一种大中型零件长内孔研磨设备

摘要

本发明涉及一种大中型零件长内孔研磨设备，解决了当前大中型零件长通孔难以加工或者加工效率及精度不够的问题。该大中型零件长内孔研磨设备包括工作台(1)、研磨棒(3)、主轴传动机构、螺杆传动机构、滑座(7)、立柱、立柱转动机构以及基座(29)，其工作方式如下：工件通过定位装置进行定位和固定后，转动立柱转动机构带动研磨棒使其位于工件正上方，固定立柱转动机构启动减速电机1和减速电机2，螺杆传动机构带动研磨棒下降深入到内孔中，主轴传动机构带动研磨棒转动，通过精确控制研磨棒的位置和上下运动以及转动完成大中型零件长内孔的加工作业。本设备结构紧凑，操作简单，运行可靠，生产率高。

说明书

技术领域

本发明涉及机加工设备技术领域，具体涉及一种大中型零件长内孔研磨设备。

背景技术

大中型机械零件上通孔的研磨有时面临如下问题：1、通孔研磨后，孔的圆柱度须控制在要求内；2、同一零件上同轴排列有2个或多个通孔，须通过研磨来保证同轴度的要求。目前，市面上的内孔研磨机价格昂贵，并且只能研磨孔径较小的孔或长度较短的孔，对于大中型零件上的大长孔往往只能利用行车吊装研磨棒的原始方式进行低效率的研磨，这种研磨方式往往无法保证内孔的圆柱度和同轴度。

申请人实践发现，以往对于这些大中型零件通孔的研磨，特别是在需要面临批量生产时，要么没有合适的设备，要么只能用传统的研磨方式，导致出现低效低能、费时耗力、工作量大、精度难保障、占用行车等其它外围设备的一系列问题。因此开发一种新型的适用于大中型零件长内孔的研磨设备显得较为紧迫。

发明内容

本发明的目的在于解决现有大、长通孔加工方法及加工设备存在的上述缺点和不足，提供一种新的大中型零件长内孔研磨设备，该设备包括工作台(1)、研磨棒(3)、主轴传动机构、螺杆传动机构、滑座(7)、立柱、立柱转动机构以及基座(29)，所述基座(29)固定在工作台(1)上，在工作台上还设置有定位孔，通过从定位孔伸出的定位装置对工件(2)进行定位后再将其固定在工作台上；所述研磨棒(3)由主轴传动机构驱动旋转从而对工件(2)的内孔进行研磨加工；所述立柱包括内立柱(28)和外立柱(26)，内立柱(28)与基座(29)固定连接支撑整个装置，外立柱(26)在立柱转动机构的带动下可绕内立柱(28)转动任意角度；所述主轴传动机构通过滑座(7)与外立柱(26)固定连接，主轴传动机构和滑座组成的整体可在螺杆传动机构的带动下沿外立柱(26)上下运动从而带动研磨棒上下运动。

进一步的，所述主轴传动机构包括减速电机1(16)、联轴器1(15)、深沟球轴承2(14)、上接合器(13)、弹簧(12)、钢球(11)、下接合器(10)、深沟球轴承1(9)、推力球轴承1(8)，其中深沟球轴承1(9)、推力球轴承1(8)设置在下接合器(10)上，形成的整体一起伸入到滑座(7)框架内部，通过端盖对下接合器末端进行封闭；深沟球轴承2(14)设置在上接合器(13)上，弹簧(12)、钢球(11)设置在上接合器(13)内，上接合器(13)两端分别与下接合器(10)以及联轴器(15)匹配连接，深沟球轴承2(14)的外圈与滑座(7)间隙松配合，联轴器(15)与减速电机1(16)装配连接后伸入到滑座(7)内部，通过联轴器(15)与上接合器(13)、下接合器(10)的一系列传递将减速电机1(16)的动力传递至研磨棒并带动其旋转运动。

