CN104816222A - 无级变曲率砂带磨削工具头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无级变曲率砂带磨削工具头，包括支撑板承载装置、动力装置、无级变曲率装置、密封装置、张紧装置和砂带。砂带由砂带驱动电机驱动，由驱动轮、惰轮、张紧装置、支撑滚轮和无级变曲率装置支撑。磨削过程中，通过调节变曲率电机的转动角度，可以改变无级变曲率接触轮参与磨削位置处的曲率大小。同时，无级变曲率装置内的丝杆螺母结构可以保持曲率大小不会发生变化，从而实现无级变曲率磨削的功能。密封装置适应曲率的变化，防止无级变曲率装置内部结构受粉尘磨屑污染。本发明中接触轮的曲率变化柔顺，曲率变化范围大。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械制造技术领域，特别涉及一种加工复杂曲面的无级变曲率砂带磨削工具头。
背景技术
复杂曲面加工一直都是机械加工中的难题。砂带磨削属于冷态、弹性磨削，具有磨削和抛光双重作用，工艺灵活性和适应性强，在曲面加工中具有去除效率高、表面加工质量好的特点，是汽轮机叶片、船用螺旋桨、水轮机叶片等大余量、大面积、高表面质量要求的大型曲面磨削加工中有效的加工手段。
砂带磨削中，接触轮直径对去除效率、表面质量有直接影响。在复杂曲面加工过程中，工件截面型线上各点处曲率变化，为实现余量的高效去除和获得较好的表面质量，接触轮直径应进行相应的调整。如，曲面内弧面加工采用大曲率接触轮，外弧面采用小曲率接触轮，故需不同曲率接触轮能在同一个工具系统中更换。而目前常用传统砂带磨削机床中的接触轮尺寸固定、无法在线调整，使得传统的磨削工具只能加工表面曲率在一定范围内变化的工件，限制了砂带磨削的应用范围。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题，提供一种实现接触轮曲率可变、其结构占用空间小并且可被灵活装配于各类磨床上的砂带磨削工具头。
本发明包括有工具板、砂带驱动轮、砂带驱动电机、变曲率驱动电机、惰轮、砂带、张紧装置、砂带支撑架、砂带支撑滚轮、磨头连接板、无级变曲率装置和密封装置，砂带驱动电机通过螺钉连接在工具板后侧上端，砂带驱动电机主轴与砂带驱动轮联接；两个惰轮固定在工具板上；张紧装置由张紧气缸与张紧轮组成，张紧气缸通过螺钉固连在工具板上，张紧轮铰接在张紧气缸的伸缩杆上，张紧轮与砂带接触；砂带支撑滚轮连接在砂带支撑架上，砂带支撑架通过螺栓被固定在工具板上，砂带支撑滚轮与砂带接触；
密封装置经由螺钉固定在无级变曲率装置上，密封装置是由密封弹性橡胶、短销、密封弹簧片、铆钉和连接片组成，其中，密封弹性橡胶通过铆钉和胶与密封弹簧片相连，密封弹簧片的两端通过短销与磨头前端外壳、磨头后端外壳上的密封弹簧片滑动槽装配，并由磨头前端外壳、磨头后端外壳中的限位螺钉限位，连接片下端与密封弹簧片通过铆钉连接，上端通过螺钉与推头连接，并能在磨头前端外壳、磨头后端外壳中的活动块活动槽内运动。
无级变曲率装置是由磨头内部变形环装置、磨头内部变形环驱动装置、磨头前端外壳、磨头后端外壳、前后外壳间连接板和磨头装配螺栓组成，其中，磨头内部变形环装置与磨头内部变形环驱动装置中的电机主轴同轴，磨头内部变形环驱动装置中的行星锥齿轮被磨头前端外壳、磨头后端外壳中的行星锥齿轮架限定位置，磨头内部变形环驱动装置中的推头两侧分别与磨头前端外壳、磨头后端外壳中的推头滑道配合，推头的顶部与磨头内部变形环装置中的柔性支撑内环内侧接触，磨头前端外壳与磨头后端外壳之间通过螺栓孔与磨头装配螺栓固连，最终，通过前后外壳间连接块、螺栓、磨头连接板与工具板相连。
