子的三相交流电星形接法示意图。

其中图1～图5中包括有：

1——砂带；

2——圆管(工件)；

31——空套托辊、32——工件托板；

41——调节轮驱动电机、411——第一传动轮、

42——第一双曲面调节轮、421——第二传动轮、422——第一支架、

43——第一传动带、44——第二双曲面调节轮、45——等速传动链；

51——磁悬浮装置、511——电磁铁、52——励磁旋转磁场、

522——励磁旋转磁场定子、53——磁性磨粒、531——磁性磨粒悬浮团；

61——接触轮、611——接触轮支架、62——驱动轮、

621——驱动轮支架、63——张紧轮、631——张紧轮支架、

632——弹簧、64——电动机、641——第一三角带轮、

642——第二传动带、643——第二三角带轮；

71——第一燕尾导轨底座、72——第二燕尾导轨底座、721——支架座；

8——床身、81——燕尾槽导轨。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

如图1、图2所示，管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工装置，包括支承装置、进给装置、外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置，支承装置用于支承圆管(工件)2，进给装置用于使圆管(工件)2同时保持轴向位移运动和周向旋转运动，外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置沿圆管(工件)2长度方向依次设置，外圆砂带磨削装置用于对圆管(工件)2外表面进行磨削，内孔磁力研磨装置用于为圆管(工件)2内表面进行磁力研磨。进给装置使圆管(工件)2的轴向位移运动和周向旋转运动与研磨抛光的进给运动结合统一起来，由于外圆砂带磨削装置和内孔磁力研磨装置沿圆管(工件)2长度方向依次设置，因此能够同时进行圆管(工件)2内表面磁力研磨和圆管(工件)2外表面磨削，在一次的圆管(工件)2自动通过后，内外表面都完成加工。把多工序多设备的流水加工作业缩减为单机复合加工，能够实现圆管(工件)2在无心外圆抛光的同时，同时达到内孔研磨，即“内外兼修”，工序少，工作效率高。

内孔磁力研磨装置包括位于圆管(工件)2周围的磁悬浮装置51和励磁旋转磁场52，位于圆管(工件)2内部的磁性磨粒53，磁性磨粒53在磁悬浮装置51和励磁旋转磁场52的作用下对圆管(工件)2内表面进行研磨。采用磁悬浮技术实现磁性磨粒53的有效控制，利用磁悬浮装置51将磁性磨粒53悬浮在空中，随着圆管(工件)2进给，当磁性磨粒53进入圆管(工件)2内时，关闭磁悬浮装置51，则磁性磨粒53自动添加进圆管(工件)2内，无需人工添加，操作方便。励磁旋转磁场52带动磁性磨粒53高速旋转作为主运动，离心力和磁力对管壁施加压力以进行研磨。结合进给装置对管件施加的低速旋转和轴向移动，磁性磨粒53在管壁研磨的轨迹(研磨网纹)十分复杂、细密，从而获得光滑的管件内壁表面。

如图3～图5所示，n为电磁铁511的n极，s为电磁铁511的s极。电磁铁511在通电时产生排斥磁力将磁性磨粒53浮在空中，形成磁性磨粒悬浮团531，即mf＝g,其中mf为磁性磨粒53受到的磁力，g为磁性磨粒53的重力。为便于磁性磨粒53进入圆管(工件)2内，在磁性磨粒悬浮团531进入圆管(工件)2内后可以关闭电磁铁511。当然也可以用其他措施完成磁性磨粒53的添加，如人工添加。磁性磨粒53随着圆管(工件)2轴向位移运动va和周向旋转运动vr，到达励磁旋转磁场定子522形成的励磁旋转磁场52。本实施例中，励磁旋转磁场定子522以三相交流电星形接法连接，励磁旋转磁场52转速为n＝60f/p，f为交流电频率，p为极对数。磁性磨粒53被励磁旋转磁场52带动并以速度vp旋转，开始对管壁施加研磨压力进行研磨。如图5、图6所示，u1、v1和w1分别是励磁旋转磁场定子522三个绕组的一端，u2、v2和w2分别是励磁旋转磁场定子522三个绕组的另一端，iu、iv和iw分别是通过三个绕组的电流。