在整套主轴传动机构中，下接合器(10)、钢球(11)、弹簧(12)、上接合器(13)组成一套扭矩限制机构。当扭矩在正常范围时，在弹簧(12)的压缩弹力作用下，钢球(11)与下接合器(10)上的斜槽面紧贴，扭矩通过“减速电机1(16)—联轴器(15—上接合器(13)—钢球(11)—下接合器(10)—万向节(5)—连接棒(4)—研磨棒(3)”的路径传递；当扭矩过大时，下接合器(10)上与钢球(11)紧贴着的斜槽面会克服弹簧力将钢球(11)向上推，直至钢球(11)脱离下接合器(10)，此时扭矩不再传递，钢球(11)以下的部件不再转动，研磨棒(3)不再对零件的内孔进行研磨，从而避免了扭矩在某些情况下突然变大时研磨棒(3)对内孔造成损伤。深沟球轴承2(14)、深沟球轴承1(9)、推力球轴承1(8)组成一套旋转传动机构，旋转传动机构可保证研磨加工时主轴既能高速轻快旋转，又能承受研磨棒的巨大重力。

进一步的，所述研磨棒(3)通过连接棒(4)、万向节(5)以及传动螺母(6)与主轴传动机构的下接合器(10)配合连接。

进一步的，所述滑座(7)与外立柱(26)之间通过闭式矩形导轨相连。

进一步的，所述螺杆传动机构包括减速电机2(23)、电机座(22)、联轴器2(21)、深沟球轴承3(20)、推力球轴承2(19)、连接套(18)以及螺杆(17)，其中深沟球轴承3(20)、推力球轴承2(19)设置在螺杆(17)上，所形成的的整体伸入到电机座(22)框架内部，电机座框架与螺杆之间的间隙通过连接套(18)进行补充；联轴器2(21)的两端分别与减速电机2(23)和螺杆(17)配合连接；在减速电机2(23)的驱动下以及联轴器2(21)的传递下，螺杆(17)带动滑座(7)整体沿立柱上下运动。在螺杆传动机构中，深沟球轴承3(20)、推力球轴承2(19)组成另外一套旋转传动机构，其既能保证螺杆高速轻快旋转，又能承受螺杆(17)带动滑座(7)所承受的竖直方向作用力。

进一步的，所述立柱转动机构包括内立柱(28)、连接柱(27)、外立柱(26)、深沟球轴承4(25)、推力球轴承3(24)、调心球轴承(32)以及端盖(31)，其中内立柱上端通过连接柱(27)与外立柱(26)配合连接内立柱下端通过固定套筒(30)与基座(29)固定连接；深沟球轴承4(25)、推力球轴承3(24)设置在连接柱(27)上,所形成的整体固定在外立柱上端内部；在外立柱下端内侧设置有调心球轴承(32)以及端盖(31)。

进一步的，所述内立柱(28)通过固定套筒(30)与基座(29)固定连接，在固定套筒(30)上设置有T型槽，方头螺钉(35)位于T型槽内，与外立柱(26)固定连接的旋转连接杆(33)下端通过螺母(34)与方头螺钉(35)活动连接，在旋转连接杆(33)上还设置有推动把手(36)。通过方头螺钉和螺母的配合实现对立柱的固定和释放，从而限制或释放整合立柱转动机构。

进一步的，从定位孔伸出并对工件进行定位的定位装置包括定位柱(2-18)、直线导轨(2-3)、过渡块(2-4)、齿条3(2-5)、齿轮3(2-6)、齿条2(2-7)、杠杆(2-8)、齿轮2(2-9)、齿条1(2-10)、齿轮1(2-14)、板式滚柱链(2-16)、止停螺钉(2-19)、支撑钉(2-20)、手轮(2-1)、紧固螺钉(2-2)以及底板(2-11)，以底板为基础所有部件直接或间接固定在底板上，所述底板(2-11)位于工作台(1)下方，齿轮1(2-14)和齿轮2(2-9)通过齿条1(2-10)配合连接实现传动；齿轮2(2-9)与杠杆(2-8)固定连接，杠杆(2-8)上的槽与齿轮3(2-6)的轴配合连接，齿轮3(2-6)与分布在其两侧的齿条2(2-7)、齿条3(2-5)配合连接，齿条3(2-5)通过过渡块(2-4)与直线导轨(2-3)连接；齿条1(2-10)与底板(2-11)之间采用板式滚柱链(2-16)连接；齿轮1(2-14)转动通过齿条1(2-10)带动齿轮2(2-9)转动，通过杠杆(2-8)的传动带动齿轮3(2-6)沿齿条2(2-7)上下直线运动，由此驱动齿条3(2-5)、过渡块(2-4)沿直线导轨(2-3)上下运动，定位柱(2-18)与过渡块(2-4)相连并随之上下运动。