磨头内部变形环装置是由柔性支撑内环、柔性支撑外环、滚芯、滚套、滚套位置保持架和橡胶环组成，其中，多个滚芯与滚套成套同轴装配，滚芯被滚套位置保持架以链条的形式连接成封闭的环状结构，再与柔性支撑内环、柔性支撑外环和橡胶环同轴装配；
磨头内部变形环驱动装置是由变曲率驱动电机、变曲率驱动电机主轴、驱动锥齿轮、推头、丝杠基座、行星锥齿轮、从动锥齿轮、花键槽、丝杆和推头上螺纹孔组成，其中，变曲率驱动电机主轴、驱动锥齿轮、从动锥齿轮同轴，四个行星锥齿轮分别围绕驱动锥齿轮轴线，在其圆周方向等角度啮合装配，丝杠基座与行星锥齿轮、丝杆与丝杠基座分别通过螺钉相互连接，丝杆与推头之间为螺纹配合，头上螺纹孔与密封装置中的连接片上端螺钉装配。
本发明包括有工具板、砂带驱动轮、砂带驱动电机、变曲率驱动电机、惰轮、砂带、张紧装置、砂带支撑架、砂带支撑滚轮、磨头连接板、无级变曲率装置和密封装置，砂带驱动电机通过螺钉连接在工具板后侧上端，砂带驱动电机主轴与砂带驱动轮联接；两个惰轮固定在工具板上；张紧装置由张紧气缸与张紧轮组成，张紧气缸通过螺钉固连在工具板上，张紧轮铰接在张紧气缸的伸缩杆上，张紧轮与砂带接触；砂带支撑滚轮连接在砂带支撑架上，砂带支撑架通过螺栓被固定在工具板上，砂带支撑滚轮与砂带接触；
密封装置经由螺钉固定在无级变曲率装置上，密封装置是由密封弹性橡胶、短销、密封弹簧片、铆钉和连接片组成，其中，密封弹性橡胶通过铆钉和胶与密封弹簧片相连，密封弹簧片的两端通过短销与磨头前端外壳、磨头后端外壳上的密封弹簧片滑动槽装配，并由磨头前端外壳、磨头后端外壳中的限位螺钉限位，连接片下端与密封弹簧片通过铆钉连接，上端通过螺钉与推头连接，并能在磨头前端外壳、磨头后端外壳中的活动块活动槽内运动。
无级变曲率装置是由磨头内部变形环装置、磨头内部变形环驱动装置、磨头前端外壳、磨头后端外壳、前后外壳间连接板和磨头装配螺栓组成，其中，磨头内部变形环装置与磨头内部变形环驱动装置中的电机主轴同轴，磨头内部变形环驱动装置中的行星锥齿轮被磨头前端外壳、磨头后端外壳中的行星锥齿轮架限定位置，磨头内部变形环驱动装置中的推头两侧分别与磨头前端外壳、磨头后端外壳中的推头滑道配合，推头的顶部与磨头内部变形环装置中的柔性支撑内环内侧接触，磨头前端外壳与磨头后端外壳之间通过螺栓孔与磨头装配螺栓固连，最终，通过前后外壳间连接块、螺栓、磨头连接板与工具板相连。
磨头内部变形环装置是由柔性支撑内环、柔性支撑外环、滚芯、滚套、滚套位置保持架和橡胶环组成，其中，多个滚芯与滚套成套同轴装配，滚芯被滚套位置保持架以链条的形式连接成封闭的环状结构，再与柔性支撑内环、柔性支撑外环和橡胶环同轴装配；
磨头内部变形环驱动装置是由变曲率驱动电机、变曲率驱动电机主轴、驱动锥齿轮、推头、丝杠基座、行星锥齿轮、从动锥齿轮、花键槽、丝杆和推头上螺纹孔组成，其中，变曲率驱动电机主轴、驱动锥齿轮、从动锥齿轮同轴，四个行星锥齿轮分别围绕驱动锥齿轮轴线，在其圆周方向等角度啮合装配，丝杠基座与行星锥齿轮、丝杆与丝杠基座分别通过螺钉相互连接，丝杆与推头之间为螺纹配合，头上螺纹孔与密封装置中的连接片上端螺钉装配。
本发明的工作过程：
砂带驱动电机驱动砂带驱动轮转动，经由惰轮、支撑滚轮带动砂带运动，张紧气缸张紧，开始磨削。当曲率需要变大时，变曲率驱动电机顺时针旋转，驱动锥齿轮顺时针旋转，四个行星锥齿轮也分别绕各自的中心轴线做顺时针旋转，但与上下两侧两个行星锥齿轮相配合的丝杆螺旋线旋向为逆时针，与左右两侧的两个行星锥齿轮相配合的丝杆的螺旋线旋向为顺时针，这样使得上下两侧推头在各自的推头滑道内沿着远离变曲率驱动电机主轴的方向向外滑行，而左右两侧推头在各自的推头滑道内沿着靠近变曲率驱动电机主轴的方向向内滑行，四个推头的共同作用，使得磨头内部变形环装置发生形变，进而增大了其最下端的曲率，而丝杆螺母的结构能够保持这一曲率变化，并支撑砂带进行切削运动，最终实现了变曲率磨削。当曲率需要变小时，与之相反。