如图1、图2所示，进给装置包括第一双曲面调节轮42、第二双曲面调节轮44和调节轮驱动电机41，调节轮驱动电机41驱动第一双曲面调节轮42和第二双曲面调节轮44同步旋转，第一双曲面调节轮42和第二双曲面调节轮44分别抵接于圆管(工件)2且位于圆管(工件)2的同侧。采用这种结构后，在圆管(工件)2轴向脱离第一双曲面调节轮42之前，第二双曲面调节轮44接替驱动圆管(工件)2顺利完成通过磁悬浮装置51和励磁旋转磁场52，达到对内孔的全程研磨。

第一双曲面调节轮42、第二双曲面调节轮44与接触轮61分别位于圆管(工件)2的两侧。采用这种结构后，外圆砂带磨削装置在圆管(工件)2上磨削抛光时，第一双曲面调节轮42和第二双曲面调节轮44对圆管(工件)2施加相反方向的支持力，抛光效果更好，同时圆管(工件)2受力更均衡，抛光过程更平稳，噪音更小。

支承装置还包括位于圆管(工件)2下方的工件托板32，位于圆管(工件)2两侧的沿圆管(工件)2长度方向设置有若干个空套托辊31，所述空套托辊31与工件托板32配合支撑圆管(工件)2。工件托板32支承圆管(工件)2，若干个空套托辊31设置于圆管(工件)2两侧，能限制圆管(工件)2在加工过程中水平跳动，而又不影响圆管(工件)2的旋转，使圆管(工件)2得以正常进给。

工件托板32与圆管(工件)2接触的面为斜面，斜面朝向外圆砂带磨削装置一侧倾斜。采用这种结构后，工件托板32的斜面对圆管(工件)2的作用力分解为对圆管(工件)2向上的支承力和对圆管(工件)2的水平推力，水平推力和砂带1施加在圆管(工件)2的作用力方向相反，使圆管(工件)2在外圆砂带磨削抛光时受力均衡，抛光过程更平稳，噪音更小。

本实施例中，调节轮驱动电机41与第一传动轮411固定联接，通过第一传动带43将运动和动力传至第二传动轮421，进而传至位于第一支架422上的第一双曲面调节轮42，第一双曲面调节轮42与圆管(工件)2呈现α角交叉接触，使得接触线为直线，绕第一双曲面调节轮42中心线回转运动vf分解为轴向进给运动va和周向旋转运动vr，从而带动圆管(工件)2在空套托辊31之间回转并作轴向移动。调节轮驱动电机41、第一支架422和工件托板32通过螺钉与第一燕尾导轨底座71固定联接，并可以随第一燕尾导轨底座71与燕尾槽导轨81做调节运动ar。

第二双曲面调节轮44通过等速传动链45获得与第一双曲面调节轮42一样大小的回转运动vf，同样分解为轴向进给运动va和周向旋转运动vr。在圆管(工件)2轴向脱离第一双曲面调节轮42之前，接替驱动圆管(工件)2顺利通过磁悬浮装置51和励磁旋转磁场52，达到对内孔的全程研磨。

外圆砂带磨削装置包括接触轮61、砂带1以及接触轮61驱动装置，砂带1位于接触轮61与圆管(工件)2之间，接触轮61抵接于砂带1，接触轮61驱动装置驱动接触轮61旋转。采用这种结构后，砂带1随着接触轮61的旋转能够对圆管(工件)2外表面进行抛光，砂带1位于接触轮61与圆管(工件)2之间，使得砂带1在接触轮61的支持下，对圆管(工件)2外圆表面的抛光更加有力，抛光效果更好。