进一步的，定位柱(2-18)上下运动的行程为齿轮3(2-6)平移行程的2倍。

进一步的，齿轮1(2-14)的轴与手轮(2-1)相连，所述手轮上设置有刻度标识，转动手轮(2-1)带动齿轮1(2-14)转动；在手轮(2-1)一侧设置有紧固螺钉(2-2)，当手轮(2-1)旋转到预定位置时，可通过紧固螺钉固定本装置与工作台，防止其移动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)解决了当前大中型零件长内孔加工困难、加工精度低的难题；(2)能实现批量生产时，大中型零件内孔的快速精确研磨；(3)本设备结构紧凑，成本低廉，运动形式多样，操作简单，运行可靠，生产率高，能实现较大的经济效益，具有较大的现实意义。

附图说明

图1为本发明研磨设备工作状态的主视图；

图2为本发明研磨设备工作状态的左视图；

图3为本发明研磨设备俯视图；

图4为本发明研磨设备未工作状态的主视图；

图5为图1中I部位局部细节图；

图6为图1中II部位局部细节图；

图7为图1中III部位局部细节图；

图8为图1中A向放大图；

图9为图4中B向视图；

图10为本发明研磨设备配套的定位装置未工作状态的主视图；

图11为本发明研磨设备配套的定位装置的俯视图；

图12为图10中A-A向剖视图；

图13为本发明研磨设备配套的定位装置工作状态的主视图。

其中，1-工作台，2-工件，3-研磨棒，4-连接杆，5-万向节，6-传动螺母，7-滑座，8-推力球轴承1，9-深沟球轴承1，10-下接合器，11-钢球，12-弹簧，13-上接合器，14-深沟球轴承2，15-联轴器1，16-减速电机1，17-螺杆，18-连接套，19-推力球轴承2，20-深沟球轴承3，21-联轴器2，22-电机座，23-减速电机2，24-推力球轴承3，25-深沟球轴承4，26-外立柱，27-连接柱，28-内立柱，29-基座，30-固定套筒，31-端盖，32-调心球轴承，33-旋转连接杆，34-螺母，35-方头螺钉，36-推动把手；2-1手轮，2-2紧固螺钉，2-3直线导轨，2-4过渡块，2-5齿条3，2-6齿轮3，2-7齿条2，2-8杠杆，2-9齿轮2，2-10齿条1，2-11底板，2-12脚轮，2-13轴承座，2-14齿轮1，2-15工作台加工区，2-16板式滚柱链，2-17齿轮轴，2-18定位柱，2-19止停螺钉，2-20支撑钉，2-21连接块，2-22轴承。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分了解本发明的技术方案及有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

本发明提供的大中型零件长内孔研磨设备主要包括两部分：孔加工系统和伸出定位装置。下面分别进行介绍。

如图1-9所述，孔加工系统主要包括主轴传动机构、螺杆传动机构、立柱转动机构以及底座固定部分组成。主轴传动机构包括减速电机1(16)、联轴器1(15)、深沟球轴承2(14)、上接合器(13)、弹簧(12)、钢球(11)、下接合器(10)、深沟球轴承1(9)、推力球轴承1(8)。其中深沟球轴承1(9)、推力球轴承1(8)围绕下接合器(10)设置，所形成的整体伸入到滑座(7)框架内部，最后用端盖对下接合器末端进行封闭。深沟球轴承2(14)围绕上接合器(13)设置，弹簧(12)、钢球(11)设置在上接合器(13)内，上接合器(13)两端分别与下接合器(10)以及联轴器(15)匹配连接进行传动，下接合器(10)伸出滑座后通过传动螺母(6)与万向节(5)固定，万向节(5)通过连接杆(4)与研磨棒(3)连接。深沟球轴承2(14)的外圈与滑座(7)间隙松配合，联轴器(15)与减速电机1(16)装配固定后伸入到滑座(7)内部。

