CN113263457A - 一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮，整体呈回转体结构，包括由外向内依次设置的工作层、过渡层和砂轮基体，工作层用于对芯棒螺旋槽进行磨削加工，过渡层用于将工作层牢固的连接在砂轮基体上，砂轮基体用于支撑工作层并装夹和安装砂轮，砂轮基体的中心处设有通孔，砂轮通过安装孔安装在机床上，工作层的截面轮廓包括相互平行且垂直于砂轮回转轴线的直线段和位于直线段之间呈外凸的圆弧段，圆弧段的半径R取决于砂轮回转半径r、芯棒回转半径以及磨削加工时砂轮回转轴线Z和芯棒回转轴线z间的交错角Σ大小，采用接触线方程进行求解获得，结构简单、使用方便，能够实现圆切形结构芯棒螺旋槽精确加工。

Description

一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮

技术领域

本发明涉及机械加工工艺装备技术领域，具体为一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮。

背景技术

轻武器身管内壁膛线是一个螺旋形的沟槽结构，以下简称螺旋槽。一般，轻武器身管膛线的螺旋槽结构有矩形结构、梯形结构、圆切形结构等，每种结构各有优缺点。随着制造技术的发展和进步，径向锻造成形技术在国内外得到了广泛的应用，使得圆切形结构膛线的工艺优越性逐渐凸显出来。

径向锻造成形技术是通过圆形阵列分布的锻压锤头沿圆心方向锻压身管外圆表面，使身管沿径向产生塑性变形，在身管内孔放置的芯棒的与身管内壁的相互挤压作用下，锻压出与芯棒外形结构形貌相吻合的膛线结构。

芯棒是制造膛线过程中的关键模具。圆切形结构膛线的芯棒外形也是圆切形结构，与圆切形结构膛线相吻合，其横截面轮廓是由直线段和圆弧段组成。

一般，制造圆切形结构芯棒工艺过程为：粗、精磨螺旋槽部分外圆→螺旋槽部分磨削开槽→抛光。

由于圆切形结构芯棒的螺旋槽是由一条直线段绕芯棒轴心线螺旋向上旋转形成的等升距螺旋槽。因此，传统上工厂车间就将圆切形结构芯棒的螺旋槽磨削开槽的砂轮的磨削面制成由直线段绕砂轮回转中心线而成的圆柱面平型砂轮，采用这样的砂轮制造出来的芯棒螺旋槽面是一个外凸的圆弧型螺旋槽，而不是切线型螺旋槽，与理论设计模型存在超过0.02mm的误差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽用砂轮，结构简单，使用方便，能够实现圆切形结构芯棒螺旋槽精确加工。

一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮，整体呈回转体结构，其特征在于：包括由外向内依次设置的工作层、过渡层和砂轮基体，所述工作层用于对芯棒螺旋槽进行磨削加工，过渡层用于将工作层牢固的连接在砂轮基体上，所述砂轮基体用于支撑工作层并装夹和安装砂轮，砂轮基体的中心处设有通孔，砂轮通过安装孔安装在机床上，所述工作层的截面轮廓包括相互平行且垂直于砂轮回转轴线的直线段和位于直线段之间呈外凸的圆弧段，所述圆弧段的半径R取决于砂轮回转半径r、芯棒回转半径以及磨削加工时砂轮回转轴线Z和芯棒回转轴线z间的交错角Σ大小，利用芯棒和砂轮切削加工过程中螺旋面接触特性，采用接触线方程进行求解获得。

进一步的，所述工作层由磨料、结合剂和填料制成，过渡层12是由结合剂、金属粉和填料制成，砂轮基体采用金属材料加工制成。

进一步的，所述砂轮圆弧段的半径R采用接触线方程求解过程如下：

式中：u为自变量；

θ为因变量；

p为芯棒螺旋槽导程，为定值；

b为直线与x轴的截距，为定值；

Z轴与芯棒z轴间的距离为H，为定值；

Σ为交错角，为定值；

根据接触线特征方程⑴，通过已知的自变量u数值计算得到因变量θ，代入⑵式得到基于芯棒坐标系的接触线系列坐标点(x,y,z),通过⑶式进行坐标转换得到基于砂轮坐标系的接触线系列坐标点(X,Y,Z),最后将计算结果代入⑷式得到基于砂轮坐标系的砂轮截面系列二维坐标点(Z,R)，将该系列坐标点通过最小二乘法计算即可得到截面轮廓几何尺寸。

本发明的有益效果：

通过将砂轮工作层的截面轮廓设计为相互平行的直线段和位于直线段之间的外凸圆弧段，圆弧段的半径R由砂轮回转半径r、芯棒回转半径以及磨削加工时砂轮回转轴线和芯棒回转轴线间的交错角Σ通过计算获得，当砂轮绕自身回转轴线高速旋转并配合芯棒螺旋槽结构沿芯棒轴线方向作进给运动时，能够磨削加工出满足设计要求的芯棒圆切形结构螺旋槽，结构简单，使用方便，无需对砂轮进行较大改动就可实现圆切形结构芯棒的螺旋槽精确加工。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视剖面图；

