一种支撑辊内孔加工装置及加工方法与流程

本发明属于机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种支撑辊内孔加工装置及加工方法。

背景技术：

酸洗、酸轧拉伸弯曲矫直机(以下简称酸洗、酸轧拉矫机)是用于消除带钢边波、中波、瓢曲等板型缺陷，改善带材平直度的带钢精整设备，拉矫机已经成为连续带材生产线上的重要工艺设备之一。辊盒是拉矫机的主要构件之一，承载着拉矫机各工作单元的辊系，包括支撑辊、工作辊。在矫直过程中，带钢作用在工作辊上的力作用在支撑辊上，反过来支撑辊旋转精度将直接反映在工作辊上，影响着带钢的矫平效果。

常规的支撑辊采用卡盘夹外圆的方式磨削内孔，但是由于酸洗、酸轧拉矫机的辊盒支撑辊外径、长度及质量都比较大，磨削内孔时支撑辊随内孔磨床主轴旋转中会出现一端下垂，从而导致内孔磨削不圆的缺陷，在使用过程中会导致轴承发热、磨损，甚至出现工作辊抱死的现象，影响产线的正常生产。

针对现有工件精磨内孔不圆的不足，现有技术中已公开相关解决方案，如专利申请号：2016203909025，申请日：2016年4月29日，发明创造名称为：自定心端面卡盘，该申请案公开了本发明属于外圆磨床技术领域，涉及一种自定心端面卡盘，包括壳体，壳体轴孔中配合设置滑套，滑套内孔中设置收紧推拉杆，收紧推拉杆的内孔中配合设置定心推拉杆，壳体开口端设置盘体，盘体的通孔中滑动设置定心滑子，定心推拉杆端部与定心滑子固定连接，滑套外端面配合设置卡爪支架，卡爪支架上下两端分别设置锁紧柱。该装置在使用过程中可以对异形工件进行有效准确的装夹定位，具体是将工件的小孔套设于定心滑子上，将工件大的外圆套在定位套上；通过第二调节螺钉对工件进行粗定位，由收紧推拉杆及定心推拉杆来实现对工件的上料机下料，操作过程只需要轴向拉动收紧推拉杆或定心推拉杆。

再如专利申请号：2010202176053，申请日：2010年5月27日，发明创造名称为：一种内孔磨床径向调整盘根，该装置包括机床主轴、主轴法兰盘，压盘与机床主轴、主轴法兰盘用螺栓固定连接，压盘上用螺栓固定安有盘根，盘根上设四方螺钉，四方螺钉穿过螺套与主轴法兰盘内的顶柱接触，盘根内径大于主轴法兰盘的外径。该装置把原来的卡盘盘根改换成径向调整盘根，并装上定心三爪卡盘，先找正端面夹紧工件，在找正齿圈外圆跳动时，不需要松开夹紧的工件，通过径向调整四方螺钉，使装有工件的三爪卡盘、盘根、压盘一起相对于主轴和主轴法兰盘作径向调整，两者可以分开操作互不影响，并且能满足齿轮的加工精度要求，操作方便。但是该装置只能在磨床加工内孔之前进行人为地较正调整，而且同时调整三爪卡盘、盘根和压盘，操作起来也很麻烦，不够简便。

综上所述，如何克服现有支撑辊内孔与外圆同心度较差的不足，是现有技术中亟需解决的技术难题。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明提供了一种支撑辊内孔加工装置，法兰套内开设至少两组凹槽，凹槽间隔布置并配合锁紧螺钉对工件夹持锁紧，提高了支撑辊内孔与外圆的同心度，采用该装置进行内孔精磨，保证了支撑辊在内孔磨床上的回转精度。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种支撑辊内孔加工装置，包括磨床本体，磨床本体上设有电机箱和中心架，电机箱上靠近中心架的一侧设有连接盘，磨床本体的主轴穿过该连接盘与法兰套连接，法兰套用于安装工件，法兰套内开设至少两组凹槽，凹槽内开设通孔，锁紧螺钉穿过该通孔锁紧工件。

作为本发明更进一步的改进，法兰套内开设两组凹槽，凹槽包括第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽均为沿法兰套周向开设的环形槽。