在整套主轴传动机构中，下接合器(10)、钢球(11)、弹簧(12)、上接合器(13)组成一套扭矩限制机构，深沟球轴承2(14)、深沟球轴承1(9)、推力球轴承1(8)组成一套旋转传动机构，旋转传动机构可保证研磨加工时主轴既能高速轻快旋转，又能承受研磨棒的巨大重力，滑座(7)的框架对其内部的轴承和传动机构进行保护。研磨棒(3)可依据待加工孔的尺寸及深度更换不同的长度和粗细。加工内孔时，减速电机1(16)启动，通过联轴器(15)与上接合器(13)、下接合器(10)的一系列传递带动深入工件内的研磨棒转动，进行孔研磨加工。

螺杆传动机构包括减速电机2(23)、电机座(22)、联轴器2(21)、深沟球轴承3(20)、推力球轴承2(19)、连接套(18)以及螺杆(17)。其中深沟球轴承3(20)、推力球轴承2(19)围绕螺杆(17)设置，所形成的的整体伸入到电机座(22)框架内部，电机座框架与螺杆之间的间隙通过连接套(18)进行补充，滑座(7)与外立柱(26)之间通过闭式矩形导轨相连。联轴器2(21)的两端分别与减速电机2(23)和螺杆(17)固定连接；在减速电机2(23)的驱动下以及联轴器2(21)的传递下，螺杆(17)带动滑座(7)整体沿立柱上的导轨上下运动，由此实现了研磨棒(3)退出、深入内孔不同距离的精密操作。在螺杆传动机构中，深沟球轴承3(20)、推力球轴承2(19)组成另外一套旋转传动机构，其既能保证螺杆高速轻快旋转，又能承受螺杆(17)带动滑座(7)所承受的竖直方向作用力。

立柱转动机构包括内立柱(28)、连接柱(27)、外立柱(26)、深沟球轴承4(25)、推力球轴承3(24)、调心球轴承(32)以及端盖(31)。其中内立柱上端通过连接柱(27)与外立柱(26)配合连接，内立柱下端通过固定套筒(30)与基座(29)固定连接。深沟球轴承4(25)、推力球轴承3(24)围绕连接柱(27)设置,所形成的整体固定在外立柱上端内部。在外立柱下端内侧设置有调心球轴承(32)以及端盖(31)，用于对内、外立柱进行固定和保护，防止运动时二者之间发生偏移，保证运动的稳定性。

整个孔加工系统与工作台的固定法式如下：内立柱(28)通过固定套筒(30)与基座(29)固定连接，在固定套筒(30)上设置有T型槽，使用时将方头螺钉(35)放入T型槽内并移动到旋转连接杆(33)正下方，方头螺钉(35)伸入到与外立柱(26)固定连接的旋转连接杆(33)的通孔内，拧紧螺母(34)可将立柱转动机构固定住，保证其在加工孔过程中不会发生转动，确保了加工精度。加工完成后松开螺母退出方头螺钉，可解除对立柱转动机构的限制，当研磨棒完全退出内孔后，推动设置在旋转连接杆(33)上的推动把手(36)，可带动研磨棒绕立柱转动一定角度，方便取下工件和研磨棒。

该设备的另一重要组成部分—伸出定位装置包括：手轮(2-1)、紧固螺钉(2-2)、直线导轨(2-3)、过渡块(2-4)、齿条3(2-5)、齿轮3(2-6)、齿条2(2-7)、杠杆(2-8)、齿轮2(2-9)、齿条1(2-10)、底板(2-11)、脚轮(2-12)、轴承座(2-13)、齿轮1(2-14)、工作台加工区(2-15)、板式滚柱链(2-16)、齿轮轴(2-17)、定位柱(2-18)、止停螺钉(2-19)、支撑钉(2-20)、连接块(2-21)、轴承(2-22)。该装置以底板(2-11)为基础，所有部件直接或间接固定在底板上。所述底板(2-11)位于工作台加工区(2-15)下方，齿轮1(2-14)和齿轮2(2-9)通过齿条1(2-10)配合连接实现传动；齿轮2(2-9)与杠杆(2-8)固定连接，杠杆(2-8)上的槽与齿轮3(2-6)的轴配合连接，齿轮3(2-6)与分布在其两侧的齿条2(2-7)、齿条3(2-5)配合连接，齿条3(2-5)通过过渡块(2-4)与直线导轨(2-3)连接；齿轮1(2-14)转动通过齿条1(2-10)带动齿轮2(2-9)转动，通过杠杆(2-8)的传动带动齿轮3(2-6)沿齿条2(2-7)上下直线运动，由此驱动齿条3(2-5)、过渡块(2-4)沿直线导轨(2-3)上下运动，定位柱(2-18)与过渡块(2-4)相连并随之上下运动。其具体结构及原理参见在先申请的名为“一种移动式孔底伸出定位装置及定位方法”中国专利(申请号：2017112462306，申请日：20171201)。