图3为圆切形结构芯棒的截面轮廓示意图；

图4为芯棒磨削开槽加工示意图。

附图中：1-砂轮，2-芯棒，11-工作层，12-过渡层，13-砂轮基体，

14-通孔，15-工作层的截面轮廓直线段，16-工作层的截面轮廓外凸圆弧段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1至图3所示的一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮，砂轮1整体是一个呈回转体结构的零部件，包括由外向内依次设置的工作层11、过渡层12和砂轮基体13，工作层11由磨料、结合剂和填料制成，是砂轮1实现磨削加工的工作部分，用于对芯棒2螺旋槽进行磨削加工，过渡层12由结合剂、金属粉和填料制成，用于将工作层11牢固的连接在砂轮基体13上，所述砂轮基体13由铝或钢等材料加工而成，用于支撑工作层11并装夹和安装砂轮1，砂轮基体13的中心处设有通孔14，是砂轮1的安装接口，砂轮1通过安装孔14安装在机床上；所述工作层11的截面轮廓包括相互平行且垂直于砂轮回转轴线的直线段15和位于直线段15之间呈外凸的圆弧段16，所述圆弧段16的半径R取决于砂轮1回转半径r、芯棒2回转半径以及磨削加工时砂轮回转轴线Z和芯棒回转轴线z间的交错角Σ大小，具体取值可以用成形加工技术原理为基础，利用芯棒和砂轮切削加工过程中螺旋面接触特性，采用接触线方程等进行求解获得，具体如下：

式中：u为自变量；

θ为因变量；

p为芯棒螺旋槽导程，为定值；

b为直线与x轴的截距，为定值；

Z轴与芯棒z轴间的距离为H，为定值；

Σ为交错角，为定值；

根据接触线特征方程⑴，通过已知的自变量u数值计算得到因变量θ，代入⑵式得到基于芯棒坐标系的接触线系列坐标点(x,y,z),通过⑶式进行坐标转换得到基于砂轮坐标系的接触线系列坐标点(X,Y,Z),最后将计算结果代入⑷式得到基于砂轮坐标系的砂轮截面系列二维坐标点(Z,R)，将该系列坐标点通过最小二乘法计算即可得到砂轮截面轮廓几何尺寸。

如图3所示，图3表示圆切形结构芯棒的截面轮廓图，从图中可以看出，芯棒截面轮廓由圆弧段和直线段交替连接形成，直线段即为芯棒圆切形结构螺旋槽。

如图4所示，将砂轮1安装在工具磨床上，砂轮1回转轴线Z与芯棒2回转轴线z呈一定的交错角Σ，该交错角大小由芯棒螺旋槽螺距决定，砂轮绕自身回转轴线高速旋转并配合芯棒螺旋槽结构沿芯棒轴线方向作进给运动，从而磨削加工出图中所示的芯棒圆切形结构螺旋槽。

最后应说明的是：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；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (3)

1.一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮，整体呈回转体结构，其特征在于：包括由外向内依次设置的工作层、过渡层和砂轮基体，所述工作层用于对芯棒螺旋槽进行磨削加工，过渡层用于将工作层牢固的连接在砂轮基体上，所述砂轮基体用于支撑工作层并装夹和安装砂轮，砂轮基体的中心处设有通孔，砂轮通过安装孔安装在机床上，所述工作层的截面轮廓包括相互平行且垂直于砂轮回转轴线的直线段和位于直线段之间呈外凸的圆弧段，所述圆弧段的半径R取决于砂轮回转半径r、芯棒回转半径以及磨削加工时砂轮回转轴线Z和芯棒回转轴线z间的交错角Σ大小，利用芯棒和砂轮切削加工过程中螺旋面接触特性，采用接触线方程进行求解获得。

2.根据权利要求1所述的一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮，其特征在于：所述工作层由磨料、结合剂和填料制成，过渡层是由结合剂、金属粉和填料制成，砂轮基体采用金属材料加工制成。

3.根据权利要求1所述的一种圆切形结构芯棒螺旋槽磨削开槽砂轮，其特征在于：所述砂轮圆弧段的半径R采用接触线方程求解，过程如下：

式中：u为自变量；

θ为因变量；

p为芯棒螺旋槽导程，为定值；

b为直线与x轴的截距，为定值；

Z轴与芯棒z轴间的距离为H，为定值；

Σ为交错角，为定值；

根据接触线特征方程⑴，通过已知的自变量u数值计算得到因变量θ，代入⑵式得到基于芯棒坐标系的接触线系列坐标点(x,y,z),通过⑶式进行坐标转换得到基于砂轮坐标系的接触线系列坐标点(X,Y,Z),最后将计算结果代入⑷式得到基于砂轮坐标系的砂轮截面系列二维坐标点(Z,R)，将该系列坐标点通过最小二乘法计算即可得到截面轮廓几何尺寸。

Images