作为本发明更进一步的改进，每组凹槽内至少开设两组通孔，通孔沿法兰套周向布置，锁紧螺钉从该通孔中穿过。

作为本发明更进一步的改进，第一凹槽内开设三组第一通孔，第二凹槽内开设三组第二通孔，第一通孔与第二通孔沿法兰套周向交错排列。

作为本发明更进一步的改进，凹槽的宽度l不大于法兰套长度的1/3。

作为本发明更进一步的改进，连接盘通过锁紧件安装于电机箱的侧壁上。

作为本发明更进一步的改进，中心架包括底座及底座上并列设置的两组支撑盖，支撑盖与底座上分别设有支撑爪，支撑爪用于支撑工件。

作为本发明更进一步的改进，支撑盖的一端与底座铰接连接，支撑盖的另一端通过螺栓螺母组件与底座卡扣连接。

本发明的一种支撑辊内孔加工方法，采用上述的加工装置进行加工，具体包括以下步骤：

步骤一、预处理，对待加工工件进行剪切下料并调质处理；

步骤二、粗加工，先对调质处理后的工件粗车、粗磨后再进行热处理，热处理后粗车内孔并半精磨外圆；

步骤三、精加工，依次对工件内孔及外圆进行精磨，内孔精磨前进行以下步骤；

(1)安装法兰套：通过锁紧件将连接盘固定在磨床本体的侧壁上，主轴穿过该连接盘并与法兰套连接；

(2)调整中心架：根据工件长度、大小调整中心架及支撑爪的位置，使工件外圆跳动≤0.005mm；

(3)安装工件：将锁紧螺钉分别安装在法兰套侧壁开设的通孔内，并按照顺时针或逆时针方向依次拧紧锁紧螺钉；

(4)对工件安装调整后进行内孔精磨，精磨的切削深度为0.003～0.007mm。

作为本发明更进一步的改进，法兰套内孔尺寸根据已加工工件的外圆尺寸进行加工，法兰套内孔尺寸比已加工工件外圆大0.015～0.02mm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种支撑辊内孔加工装置，磨床本体的主轴与法兰套连接，法兰套内开设至少两组凹槽，开设凹槽可以使工件中心与加工中心一致，凹槽间隔布置并配合锁紧螺钉对工件夹持锁紧，避免辊体外圆受力集中，提高精磨内圆的稳定性，有利于得到表面质量良好的支撑辊。

(2)本发明的一种支撑辊内孔加工装置，把法兰套内一个整体的安装面分为三段，而且三段安装面均同轴设置，更能够保证加工精度，配合交错排列的锁紧螺母进行夹持紧固，进一步保证法兰套内的辊体外圆在轴向方向上所受夹持力分布均匀，提高支撑辊内孔与外圆的同心度。

(3)本发明的一种支撑辊内孔加工装置，同一底座上设置两组支撑盖共同支撑工件，尤其当辊体长度较大时，利用中心架可以有效提高工件内圆精磨的稳定性，中心架与法兰套相互配合使用，保证了支撑辊在内孔磨床上的回转精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得其他相关的附图。

图1为本发明的一种支撑辊内孔加工装置的结构示意图；

图2为本发明中法兰套的结构示意图；

图3为本发明中法兰套的剖视图；

图4为本发明中法兰套与锁紧螺钉的装配示意图；

图5为本发明中支撑架的结构示意图；

图6为图5中支撑架的侧视图；

图7是实施例4中支撑辊的加工工艺流程图。

示意图中的标号说明：

100、磨床本体；110、导轨；200、电机箱；210、连接盘；211、锁紧件；212、主轴；300、中心架；310、支撑盖；311、支撑爪；312、螺栓螺母组件；400、工件；500、法兰套；510、第一锁紧螺钉；511、第一凹槽；512、第一通孔；520、第二锁紧螺钉；521、第二凹槽；522、第二通孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1，本实施例的一种支撑辊内孔加工装置，包括磨床本体100，磨床本体100上设有电机箱200、中心架300以及磨削机构，中心架300及磨削机构均设置于磨床本体100的导轨上，磨削机构沿导轨相对滑动实现向工件400轴向方向的进给，中心架300沿导轨相对滑动以及时调整位置，适应不同长度及大小的待加工工件400。具体地，本实施例中磨削机构包括电机、转轴以及安装在转轴上的磨头，电机驱动转轴转动，从而带动磨头对工件400内圆进行精磨。

本实施例中电机箱200上靠近中心架300的一侧设有连接盘210，连接盘210通过锁紧件211安装于电机箱200的侧壁上，磨床本体100的主轴212穿过该连接盘210与法兰套500连接，法兰套500用于安装工件400，电机箱200内设有电机，电机用于驱动法兰套500转动，从而带动法兰套500内的工件400转动，法兰套500内开设至少两组凹槽，凹槽内开设通孔，锁紧螺钉穿过该通孔锁紧工件400。

