CN112978575A - 一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具，在起吊箱体内安装有换向机构，换向驱动机构的蜗杆与一螺杆固定连接，在螺杆上滑动连接有平衡块，涡轮轴两端通过摆臂与一砂轮固定装置固定连接，涡轮在蜗杆的驱动下带动砂轮固定装置摆动，并且由螺杆带动平衡块轴向滑动，砂轮固定装置的摆动方向与平衡块的轴向移动方向相反；在起吊箱体外壳上设置有激光发射器，在机床主轴上同轴可拆卸的安装有反射套，反射套的内壁涂覆有吸光材料，反射套靠近机床主轴的固定端设置有端盖，端盖的内侧面涂覆有漫反射材料。借助本发明可以快速安全的将平躺的砂轮起吊并精准安装到机床主轴上。

Description

一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具

技术领域

本发明涉及机床主轴上砂轮的安装，具体涉及到一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具。

背景技术

大众旗下的EA888发动机的曲轴轴径采用“粗/精车—表面淬火—粗/精磨”的工艺路线。其中磨削主轴颈、连杆颈外圆和磨削法兰外圆是整个曲轴生产中加工精度和表面粗糙度要求最高的工序。磨削采用CBN(Cubic Boron Nitride，立方碳化硼)砂轮。CBN砂轮的结构是在钢制砂轮基体圆周上粘贴CBN砂条，待砂条磨损后机床通过金刚轮修正器对CBN砂轮表面进行修正。随着CBN颗粒在磨削和修正砂轮过程中逐渐脱落损耗到一定程度，就需要更换砂轮。

砂轮原先水平放置在料箱中，而磨床主轴上安装砂轮时却要求砂轮竖直安装。由于CBN砂轮基体为钢制，主轴颈和连杆颈砂轮重量为50KG、法兰砂轮重量为90KG。由于CBN砂轮材质较脆，一旦在搬运过程中砂轮有磕碰就会导致整个砂轮报废。原有砂轮更换过程从砂轮箱中取出砂轮再安装到辅助支架上，再用固定式砂轮吊具起吊砂轮安装到磨床主轴上。以上操作全部由操作工人力调整搬运，费时费力，有磕碰伤砂轮表面和砂轮掉落砸伤操作工的风险，经常发生在搬运砂轮过程中磕碰伤砂轮表面导致砂轮报废的事件。

在现有技术中存在以下缺点：

1)增加参加搬运的操作工人数，分摊砂轮的重量。由于机床空间狭小，多人挤进工作区域同时工作不方便，而且还会导致生产安全问题。

2)通过制作固定式砂轮吊具，在搬运砂轮过程中起到辅助作用，但是固定式吊钩的安装面是垂直安装位置的。当砂轮水平放置在料箱中需将砂轮先人工搬出，放置到砂轮呈竖直状态的砂轮架上。再用固定式砂轮吊具上的螺栓孔对准砂轮上螺纹孔，然后拧上螺栓再逐步吊起砂轮。由于吊钩是固定的，搬运和起吊过程中砂轮姿态不平稳容易磕碰伤砂轮边缘，并有砂轮掉落砸伤操作工的风险。

3)砂轮与机床主轴安装的位置、角度依靠操作工肉眼观察，不易对准。砂轮质量较重，砂轮安装孔对准磨床主轴难以控制，稍有不慎会撞击到机床主轴。造成机床主轴精度下降。

发明内容

本发明提供了一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具，所述吊具用于将砂轮吊起至竖直状态以安装到机床主轴上，所述吊具设有起吊箱体，所述起吊箱体顶盖固定有吊耳；

