CN104084866B - 一种砂带研磨抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂带研磨抛光装置，包括安装板，放卷轮、收卷轮、张紧机构和驱动机构；驱动机构包括伺服电机、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮传动轴和卷轮轴；主动齿轮安装在伺服电机的输出轴上；从动齿轮分别安装在主动齿轮两侧的从动齿轮传动轴的一端、且与主动齿轮啮合；放卷轮和收卷轮安装在对应卷轮轴的一端，卷轮轴的另一端与相应从动齿轮传动轴的另一端通过电磁离合器连接；张紧机构由摩擦盘和过渡轮等构成。通过在卷轮的卷轮轴与驱动轴之间设置电磁离合器的吸合和分离来控制卷轮，实现主动卷带或被动放带，卷轮端面的摩擦盘能对被动放卷的卷轮施加摩擦力，以保证在加工过程中研磨抛光带有足够的张紧力，提高磨削抛光质量。

Description

一种砂带研磨抛光装置

技术领域

本发明属于砂带磨削技术领域，具体涉及一种砂带研磨抛光装置。

背景技术

砂带磨削技术是利用进行磨削运动的砂带作为磨具对被加工物表面进行研磨抛光的技术，它是一种弹性加工，具有许多其他加工手段不可比拟的优势，在一些特殊工件加工方面，它有着不可替代的作用。随着砂带磨削技术和装置的快速发展，砂带研磨抛光机床已经发展为一种加工效率高、适应性强、应用范围广、使用成本低、操作安全方便的精加工设备。特别是对于加工如航空发动机叶片等具有复杂曲面的薄壁结构件，小尺寸的复杂型面、面间接合部位的研磨抛光加工，其优势尤为明显。通常来讲，砂带研磨抛光机床是由驱动装置带动砂带运动，通过一定数量的张紧轮将砂带张紧，通过接触轮或支承板提供压力产生对工件的接触压力并形成切削角度，完成对工件的研磨抛光加工。

在我国，由于研磨抛光技术和研磨装置的相对落后，以及具有复杂几何形状表面的工件的难加工性，这类工件（如航空发动机叶片和汽轮机叶片等异形结构工件）的研磨加工往往是通过人工手持加工刀具或工件进行的。虽然在一定程度上这样的方法能够完成复杂曲面的研磨抛光，但是加工质量因操作人员的自身条件而参差不齐，往往导致加工出的工件质量管控难、精度较低、型面质量较差、产品一致性很难保证。同时，传统方法磨削得到的航空发动机叶片，其表面磨削纹路多为横向纹路，而研究表面，若叶片具有纵向纹路，其疲劳强度较传统磨削加工叶片将有很大的改善。

为了实现砂带磨削技术在复杂曲面加工的广泛应用，重庆大学、重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心对精密砂带研磨抛光特性、曲轴连杆颈砂带随动研磨、船用螺旋桨叶片和航空发动机叶片砂带磨削做了相关研究。此外，吉林大学对自由曲面砂带研磨、叶片双面砂带磨削工艺进行了相关探索，华中科技大学也对轮毂复杂曲面砂带磨削进行了相关研究。

但是，上述研究的成果尚未形成很好的砂带研磨抛光装置以应对以航空发动机叶片为代表的复杂表面异形结构工件的研磨抛光加工，国内也尚未应用能加工此类工件的专用砂带研磨抛光装置，对于航空发动机叶片纵向磨削从而改善其疲劳强度等力学性能的需求还无法满足。从更大的范围来看，对于一些特殊的零件，在加工时不能快速旋转又不能用高速运动的刀具进行磨削时，现阶段只能进行低效率的手工打磨。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种砂带研磨抛光装置，该装置可安装于研磨抛光机床上，用于加工具有复杂表面的异形结构的工件，能够满足工件在不快速旋转，砂带没有较高的切削速度的条件下的加工要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种砂带研磨抛光装置，包括卷轮组件安装板、放卷轮、收卷轮、张紧机构和驱动机构；

所述放卷轮和收卷轮对称设置在卷轮安装板上；研磨抛光带以带卷的形式缠绕在放卷轮上，研磨抛光带的卷出端绕过张紧机构后缠绕在收卷轮上；

所述驱动机构包括伺服电机、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮传动轴、卷轮轴和电磁离合器；所述主动齿轮安装在伺服电机的输出轴上、且由伺服电机带动转动；所述从动齿轮、从动齿轮传动轴、卷轮轴和电磁离合器均为两个，两个从动齿轮分别对应安装在位于主动齿轮两侧的从动齿轮传动轴的一端、且与主动齿轮啮合；所述放卷轮和收卷轮分别安装在对应卷轮轴的一端，卷轮轴的另一端与对应侧从动齿轮传动轴的另一端通过电磁离合器连接；在同一时刻，仅有一个电磁离合器处于吸合状态。