密封装置中的连接片，通过螺钉将密封弹簧片与磨头内部变形环驱动装置中下端的推头连接，这样，当因推头位置上下移动而引起磨头曲率变化时，弹簧片也会发生形变。由于密封弹簧片的两端通过短销，与磨头前后端外壳中的密封弹簧片滑动槽装配，当密封弹簧片发生形变时，短销可以在密封弹簧片滑动槽中滑动，其位置由限位螺钉限制。密封弹性橡胶一端通过铆钉和胶水与密封弹簧片连接，一端由螺钉与磨头前后端外壳连接，其余部位由于密封弹性橡胶自身的弹性和结构特点自动紧贴在磨头前后端外壳上，从而在工作过程中，保证了密封的可靠性。
本发明的工作原理：
磨头内部变形环装置与常见的砂带磨削装置中的砂带接触轮作用一样，其结构由内而外分为四层：第一层为柔性支撑内环；第二层为由一定数量的滚芯、滚套和滚套位置保持架组成；第三层为柔性支撑外环；第四层为橡胶环。当变曲率驱动电机顺(逆)时针旋转时，上下两侧的两个推头同步向变曲率驱动电机主轴方向远离(靠近)，同时，左右两侧的两个推头同步向变曲率驱动电机主轴方向靠近(远离)，迫使与推头接触的柔性支撑内环发生形变，当柔性支撑内环发生变形时，与之接触配合的由滚芯、滚套和滚套位置保持架组成的第二层结构也会发生相应的变形，接着第三层柔性支撑外环、第四层橡胶环与砂带发生同样的变形。磨削过程中，柔性支撑内环(第一层)不旋转，柔性支撑外环(第二层)、橡胶环(第三层)和砂带同步且相对于柔性支撑内环(第一层)旋转，而滚芯、滚套和滚套位置保持架(第二层)也相对于柔性支撑内环(第一层)旋转，但滚套自身也会绕滚芯做自转运动。其特殊的链条式结构，既可以减小高速相对转动中的摩擦力，又可以适应曲率的变化。
本发明的有益效果：
1、磨头内部变形环装置的分层结构和由滚芯、滚套和滚套位置保持架组成的第二层结构特点，使得变曲率磨削称为了可能。
2、磨头内部变形环驱动装置中四个推头，上下侧两推头同步向外(内)运动，同时，左右侧两推头同步向内(外)运动的功能设计，扩大了曲率的变化范围。
3、磨头内部变形环驱动装置中丝杆螺母的结构，使得磨削工具头具有了在加工过程无级改变曲率，和保持所需曲率不变的能力。
4、在磨头内部变形环装置中，增加滚套的数量，而减小滚套的直径尺寸，可以在磨削工件过程中，获得更加光滑的表面质量和更小的表面粗糙度。
5、密封装置结构设计，可以保证其密封性不受曲率变化的影响，时刻保护磨头内部结构不受粉尘及磨屑的污染。
附图说明
图1是本发明的变曲率原理简图。
图2是本发明的总装配图。
图3是本发明的左视图。
图4是本发明的后视图。
图5是本发明的磨头内部变形环装置装配图。
图6是本发明的磨头后端外壳立体示意图。
图7是本发明的磨头后端外壳主视图。
图8是本发明的磨头后端外壳仰视图。
图9是本发明的磨头内部变形环驱动装置装配图。
图10是本发明的无级变曲率磨头总装配外观图。
图11是本发明的密封装置装配图。
图12是本发明的张紧装置装配图。
图13是本发明的无级变曲率磨头内部装配结构图。