在所述起吊箱体内安装有换向机构，所述换向驱动机构由相啮合的水平蜗杆和涡轮构成，所述蜗杆与所述起吊箱体外后侧的螺杆同轴固定连接，在所述螺杆上滑动连接有平衡块，所述涡轮的涡轮轴水平延伸至所述起吊箱体外部的左右两侧，且涡轮轴两端通过摆臂与一砂轮固定装置固定连接，所述涡轮在所述蜗杆的驱动下转动并通过所述摆臂带动所述砂轮固定装置前后摆动，并且由转动的所述螺杆带动平衡块轴向滑动，所述砂轮固定装置的摆动方向与所述平衡块的轴向移动方向相反；

在所述起吊箱体外壳上设置有激光发射器，在所述机床主轴上同轴可拆卸的安装有反射套，所述反射套的内壁涂覆有吸光材料，反射套靠近所述机床主轴的固定端设置有端盖，所述端盖的内侧面涂覆有漫反射材料，激光发射器发射的光束穿过起吊至竖直状态的砂轮中心孔照射在所述端盖内侧面以形成定位光斑。

进一步的，所述螺杆靠近所述起吊箱体的前端螺距小于后端螺距；

所述平衡块通过弹性接触结构与所述螺杆的螺纹配合。

进一步的，所述螺杆从前至后螺距逐渐递增。

进一步的，所述平衡块设有供所述螺杆穿过的第一滑孔，所述平衡块设置有径向的通孔，所述通孔底部与所述第一滑孔相通，所述弹性接触结构安装在所述通孔中，所述通孔位于所述平衡块侧边的开口处设有锁紧螺栓；

所述弹性接触结构由弹簧和钢珠组成，所述钢珠抵接在所述螺杆的螺纹槽中，所述弹簧抵接在所述钢珠以及所述锁紧螺栓之间。

进一步的，螺杆与驱动装置相连，和/或，在螺杆后端同轴固定有转动手柄。

进一步的，所述砂轮固定装置为弧形固定块，弧形固定块的两端通过螺钉与砂轮固定连接，且弧形固定块与砂轮接触的端面固定有橡胶垫)。

进一步的，在所述起吊箱体后侧固定有水平布置的U型把手，U型把手通过水平连接杆固定在所述起吊箱体后侧，所述连接杆和所述螺杆在同一竖直线上；

所述平衡块底部设置有第二滑孔以滑动套置在所述连接杆上。

本发明与现有技术中已有解决方案相比具备如下技术优点：

1.本发明采用一套蜗轮蜗杆机构控制的支架，通过转动蜗轮使砂轮固定装置旋转到支架端面呈水平位置时从料箱中取出砂轮和砂轮固定装置端面呈竖直位置时在磨床主轴上安装砂轮。

2.本发明采用一套与蜗杆同轴的变螺距螺纹传动机构和一个平衡块结构。当蜗轮蜗杆控制砂轮逐渐竖起的过程，平衡块逐渐远离砂轮固定装置起到配重的作用。

3.利用一个激光发射器模拟吊具前进的路径和角度的结构，同时在机床砂轮主轴螺纹孔中安装一个底部有漫反射材料孔壁由吸光材料(涂黑色涂料)组成的反射套结构，通过激光发射器配合反射套，可以快速定位砂轮中心安装孔和机床主轴是否处于同一轴线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具的后侧立体图；

图2为本发明吊具的前侧立体图；

图3为本发明吊具的主视图；

图4为图3的右视图；

图5为图3在K-K方向上的剖视图；

图6为本发明吊具的俯视图；

图7为图6中I-I的投影图；

图8为图3中V部分的局部放大图，示出了平衡块内部的弹性接触结构；

图9为本装置在固定好砂轮的状态图；

图10为本装置摆臂在摆动过程中的示意图；

图11为本装置将砂轮吊起至竖直状态的示意图；

图12吊具重力平衡示意图；

图13为变距螺纹原理图；

图14为蜗杆及其连接的螺杆示意图；

图15为反射套的轴向剖视图；

图16为激光发射器发出的激光与反射套不在同一轴线上的示意图；

图17为激光发射器发出的激光与反射套在同一轴线上的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1所示，本发明提供了一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具，吊具用于将砂轮1吊起至竖直状态以安装到机床主轴上，吊具设有起吊箱体11，起吊箱体11顶盖固定有吊耳25。