本实施例中采用法兰套500代替传统的卡盘夹持工件400，精磨内圆时支撑辊在主轴212的带动下转动，卡盘本身存在旋转精度，支撑辊辊体较长、质量较大，高速旋转后可能会出现一端下垂的倾斜现象，从而导致内孔磨削不圆。

本实施例中利用法兰套500配合锁紧螺钉夹持工件400，在法兰套500内壁开设至少两组凹槽，凹槽为沿法兰套500周向开设的环形槽或弧形槽，具体不作限制，但凹槽的槽体宽度不宜过大，以保证辊体外圆与法兰套500内壁形成有效的接触面积，提高法兰套500对辊体的承载强度；另一方面，凹槽内开设通孔，配合锁紧螺钉以夹紧工件400，开设的凹槽使得工件400中心与加工中心一致，多组凹槽间隔布置，配合锁紧螺钉进行夹持锁紧，避免辊体外圆受力集中，防止高速旋转过程工件400中心出现偏差，进一步提高精磨内圆的稳定性，有利于得到表面质量良好的支撑辊。

实施例2

结合图2和图3，本实施例的一种支撑辊内孔加工装置，其结构与实施例1基本相同，进一步地：具体在本实施例中法兰套500内开设两组凹槽，凹槽包括第一凹槽511与第二凹槽521，第一凹槽511与第二凹槽521均为沿法兰套500周向开设的环形槽，两组凹槽沿法兰套500长度方向等距布置，此处长度方向即为法兰套500的轴向方向。

进一步地，本实施例中每组凹槽内至少开设两组通孔，通孔沿法兰套500周向布置，锁紧螺钉穿过各通孔以锁紧工件400，具体地，第一凹槽511内沿径向开设两组第一通孔512，第二凹槽521内沿径向开设两组第二通孔522，两组第一通孔512与两组第二通孔522沿法兰套500周向方向交错排列，具体在本实施例中，两组第一通孔512连接形成的直线与两组第二通孔522连接形成的直线相垂直。

本实施例中通过将凹槽沿法兰套500长度方向等距布置，并配合交错排列的锁紧螺母进行夹持紧固，进一步保证法兰套500内的辊体外圆在轴向方向上所受夹持力分布均匀，提高支撑辊内孔与外圆的同心度。

进一步地，每组凹槽的宽度l不大于法兰套500长度的1/3，具体在本实施例中第一凹槽511的宽度为法兰套500长度的1/5，第二凹槽521的宽度也为法兰套500轴向长度的1/5，锁紧螺钉相应设置。

本实施例所开设的两个凹槽，把一个整体的安装面分为三段，而且三段安装面均同轴设置，更能够保证加工精度。传统的方法大多是机床端部的卡盘直接把轴体卡紧，这种刚性连接，会导致轴体存在部分扭矩，加工时不可避免的会导致内孔与外圆的同心度有一定程度的偏差。而采用这种螺栓锁紧的方式，虽然类似于卡盘，但是在受力结构上却存在较大的差异。螺栓与辊轴的接触面较小，在传递旋转动力时，会有一定的悬浮状态，很难对整个轴体的受力产生影响。

此外，该实施例中沿轴向分布有两个环形的凹槽，该结构则可以避免打滑现象，而且是从轴向对轴端分段锁紧，相对于单个较宽的卡爪，更有利于保证同心度。不仅如此，由于凹槽的宽度大于螺栓的直径尺寸，预留了一定的冗余空间，该区域能够使螺栓与轴体充分接触，相对于孔体倒角，具有更好的作用效果。

实施例3

结合图4，本实施例的一种支撑辊内孔加工装置，其结构与实施例2基本相同，不同之处在于：本实施例中第一凹槽511内开设三组第一通孔512，第二凹槽521内开设三组第二通孔522，第一通孔512与第二通孔522交错排列，优选地，三组第一通孔512沿凹槽周向等距布置，三组第二通孔522沿凹槽周向也等距布置，对锁紧螺钉所在面进行横截得到圆形横截面，具体如图4所示，各锁紧螺钉与圆心形成的连线之间夹角均为60°。

进一步地，结合图5和图6，本实施例的一种支撑辊内孔加工装置，中心架300包括底座及底座上并列设置的两组支撑盖310，支撑盖310与底座上分别设有支撑爪311，支撑爪311用于支撑工件400，支撑盖310的一端与底座铰接连接，支撑盖310的另一端通过螺栓螺母组件312与底座卡扣连接。本实施例在同一底座上设置两组支撑盖310共同支撑工件400，尤其当辊体长度较大时，利用中心架300可以有效提高工件400内圆精磨的稳定性，而且该装置结构简单，操作简便。