其中：1—工具板；2—砂带驱动轮；3—惰轮；4—张紧气缸；5—张紧轮；6—磨头连接板；7—变曲率磨头装置；8—密封装置；9—砂带支撑架；10—支撑滚轮；11—砂带；12—前后外壳间连接块；13—砂带驱动电机；14—变曲率驱动电机；15—柔性支撑内环；16—柔性支撑外环；17—滚芯；18—滚套；19—滚套位置保持架；20—橡胶环；21—磨头后端外壳；22—推头滑道；23—螺栓孔；24—行星锥齿轮架；25—连接块活动槽；26—限位螺钉；27—密封弹簧片滑动槽；28—变曲率驱动电机主轴；29—驱动锥齿轮；30—推头；31—丝杆基座；32—行星锥齿轮；33—从动锥齿轮；34—花键槽；35—丝杆；36—推头上螺纹孔；37—磨头前端外壳；38—密封弹性橡胶；39—短销；40—密封弹簧片；41—铆钉；42—连接片；43—磨头装配螺栓；44—内部变形环装置；45—内部变形环驱动装置；46—张紧装置；47—主轴。
具体实施方式
请参阅图1至图13所示，本发明包括有工具板1、砂带驱动轮2、砂带驱动电机13、变曲率驱动电机14、惰轮3、砂带11、张紧装置46、砂带支撑架9、砂带支撑滚轮10、磨头连接板6、无级变曲率装置7和密封装置8，砂带驱动电机13通过螺钉连接在工具板1后侧上端，砂带驱动电机13主轴与砂带驱动轮2联接；两个惰轮3固定在工具板1上；张紧装置46由张紧气缸4与张紧轮5组成，张紧气缸4通过螺钉固连在工具板1上，张紧轮5铰接在张紧气缸4的伸缩杆上，张紧轮5与砂带11接触；砂带支撑滚轮10连接在砂带支撑架9上，砂带支撑架9通过螺栓被固定在工具板1上，砂带支撑滚轮10与砂带11接触；
密封装置8经由螺钉固定在无级变曲率装置7上，密封装置8是由密封弹性橡胶38、短销39、密封弹簧片40、铆钉41和连接片42组成，其中，密封弹性橡胶38通过铆钉和胶与密封弹簧片40相连，密封弹簧片40的两端通过短销39与磨头前端外壳37、磨头后端外壳21上的密封弹簧片滑动槽27装配，并由磨头前端外壳37、磨头后端外壳21中的限位螺钉26限位，连接片42下端与密封弹簧片40通过铆钉连接，上端通过螺钉与推头30连接，并能在磨头前端外壳37、磨头后端外壳21中的活动块活动槽25内运动。
无级变曲率装置7是由磨头内部变形环装置44、磨头内部变形环驱动装置45、磨头前端外壳37、磨头后端外壳21、前后外壳间连接板12和磨头装配螺栓43组成，其中，磨头内部变形环装置44与磨头内部变形环驱动装置45中的电机主轴28同轴，磨头内部变形环驱动装置45中的行星锥齿轮32被磨头前端外壳37、磨头后端外壳21中的行星锥齿轮架24限定位置，磨头内部变形环驱动装置45中的推头30两侧分别与磨头前端外壳37、磨头后端外壳21中的推头滑道22配合，推头30的顶部与磨头内部变形环装置44中的柔性支撑内环15内侧接触，磨头前端外壳37与磨头后端外壳21之间通过螺栓孔23与磨头装配螺栓43固连，最终，通过前后外壳间连接块12、螺栓、磨头连接板6与工具板1相连。
磨头内部变形环装置44是由柔性支撑内环15、柔性支撑外环16、滚芯17、滚套18、滚套位置保持架19和橡胶环20组成，其中，多个滚芯17与滚套18成套同轴装配，滚芯17被滚套位置保持架19以链条的形式连接成封闭的环状结构，再与柔性支撑内环15、柔性支撑外环16和橡胶环20同轴装配；
磨头内部变形环驱动装置45是由变曲率驱动电机14、变曲率驱动电机主轴28、驱动锥齿轮29、推头30、丝杠基座31、行星锥齿轮32、从动锥齿轮33、花键槽34、丝杆35和推头上螺纹孔36组成，其中，变曲率驱动电机主轴28、驱动锥齿轮29、从动锥齿轮33同轴，四个行星锥齿轮32分别围绕驱动锥齿轮29轴线，在其圆周方向等角度啮合装配，丝杠基座31与行星锥齿轮32、丝杆35与丝杠基座31分别通过螺钉相互连接，丝杆35与推头30之间为螺纹配合，头上螺纹孔36与密封装置8中的连接片42上端螺钉装配。
本实施例的工作过程：