进一步，本发明提供一种砂带研磨抛光装置的收卷方法，采用上述砂带研磨抛光装置，伺服电机正转或反转带动主动齿轮正轮或反转，主动齿轮将伺服电机的转动传递给从动齿轮；在某一时刻，电磁离合器a吸合而电磁离合器b分离，电磁离合器a使对应侧的从动齿轮传动轴和卷轮轴连接，将从动齿轮的转动传递给对应侧的卷轮，该卷轮做收卷动作，而与电磁离合器b对应的卷轮做放卷动作；在下一时刻，电磁离合器b吸合而电磁离合器a分离，电磁离合器b使对应侧的从动齿轮传动轴和卷轮轴连接，将从动齿轮的转动传递给对应侧的卷轮，该卷轮做收卷动作，而与电磁离合器a对应的卷轮做放卷动作；如此循环。卷轮端面的摩擦盘能对被动放卷的卷轮施加摩擦力，可证在加工过程中收卷轮与放卷轮边缘研磨抛光带有足够的张紧力，提高磨削抛光质量。

采用本发明技术方案，具有如下有益效果：

1、该装置可安装于研磨机床上，用于加工具有复杂表面的异形结构的工件，能够满足工件在不快速旋转，砂带没有较高的切削速度的条件下的加工要求。

2、研磨抛光带以带卷的形式缠绕在放卷轮上，研磨抛光带的卷出端绕过张紧机构后缠绕在收卷轮上，在卷轮与张紧机构的共同作用下，研磨抛光带能够产生一定速率的磨削运动，并且能够自动卷入旧研磨抛光带，卷出新研磨抛光带。

3、通过在卷轮的卷轮轴与驱动轴（从动齿轮传动轴）之间设置电磁离合器，并由电磁离合器的吸合和分离控制卷轮的传动方式，实现主动卷带或被动放带，卷轮端面的摩擦盘能对被动放卷的卷轮施加摩擦力，可保证在加工过程中收卷轮与放卷轮边缘研磨抛光带有足够的张紧力，提高磨削抛光质量。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1沿A向视图。

图3为图1沿B向视图。

图4为图2部分结构放大图。

其中，1为磨头安装板，2为过渡轮a，3为位移轴，4为放卷轮，5为收卷轮，6为过渡轮b，7为过渡轮c，8为缓冲装置，9为过渡轮d，10为摩擦盘a，11为放卷轮轴，12为电磁离合器a，13为端盖a，14为从动齿轮传动轴a，15为从动齿轮a，16为伺服电机，17输出轴，18为主动齿轮，19为卷轮安装板，20为从动齿轮b，21为从动齿轮传动轴b，22为端盖b，23为电磁离合器b，24为收卷轮轴，25为摩擦盘b，26为研磨抛光带，27为安装支架，28为轴套，29为接触杆，30为接触轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1～图4：砂带研磨抛光装置包括卷轮安装板19、放卷轮4、收卷轮5、张紧机构和驱动机构。

放卷轮4和收卷轮5对称设置在卷轮安装板19的上方，卷轮安装板安装在磨头安装板1上。张紧机构包括过渡轮、接触轮30、接触杆29、轴套28和位移轴3。过渡轮为两个以上的双数个，过渡轮对称设置在卷轮安装板19的下方。接触轮30安装在接触杆29的下端，接触杆29的上端与轴套28的下端连接，轴套28的上端与位移轴3连接，位移轴3安装在磨头安装板1上。研磨抛光带26以带卷的形式缠绕在放卷轮4上，研磨抛光带26的卷出端绕过过渡轮和接触轮30后缠绕在收卷轮5上。

本实施例中，过渡轮为4个，分别为过渡轮a2、过渡轮b6、过渡轮c7和过渡轮d9。过渡轮a2和过渡轮d9设置在卷轮安装板19的左侧，过渡轮b6和过渡轮c7设置在卷轮安装板19的右侧。过渡轮a2与过渡轮b6对称设置，过渡轮d9与过渡轮c7对称设置。研磨抛光带26的卷出端绕过过渡轮a2、过渡轮d9和接触轮30，再绕过右侧的过渡轮c7和过渡轮b6而缠绕在收卷轮5上。