实施例4

结合图7，本实施例中支撑辊的加工工艺具体包括以下步骤：

步骤一、预处理：

首先进行进货检验，每批材料进货后检查材料质保书，检测力学性能、硬度、尺寸及外观，同时每年检测一次化学成分，将材料在锯床上剪切下料后进行热处理调质，热处理工艺具体如下：(1)将工件在加热炉中预热至450℃，保温2h；升温至650℃，保温2h；升温至850℃，保温2h；出炉，放入淬火油中冷却；(2)回火：将工件在加热炉中预热至450℃，保温2h；升温至640℃，保温2～3h；出炉，在空气中冷却。

步骤二、粗加工：

步骤一中热处理调质后对支撑辊进行粗车，具体在本实施例中使用cnc车床分别粗车内孔、外圆及端面，粗车后再利用外圆磨床粗磨外圆；待支撑辊外圆粗磨后对工件进行热处理淬火，包括中频感应淬火和回火，具体工艺为：将工件在加热炉中加热至150℃保温36h后出炉，在空气中冷却；对淬火后的支撑辊进行粗车内孔，本实施例中使用cnc车床分别粗车内孔及端面，粗车内孔后再次对支撑辊进行粗磨外圆，粗磨过程中的进刀量为0.03mm。

值得说明的是，由于支撑辊加工过程对精度要求比较高，应当严格遵守上述步骤，先对支撑辊进行热处理淬火，再进行粗车内孔，不可反过来进行，否则会影响支撑辊内圆加工精度。

步骤三、精加工：

步骤二中粗磨外圆后精车内孔，具体在本实施例中使用cnc车床分别精车内孔、沟槽及端面；然后对支撑辊半精磨外圆，在无心磨床上以通磨方式对外圆进行粗磨、半精磨，粗磨的切削深度为0.02～0.03mm，半精磨的切削深度为0.01～0.02mm，保证外圆尺寸公差控制在0～0.005mm。

半精磨外圆后精磨内孔，在内孔加工装置上以通磨方式对内孔进行半精磨、精磨，半精磨的切削深度为0.01～0.015mm，精磨的切削深度为0.003～0.007mm；然后精磨外圆，在无心磨床上以通磨方式对外圆进行半精磨、精磨，半精磨的切削深度为0.01～0.02mm，精磨的切削深度为0.003～0.007mm；完成上述加工工艺后对产品尺寸、形位公差进行检验并包装入库，注意防潮。

采用实施例3中的内孔加工装置精磨内孔，在支撑辊内圆精磨开始前，先进行以下准备工作，具体包括以下步骤：

(1)安装法兰套500：通过锁紧件211将连接盘210固定在磨床本体100的侧壁上，磨床的主轴212穿过该连接盘210并与法兰套500连接，法兰套500内孔尺寸根据无心磨床已加工支撑辊的外圆尺寸进行加工，具体地，法兰套500内孔尺寸比支撑辊外圆大0.015～0.02mm。

(2)调整中心架300：中心架300安装在磨床本体100上，中心架300上的三个支撑爪311沿着支撑辊外圆周向均布，根据工件400长度调整中心架300位置以及中心架300上的支撑爪311位置，使支撑辊外圆跳动≤0.005mm；支撑辊外圆尺寸已由无心磨加工能够保证一致，对中心架300进行一次调整可以磨削同批次辊；磨削内孔时，控制支撑辊旋转过程中外圆跳动≤0.005mm，从而保证支撑辊内孔与外圆同心度≤0.005mm。

(3)安装工件400：使支撑辊外圆与法兰套500内孔相配合，将第一锁紧螺钉510、第二锁紧螺钉520安装在法兰套500侧壁开设的通孔内，使锁紧螺钉穿过通孔的一端接触支撑辊外圆表面，按照锁紧螺钉沿凹槽周向排布的顺序依次将第一锁紧螺钉510锁紧，而后再将第二锁紧螺钉520按照相同方式锁紧，以使锁紧螺钉对支撑辊外圆施加的压力均匀，有利于提高后续工件400加工过程中的稳定性和同心度。

采用实施例3中的内孔加工装置精磨内圆，工件400一端通过法兰套500固定，另一端由中心架300支撑，两者相互配合使用，保证了支撑辊在内孔磨床上的回转精度，从而保证磨削内孔时支撑辊内孔与外圆的同心度，防止在使用过程中导致轴承发热、磨损，甚至出现工作辊抱死的现象，影响产线的正常生产。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。