砂带驱动电机13驱动砂带驱动轮2转动，经由惰轮3、支撑滚轮10带动砂带11运动，张紧气缸4张紧，开始磨削。当曲率需要变大时，变曲率驱动电机14顺时针旋转，驱动锥齿轮29顺时针旋转，四个行星锥齿轮32也分别绕各自的中心轴线做顺时针旋转，但与上下两侧两个行星锥齿轮32相配合的丝杆35螺旋线旋向为逆时针，与左右两侧的两个行星锥齿轮32相配合的丝杆35的螺旋线旋向为顺时针，这样使得上下两侧推头30在各自的推头滑道内沿着远离变曲率驱动电机主轴28的方向向外滑行，而左右两侧推头30在各自的推头滑道内沿着靠近变曲率驱动电机主轴28的方向向内滑行，四个推头30的共同作用，使得磨头内部变形环装置44发生形变，进而增大了其最下端的曲率，而丝杆螺母的结构能够保持这一曲率变化，并支撑砂带11进行切削运动，最终实现了变曲率磨削。当曲率需要变小时，与之相反。
密封装置8中的连接片42，通过螺钉将密封弹簧片40与磨头内部变形环驱动装置45中下端的推头30连接，这样，当因推头30位置上下移动而引起磨头曲率变化时，密封弹簧片40也会发生形变。由于密封弹簧片40的两端通过短销39与磨头前端外壳37、磨头后端外壳21中的密封弹簧片滑动槽27装配，当密封弹簧片40发生形变时，短销39可以在密封弹簧片滑动槽27中滑动，其位置由限位螺钉26限制。密封弹性橡胶38一端通过铆钉和胶水与密封弹簧片40连接，一端由螺钉与磨头前后端外壳37、21连接，其余部位由于密封弹性橡胶38自身的弹性和结构特点自动紧贴在磨头前后端外壳37、21上，从而在工作过程中，保证了密封的可靠性。
本实施例的工作原理：
磨头内部变形环装置45与常见的砂带磨削装置中的砂带接触轮作用一样，其结构由内而外分为四层：第一层为柔性支撑内环15；第二层为由一定数量的滚芯17、滚套18和滚套位置保持架19组成；第三层为柔性支撑外环16；第四层为橡胶环20。当变曲率驱动电机14顺(逆)时针旋转时，上下两侧的两个推头30同步向变曲率驱动电机主轴28方向远离(靠近)，同时，左右两侧的两个推头30同步向变曲率驱动电机主轴28方向靠近(远离)，迫使与推头30接触的柔性支撑内环15发生形变，当柔性支撑内环15发生变形时，与之接触配合的由滚芯17、滚套18和滚套位置保持架19组成的第二层结构也会发生相应的变形，接着第三层柔性支撑外环16、第四层橡胶环20与砂带11发生同样的变形。磨削过程中，柔性支撑内环15(第一层)不旋转，柔性支撑外环16(第二层)、橡胶环20(第三层)和砂带11同步且相对于柔性支撑内环15(第一层)旋转，而滚芯17、滚套18和滚套位置保持架19(第二层)也相对于柔性支撑内环15(第一层)旋转，但滚套18自身也会绕滚芯17做自转运动。其特殊的链条式结构，既可以减小高速相对转动中的摩擦力，又可以适应曲率的变化。
Claims (1)
1.一种无级变曲率砂带磨削工具头,其特征在于：包括有工具板(1)、砂带驱动轮(2)、砂带驱动电机(13)、变曲率驱动电机(14)、惰轮(3)、砂带(11)、张紧装置(46)、砂带支撑架(9)、砂带支撑滚轮(10)、磨头连接板(6)、无级变曲率装置(7)和密封装置(8)，砂带驱动电机(13)通过螺钉连接在工具板(1)后侧上端，砂带驱动电机(13)主轴与砂带驱动轮(2)联接；两个惰轮(3)固定在工具板(1)上；张紧装置(46)由张紧气缸(4)与张紧轮(5)组成，张紧气缸(4)通过螺钉固连在工具板(1)上，张紧轮(5)铰接在张紧气缸(4)的伸缩杆上，张紧轮(5)与砂带(11)接触；砂带支撑滚轮(10)连接在砂带支撑架(9)上，砂带支撑架(9)通过螺栓被固定在工具板(1)上，砂带支撑滚轮(10)与砂带(11)接触；