定位装置的4个轴承座上装有2个齿轮轴，轴上分别装有齿轮1(2-14)和齿轮2(2-9)，齿轮1(2-14)和齿轮2(2-9)都与齿条1(2-10)配合连接，形成齿轮齿条副A；齿轮2(2-9)上的杠杆(2-8)与齿轮2(2-9)固定连接，杠杆(2-8)上的槽与齿轮3(2-6)的轴配合连接；齿轮3(2-6)与齿条2(2-7)、齿条3(2-5)配合连接，形成齿轮齿条副B；齿条3(2-5)通过过渡块(2-4)与直线导轨(2-3)连接，形成直线运动副；齿条1(2-10)与底板(2-11)之间采用板式滚柱链(2-16)配合，形成滚动摩擦副；定位柱(2-18)连接在过渡块(2-4)上，随之上下移动；手轮(2-1)装在齿轮1(2-14)的轴上，通过紧固螺钉(2-2)对手轮(2-1)及整个装置进行固定。所有部件都安装在底板上，通过脚轮的滚动，使其能沿各方向自由移动。底板两侧还装有连接块(2-21)与轴承(2-22)，轴承(2-22)与工作台底槽侧壁间的相对滚动能起到导向作用；通过连接块(2-21)上长圆孔与螺钉之间的调节，可调整轴承与工作台底槽侧壁的间距，使导向顺畅且有一定精度。

伸出定位装置的定位方法如下：(a)定位：首先将整套定位装置沿工作台底槽推进至最前段，摇动手轮(2-1)带动齿轮1(2-14)转动，通过齿条1(2-10)的传动带动齿轮2(2-9)同时转动，再通过与齿轮2(2-9)相连的杠杆(2-8)带动齿轮3(2-6)沿齿条2(2-7)做直线上升运动，齿轮3(2-6)驱动与之相连的齿条3(2-5)同样做直线上升运动，与齿条3(2-5)相连的过渡块(2-4)以及定位柱(2-18)也随之上升，待定位柱(2-18)穿过工作台孔直至锥面相互贴合，拧紧紧固螺钉(2-2)使该定位装置与工作台相对固定，此时可通过定位柱(2-18)对工件上的待加工孔进行精确定位，定位完成后对零部件进行装夹。(b)退出并加工：松开紧固螺钉(2-2)，反向转动手轮(2-1)，通过一系列传动使得定位柱(2-18)做直线下降运动，直至过渡块(2-4)碰到支撑钉(2-20)，从工作台底移出整套定位装置即可完成其快速退出，接着可对零件孔进行加工。上述过程中，定位柱(18)上下运动的行程为齿轮3(6)平移行程的2倍。

整个设备的运行过程大致如下：将工件吊装到工作台上，利用定位装置完成定位使孔心与研磨棒同轴，然后将工件固定在工作台上；推动把手带动立柱转动使得研磨棒位于工件正上方，拧紧螺母和方头螺钉防止立柱在加工过程中转动；启动减速电机2，带动滑座整体缓慢下降直至研磨棒完全进入到零件内孔，到达大致位置后，通过控制减速电机2使滑座以一定速度上下往复运动，期间通过控制减速电机1使研磨棒同时以一定速度转动(研磨棒上下运动+转动)，达到研磨内孔的目的。研磨完成后只需控制减速电机2使滑座上升，直至研磨棒完全脱离内孔，再卸下工件即可。