外圆砂带磨削装置还包括驱动轮62和张紧轮63，接触轮61，驱动轮62和张紧轮63和接触轮61呈三角形设置，砂带1包裹于接触轮61、驱动轮62和张紧轮63。电动机64的动力和运动通过第一三角带轮641和第二传动带642传至第二三角带轮643；驱动轮62与第二三角带轮643同轴固定联接，从而带动驱动轮62旋转，驱动轮62通过砂带1带动张紧轮63和接触轮61旋转。弹簧632的弹力使得张紧轮63将砂带1张紧并防止跑偏，调节张紧轮63张紧力能够使砂带1以合适的力度抛光圆管(工件)2外圆表面；接触轮61、驱动轮62和张紧轮63呈三角形的设置使整个装置更平稳，并且能够调节砂带1在接触轮61处的包角，能够使砂带1与圆管(工件)2的接触面增大，抛光效率更高。

支承装置和进给装置设置于第一燕尾导轨底座71上，外圆砂带磨削装置设置于第二燕尾导轨底座72，第一燕尾导轨底座71和第二燕尾导轨底座72均位于带有燕尾槽导轨81的床身8上。采用这种结构后，第一燕尾导轨底座71和第二燕尾导轨底座72之间的距离可调，因此可以调节外圆砂带磨削装置与第一双曲面调节轮42之间的距离，能够适应不同尺寸的圆管(工件)2以及不同厚度的砂带1，可以调节砂带1磨抛的力度。

本实施例中，接触轮61空套在接触轮支架611上，驱动轮62与第二三角带轮643同轴固定联接，并通过轴承固定在驱动轮支架621上，张紧轮63空套在张紧轮支架631上，接触轮支架611和驱动轮支架621都与支架座721通过螺栓固定联接，张紧轮支架631与支架座721通过弹性材料，如弹簧632做浮动联接，即弹簧632提供必要的砂带1张紧力，并充当砂带1快换机构，更换砂带1时只需压下弹簧632，取下砂带1或套上新砂带1。电动机64位于支架座721内部，其动力和运动通过第一三角带轮641、第二传动带642和第二三角带轮643传至驱动轮62，通过砂带1进一步传至张紧轮63和接触轮61，砂带1获得高速的加工主运动。支架座721通过螺栓与第二燕尾导轨底座72固定联接，整个外圆砂带磨削装置设于第二燕尾导轨底座72，可沿燕尾槽导轨81做调节运动ah，燕尾槽导轨81与床身8为一个整体铸件。

管件无心外圆砂带磨削及内孔磁力研磨复合加工方法，将外圆砂带磨削的进给运动和内孔磁力研磨的进给运动结合在同一加工设备，外圆砂带磨削和内孔磁力研磨同时进行；磁性磨粒53在未进入管内时，采用磁悬浮装置51将磁性磨粒53浮在圆管(工件)2的中心位置，在圆管(工件)2轴向移动使得磁性磨粒53进入孔内，去掉磁悬浮磁场，起动励磁旋转磁场52带动磁性磨粒53高速旋转，并在磁性磨粒53自身离心力作用下实现贴壁内孔研磨。采用该方法，圆管(工件)2的轴向位移运动、周向旋转运动与内孔研磨、外圆抛光的进给运动结合统一起来，能够同时进行圆管(工件)2内表面磁力研磨和圆管(工件)2外表面磨削，在一次的圆管(工件)2自动通过后，内外表面都完成加工。把多工序多设备的流水加工作业缩减为单机复合加工，能够实现圆管(工件)2在无心外圆抛光的同时，同时达到内孔研磨，即“内外兼修”，工序少，工作效率高。采用磁悬浮技术实现对磁性磨粒53的有效控制，可以将磁性磨粒53自动添加进圆管(工件)2内，无需人工添加，操作方便。励磁旋转磁场52带动磁性磨粒53高速旋转作为主运动，离心力和磁力对管壁施加压力以进行研磨。结合进给装置对管件施加的低速旋转和轴向移动，磁性磨粒53在管壁研磨的轨迹(研磨网纹)十分复杂、细密，从而获得光滑的管件内壁表面。

本发明的加工工件材料范围从橡胶、尼龙、石棉等非金属到铜、铝、钢、不锈钢、钛合金、镍合金等难加工金属；外部直径范围从10～300mm；内径从5～290mm，特别适合刚性差的管件工件；可广泛应用于机械、汽车、航空航天、造船、模具制造、轻工、化工、纺织、电子、家具等行业。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。