密封装置(8)经由螺钉固定在无级变曲率装置(7)上，密封装置(8)是由密封弹性橡胶(38)、短销(39)、密封弹簧片(40)、铆钉(41)和连接片(42)组成，其中，密封弹性橡胶(38)通过铆钉和胶与密封弹簧片(40)相连，密封弹簧片(40)的两端通过短销(39)与磨头前端外壳(37)、磨头后端外壳(21)上的密封弹簧片滑动槽(27)装配，并由磨头前端外壳(37)、磨头后端外壳(21)中的限位螺钉(26)限位，连接片(42)下端与密封弹簧片(40)通过铆钉连接，上端通过螺钉与推头(30)连接，并能在磨头前端外壳(37)、磨头后端外壳(21)中的活动块活动槽(25)内运动；
无级变曲率装置(7)是由磨头内部变形环装置(44)、磨头内部变形环驱动装置(45)、磨头前端外壳(37)、磨头后端外壳(21)、前后外壳间连接板(12)和磨头装配螺栓(43)组成，磨头内部变形环装置(44)与磨头内部变形环驱动装置(45)中的电机主轴(28)同轴，磨头内部变形环驱动装置(45)中的行星锥齿轮(32)被磨头前端外壳(37)、磨头后端外壳(21)中的行星锥齿轮架(24)限定位置，磨头内部变形环驱动装置(45)中的推头(30)两侧分别与磨头前端外壳(37)、磨头后端外壳(21)中的推头滑道(22)配合，推头(30)的顶部与磨头内部变形环装置(44)中的柔性支撑内环(15)内侧接触，磨头前端外壳(37)与磨头后端外壳(21)之间通过螺栓孔(23)与磨头装配螺栓(43)固连，最终，通过前后外壳间连接块(12)、螺栓、磨头连接板(6)与工具板(1)相连；
磨头内部变形环装置(44)是由柔性支撑内环(15)、柔性支撑外环(16)、滚芯(17)、滚套(18)、滚套位置保持架(19)和橡胶环(20)组成，其中，多个滚芯(17)与滚套(18)成套同轴装配，滚芯(17)被滚套位置保持架(19)以链条的形式连接成封闭的环状结构，再与柔性支撑内环(15)、柔性支撑外环(16)和橡胶环(20)同轴装配；
磨头内部变形环驱动装置(45)是由变曲率驱动电机(14)、变曲率驱动电机主轴(28)、驱动锥齿轮(29)、推头(30)、丝杠基座(31)、行星锥齿轮(32)、从动锥齿轮(33)、花键槽(34)、丝杆(35)和推头上螺纹孔(36)组成，其中，变曲率驱动电机主轴(28)、驱动锥齿轮(29)、从动锥齿轮(33)同轴，四个行星锥齿轮(32)分别围绕驱动锥齿轮(29)轴线，在其圆周方向等角度啮合装配，丝杠基座(31)与行星锥齿轮(32)、丝杆(35)与丝杠基座(31)分别通过螺钉相互连接，丝杆(35)与推头(30)之间为螺纹配合，头上螺纹孔(36)与密封装置(8)中的连接片(42)上端螺钉装配。
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2015
- 2015-05-12 CN CN201510238860.3A patent/CN104816222B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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| CN115533698A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-30 | 重庆大学 | 一种变截面罐体内壁磨削装置 |
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