驱动机构包括伺服电机16、主动齿轮18、从动齿轮、从动齿轮传动轴和卷轮轴。主动齿轮18安装在伺服电机16的输出轴17上、且由伺服电机16带动转动。从动齿轮为两个，分别为从动齿轮a15和从动齿轮b20。从动齿轮传动轴为两根，分别为从动齿轮传动轴a14和从动齿轮传动轴b21。从动齿轮传动轴a14位于主动齿轮18的左侧，从动齿轮传动轴b21位于主动齿轮18的右侧。从动齿轮a15安装在从动齿轮传动轴a14的一端、且与主动齿轮18啮合，从动齿轮b20安装在从动齿轮传动轴b21的一端、且与主动齿轮18啮合。卷轮轴包括放卷轮轴11和收卷轮轴24，放卷轮4安装在放卷轮轴11的一端，收卷轮5安装在收卷轮轴24的一端。放卷轮轴11的另一端通过电磁离和器a12与从动齿轮传动轴a14连接，收卷轮轴24的另一端通过电磁离和器b23与从动齿轮传动轴b20连接。在同一时刻，仅有一个电磁离合器处于吸合状态；即在同一时刻，电磁离合器a吸合，电磁离合器b分离；或者电磁离合器b吸合，而电磁离合器b分离。

为了调整研磨抛光带的张紧力，在放卷轮4和收卷轮5的周围分别设置有摩擦盘，即在放卷轮4的周围设置有摩擦盘a10，在收卷轮5的周围设置有摩擦盘b25。

为了对电磁离合器起限位作用，防止其在运行过程中电磁离合器的位置发生滑移，在卷轮安装板19上、且位于电磁离合器a12的一端固定设有端盖a13，在卷轮安装板19上、且位于电磁离合器b23的一端固定设有端盖b22。

在加工时，由伺服电机16驱动主动齿轮18转动；由于位于主动齿轮18两侧的从动齿轮a15和从动齿轮b20与主动齿轮18啮合，在主动齿轮18转动时，从动齿轮a15和从动齿轮b20也随之产生同向旋转运动，从而将伺服电机16的的旋转运动传递给放卷轮4和收卷轮5。伺服电机16通过控制输出轴17不同的转向，可以改变收、放卷轮之间的角色变化，即在某一时刻收卷轮收研磨抛光带、放卷轮放研磨抛光带，而另一时刻收卷轮放研磨抛光带而放卷轮收研磨抛光带；从而使研磨抛光带左右两侧的长度也交替增减，这样就可使研磨抛光带两侧张紧长度产生周期性的变化，使得接触轮在研磨抛光带的带动下不断周期性往复转动；该过程对于接触轮下方绕过的研磨抛光带来说是一个以一定频率不断反复摆过程，而对于被加工工件表面来说，伺服电机的往复旋转表现为对被加工工件表面以一定频率不断反复的磨削运动。

由于研磨抛光过程中，两侧卷轮（收卷轮和放卷轮）内的研磨抛光带盘的直径不同，而在加工过程中要保证收、放卷轮边缘研磨抛光带的线速度相同，同时考虑到从动齿轮a15和从动齿轮b20的转速相同。本发明研磨抛光装置中，卷轮轴与从动齿轮轴之间通过电磁离合器连接，并由电磁离合器的吸合和分离控制卷轮，实现主动卷带或被动放带，卷轮端面的摩擦盘能对被动放卷的卷轮施加摩擦力，可证在加工过程中收卷轮与放卷轮边缘研磨抛光带有足够的张紧力，提高磨削抛光质量。现以收卷轮5为例说明一下该工作过程：当收卷轮5为收研磨抛光带时，通过控制系统控制对应的电磁离合器b23吸合，同时控制电磁离合器a12分离；此时，从动齿轮传动轴b20和收卷轮轴24通过电磁离合器b23相连，而从动齿轮传动轴a14和放卷轮轴11由于电磁离合器a12的分离而分离；从动齿轮b21将伺服电机16的旋转运动传递给收卷轮5，收卷轮5就起收卷作用；此时由于电磁离和器a12处于分离状态，从动齿轮a15无法将伺服电机16的旋转运动传递给放卷轮4，因此放卷轮4由收卷轮5带动转动，即此时放卷轮4的运动驱动力是由收卷轮5收卷研磨抛光带传动而产生的；由于在此时放卷轮4是被动的旋转运动，在放卷轮4的周围设置有摩擦盘，所以放卷轮4不会由于惯性作用转速过快，使得研磨抛光带脱离卷轮而影响研磨抛光工作。当收卷轮5为放研磨抛光带26时，与收研磨抛光带的控制方向相反。