在起吊箱体11内安装有换向机构，换向驱动机构由相啮合的水平蜗杆10和涡轮9构成，蜗杆10与起吊箱体11外后侧的螺杆26同轴固定连接，在螺杆26上滑动连接有平衡块6，涡轮9的涡轮轴15水平延伸至起吊箱体11外部的左右两侧，且涡轮9的涡轮轴15两端通过摆臂29与一砂轮固定装置28固定连接，砂轮固定装置28用于固定砂轮1，涡轮9在蜗杆10的驱动下在竖直方向上做转动并通过摆臂29带动砂轮固定装置28前后摆动，并且由转动的螺杆26带动平衡块6轴向滑动，砂轮固定装置28的摆动方向与平衡块6的轴向移动方向相反。在起吊箱体11外壳上设置有激光发射器24，在机床主轴上同轴可拆卸的安装有反射套27，反射套27的内壁涂覆有吸光材料(涂黑色涂料的粗糙表面)27-1，反射套27靠近机床主轴的固定端设置有端盖，端盖的内侧面涂覆有漫反射材料(涂有银白色涂料的粗糙表面)27-2，激光发射器24发射的光束穿过起吊至竖直状态的砂轮中心孔1-1照射在端盖内侧面以形成定位光斑。

参照图9-图11，本发明的工作过程如下：通过吊耳25将本机构固定在吊装机构上，转动手柄使砂轮固定装置28下垂至水平，随后利用螺钉将料箱内平躺的砂轮1固定在砂轮固定装置28上(如图9)，随后通过手动或者机械传动带动螺杆26转动，螺杆26带动水平蜗杆10转动以驱动涡轮9转动(如图10)，摆臂29向前摆动最终使得砂轮固定装置28上的砂轮1处于竖直状态(如图11)，待砂轮中心孔1-1与机床主轴对齐后，吊装机构带动本装置横移，随后利用螺钉将砂轮1固定在机床主轴上。

图5示出了起吊箱体11内的结构示意图，摆臂29通过螺栓件14、垫片13与涡轮9的涡轮轴15连接，蜗轮轴15与蜗轮9通过键16固定连接。蜗轮轴15通过蜗轮轴承12与蜗轮端盖30和螺栓固定在起吊箱体11两侧的蜗轮轴轴承孔中。蜗杆10通过蜗杆轴承4与蜗杆端盖5和螺栓固定在件11箱体的蜗杆轴轴承孔中。图4示出了砂轮1通过砂轮连接螺栓2与砂轮固定装置28连接并固定。

由于砂轮1重量较重，摆臂29带动固定有砂轮1的砂轮固定装置28摆动至前后，整体机构的重心靠前，容易使得机构失去平衡，考虑到此因素，本发明在螺杆26上安装有平衡块6，当摆臂29向前摆动时，平衡块6在螺杆26上向后滑动，起到一个动平衡的作用：当砂轮中心远离机构重心时，平衡块6也远离重心。当砂轮中心靠近机构重心时，平衡块6也靠近重心，如图9-图11所示。

此外，由于砂轮1直径较大，而操作员需要在砂轮1后侧操作本机构吊装砂轮1，因此无法观察到砂轮1前侧的机床主轴位置，因此如何实现砂轮中心孔1-1与机床主轴的对齐也是一个需要解决的问题，为了解决该问题，本发明利用激光发射器配合反射套27来进行校准，其原理为：当吊具位置与砂轮安装孔(即砂轮中心孔1-1)位置未对准时，激光照射在反射套27的孔壁上，大部分光被吸光材料27-1吸收，肉眼观察不到光斑，表示未对准，如图16所示。当吊具位置与砂轮安装孔位置对准时，激光照射在反射套27端盖内侧面，大部分光被漫反射材料27-2反射，在端盖内侧面形成一个肉眼能明显观察到光斑，如图17，操作人员可以透过砂轮中心孔1-1观察到该光斑则表示砂轮安装孔与机床主轴已对齐，可以进行安装作业。