当参与加工的研磨抛光带由于磨损或其他原因需要更换时，放卷轮4逆时针转动，释放出最新的研磨抛光带，收卷轮5逆时针转动，卷起不能满足加工要求的研磨抛光带，这样一个过程就可以完成可将一段新的研磨抛光带露出，旧的研磨抛光带盘回的自动更新的功能。

使用时，本发明研磨抛光装置通过安装支架27固定安装在具有六个自由度的研磨抛光机床上，在加工工件时，工件由工件夹具夹持，位于接触轮30的下方，接触轮30由于机床的六轴联动方式而运动，加上轴套25的作用，在工件的上表面运动，对工件进行磨削，可实现对复杂曲面工件的磨削处理，并且由于特殊的磨削运动形式，在适合的进给参数条件下能够实现普通磨削机床在加工此类工件中不易实现的纵向磨削。磨削运动参数选择范围主要有：研磨抛光带张紧力T=30~100N/cm，可通过摩擦盘的摩擦力来调节大小；研磨线速度Vs=0.3~3m/s；单次使用研磨抛光带长度L=100~1000mm；每次研磨抛光带自动更新长度l=10~100mm，以上参数的调节均可在控制系统中设定，本发明中不作保护。

本实施例中，接触轮30及其支撑结构（支撑结构为卡住接触轮的支架）以可拆卸方式安装在接触杆29上，可以根据需要，适当更换不同的接触轮30，应用较小的接触轮，可磨削叶片根部及其他狭小部位，适用于异形体的磨削。

为了使本发明研磨抛光装置达到柔性研磨抛光的效果，接触轮30通过缓冲装置8安装在接触杆29的下端。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种砂带研磨抛光装置，其特征在于，包括卷轮安装板(19)、放卷轮(4)、收卷轮(5)、张紧机构和驱动机构；

所述放卷轮(4)和收卷轮(5)对称设置在卷轮安装板(19)上；研磨抛光带(26)以带卷的形式缠绕在放卷轮(4)上，研磨抛光带(26)的卷出端绕过张紧机构后缠绕在收卷轮(5)上；

所述驱动机构包括伺服电机(16)、主动齿轮(18)、从动齿轮、从动齿轮传动轴、卷轮轴和电磁离合器；所述主动齿轮(18)安装在伺服电机(16)的输出轴(17)上、且由伺服电机(16)带动转动；所述从动齿轮、从动齿轮传动轴、卷轮轴和电磁离合器均为两个，两个从动齿轮分别对应安装在位于主动齿轮(18)两侧的从动齿轮传动轴的一端、且与主动齿轮啮合；所述放卷轮(4)和收卷轮(5)分别安装在对应卷轮轴的一端，卷轮轴的另一端与对应侧从动齿轮传动轴的另一端通过电磁离合器连接；在同一时刻，仅有一个电磁离合器处于吸合状态；

所述张紧机构包括过渡轮、接触轮(30)、接触杆(29)、轴套(28)和位移轴(3)；所述过渡轮为两个以上的双数个，过渡轮对称设置在卷轮安装板(19)的下方；所述接触轮(30)安装在接触杆(29)的下端，接触杆(29)的上端与轴套(28)的下端连接，轴套(28)的上端与位移轴(3)连接，研磨抛光带(26)的卷出端绕过过渡轮和接触轮(30)后缠绕在收卷轮(5)上；

所述的放卷轮(4)和收卷轮(5)的周围分别设置有摩擦盘，所述接触轮(30)可拆卸的安装在接触杆(29)的下端。

2.根据权利要求1所述的砂带研磨抛光装置，其特征在于，所述接触轮(30)通过缓冲装置(8)安装在接触杆(29)的下端。

3.一种砂带研磨抛光装置的收卷方法，其特征在于，采用权利要求1～2任一项所述的砂带研磨抛光装置，伺服电机(16)正转或反转带动主动齿轮(18)正轮或反转，主动齿轮(18)将伺服电机(16)的转动传递给从动齿轮；在某一时刻，电磁离合器a吸合而电磁离合器b分离，电磁离合器a使对应侧的从动齿轮传动轴和卷轮轴连接，将从动齿轮的转动传递给对应侧的卷轮，该卷轮做收卷动作，而与电磁离合器b对应的卷轮做放卷动作；在下一时刻，电磁离合器b吸合而电磁离合器a分离，电磁离合器b使对应侧的从动齿轮传动轴和卷轮轴连接，将从动齿轮的转动传递给对应侧的卷轮，该卷轮做收卷动作，而与电磁离合器a对应的卷轮做放卷动作；如此循环。