需要说明的是，摆臂29在下垂状态时，平衡块6位于螺杆26靠近起吊箱体11的一端。砂轮在竖起的过程中，中心水平移动的速度是变化的。如果是恒定螺距的话，平衡块移动速度不能完全与砂轮中心移动速度匹配，造成吊具中心与吊钩不重合，造成难以控制吊具。图12为吊具重力平衡示意图，将砂轮和平衡块的重心看作一个质点，砂轮重心到吊具吊环铅垂线的力臂为L1，翻转半径为R，则L1＝RXsin(a)。平衡块重心到吊具吊环铅垂线的力臂L2。如需要吊具在砂轮的反转过程中保存平衡需要L1＝L2，即L2＝RXsin(a)。否则吊具整体的重心不在吊具吊环铅垂线上，将导致吊具产生不平衡状态，降低吊具的操控性。

图13为变距螺纹原理图，以砂轮翻转半径R与铅垂线之间的夹角a的值为横坐标，定义域为0°-90°。以平衡块重心到吊环铅垂线的力臂L2的值为纵坐标建立一直角坐标系，可知a与L2称正玄函数关系，如果用恒螺距螺纹则，平衡块的移动曲线为O-D线，与砂轮实际中心移动存在较大差距。本发明采用多段变螺距丝杆采用O-A-B-C-D多段线拟合正玄函数曲线，吊具的不平衡力控制在一个较小范围。

为了更好的起到平衡块6在砂轮固定装置28摆动过程中起到的动平衡作用，本发明的螺杆26靠近起吊箱体11的前端螺距小于后端螺距，并且为了与螺杆26的可变螺纹配合，平衡块6通过弹性接触结构与螺杆26的螺纹配合，以实现螺杆26的转动来驱动平衡块6轴向滑动。优选的，螺杆26从前至后螺距逐渐递增。

当螺杆26采用变距螺纹时，由于不同部分的螺距不一样，因此平衡块6如果采用传统的内螺纹和是无法和螺杆26来实现整段螺纹连接的，因此本发明采用了弹性接触结构来实现平衡块6与螺杆26的连接。具体机构为：平衡块6设有供螺杆26穿过的第一滑孔，平衡块6设置有径向的通孔，通孔底部与第一滑孔相通，弹性接触结构安装在通孔中，通孔位于平衡块6侧边的开口设有锁紧螺栓17；弹性接触结构由弹簧18和钢珠19组成，钢珠19抵接在螺杆26的螺纹槽中，弹簧18抵接在钢珠19以及锁紧螺栓17之间。弹性接触结构借助弹簧18的弹性，可以适应不同螺距，进而实现由螺杆26的转动来驱动平衡块6的轴向滑动，由此实现平衡块移动速度与砂轮中心移动速度匹配，使得整体结构稳定性更强。

在一可选的实施例中，螺杆26与驱动装置相连，和/或，在螺杆26后端同轴固定有转动手柄7。本发明可以通过机械传动或者手动驱动的方式来驱使螺杆26转动，进而使得摆臂29前后摆动。

在一可选的实施例中，砂轮固定装置28为弧形固定块，弧形固定块的两端通过螺钉与砂轮1固定连接，且弧形固定块与砂轮1接触的端面固定有橡胶垫3，避免锁紧力过大损坏砂轮1。

在一可选的实施例中，在起吊箱体11后侧固定有水平布置的U型把手8，U型把手通过水平连接杆8-1固定在起吊箱体11后侧，连接杆8-1和螺杆26在同一竖直线上；平衡块6底部设置有第二滑孔以滑动套置在连接杆8-1上。螺杆26以及连接杆8-1可以同时为平衡块6提供导向作用，使得螺杆26在轴向滑动的过程中更加稳定。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种带有激光校准并翻转砂轮的吊具，所述吊具用于将砂轮(1)吊起至竖直状态以安装到机床主轴上，其特征在于，所述吊具设有起吊箱体(11)，所述起吊箱体(11)顶盖固定有吊耳(25)；

在所述起吊箱体(11)内安装有换向机构，所述换向驱动机构由相啮合的水平蜗杆(10)和涡轮(9)构成，所述蜗杆(10)与所述起吊箱体(11)外后侧的螺杆(26)同轴固定连接，在所述螺杆(26)上滑动连接有平衡块(6)，所述涡轮(9)的涡轮轴(15)水平延伸至所述起吊箱体(11)外部的左右两侧，且涡轮轴(15)两端通过摆臂(29)与一砂轮固定装置(28)固定连接，所述涡轮(9)在所述蜗杆(10)的驱动下转动并通过所述摆臂(29)带动所述砂轮固定装置(28)前后摆动，并且由转动的所述螺杆(26)带动平衡块(6)轴向滑动，所述砂轮固定装置(28)的摆动方向与所述平衡块(6)的轴向移动方向相反；

在所述起吊箱体(11)外壳上设置有激光发射器(24)，在所述机床主轴上同轴可拆卸的安装有反射套(27)，所述反射套(27)的内壁涂覆有吸光材料(27-1)，反射套(27)靠近所述机床主轴的固定端设置有端盖，所述端盖的内侧面涂覆有漫反射材料(27-2)，激光发射器(24)发射的光束穿过起吊至竖直状态的砂轮中心孔(1-1)照射在所述端盖内侧面以形成定位光斑。

2.如权利要求1所述的带有激光校准并翻转砂轮的吊具，其特征在于，所述螺杆(26)靠近所述起吊箱体(11)的前端螺距小于后端螺距；

所述平衡块(6)通过弹性接触结构与所述螺杆(26)的螺纹配合。

3.如权利要求2所述的带有激光校准并翻转砂轮的吊具，其特征在于，所述螺杆(26)从前至后螺距逐渐递增。

4.如权利要求2所述的带有激光校准并翻转砂轮的吊具，其特征在于，所述平衡块(6)设有供所述螺杆(26)穿过的第一滑孔，所述平衡块(6)设置有径向的通孔，所述通孔底部与所述第一滑孔相通，所述弹性接触结构安装在所述通孔中，所述通孔位于所述平衡块(6)侧边的开口处设有锁紧螺栓(17)；

所述弹性接触结构由弹簧(18)和钢珠(19)组成，所述钢珠(19)抵接在所述螺杆(26)的螺纹槽中，所述弹簧(18)抵接在所述钢珠(19)以及所述锁紧螺栓(17)之间。

5.如权利要求1所述的带有激光校准并翻转砂轮的吊具，其特征在于，螺杆(26)与驱动装置相连，和/或，在螺杆(26)后端同轴固定有转动手柄(7)。

6.如权利要求1所述的带有激光校准并翻转砂轮的吊具，其特征在于，所述砂轮固定装置(28)为弧形固定块，弧形固定块的两端通过螺钉与砂轮(1)固定连接，且弧形固定块与砂轮(1)接触的端面固定有橡胶垫(3)。

7.如权利要求1所述的带有激光校准并翻转砂轮的吊具，其特征在于，在所述起吊箱体(11)后侧固定有水平布置的U型把手(8)，U型把手(8)通过水平连接杆(8-1)固定在所述起吊箱体(11)后侧，所述连接杆(8-1)和所述螺杆(26)在同一竖直线上；

所述平衡块(6)底部设置有第二滑孔以滑动套置在所述连接杆(8-1)上。

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