CN201632923U - 一种旋转主轴式光整机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转主轴式光整机，包括控制系统、料箱、立柱、主轴升降系统、横梁传动箱、行星传动箱和气动卡盘，所述行星传动箱具有输出旋转轴和带动所述输出旋转轴做行星运动的输入驱动端，所述主轴升降系统设置所述立柱内，所述横梁传动箱的第一侧连接所述主轴升降系统，第二侧连接所述行星传动箱的输入驱动端，所述气动卡盘连接在所述行星传动箱的输出旋转轴上，所述控制系统自动控制本设备各个部分的各种动作。本实用新型通过让零部件既自转又公转的行星运动方式进行光整，适合多种大型盘类、齿类等零部件表面光整，光整前后零部件表面粗糙度等级能提高1-2级左右，和人工光整表面处理方式相比，大大提高了生产效率。

Description

一种旋转主轴式光整机

技术领域

本实用新型涉及一种机械加工设备，尤其涉及一种零部件表面加工的旋转主轴式光整机。

背景技术

光整(又称精饰)作为提高零部件表面质量的工艺，从80年代末进入中国，多以加工小型零部件为主。机械工业出版社出版的《表面质量与光整技术》一书对光整技术的发展、分类以及表面质量的概念进行了详细的阐述，另外，也有其它文章对光整进行了介绍，如：杨世春，杨胜强，刘桂莲等《滚磨光整加工的应用》机械工艺师1999.1；刘桂莲、吕彤《表面滚磨光整加工的机理分析与实践》机械工艺师1999.4；牛宏才，《光整技术及其在内燃机行业的应用》内燃机2003.3。

小型零部件可以利用振动、离心设备进行光整。但对于大型零部件(重量大于1千克)的光整这些设备都无法适用，对于大型零部件的光整也一直是一个世界性的难题。我公司开发的卧式光整机已经可以对长短轴类零件、小盘类零件、小型异形类零件进行光整，从20世纪90年代开始对于大型零部件(特别是盘齿类零部件)的光整也进行了探索，并设计了一种强力插轴式光整机，如图1和图2所示，该强力插轴式光整机包括底座1、立座2、主轴偏角a调节总成3、主轴移位总成4、主轴减速总成5、主轴摆脚B调整总成6、工件夹持总成7、滚筒8、滚筒旋转总成9。光整时，工件10通过工装固定在主轴上，然后倾斜一定角度插入装有磨料11的滚筒8中，通过主轴和滚筒8的回转运动，使磨料11与工件10表面产生相对运动和相互作用力，以实现对工件表面的去毛刺及表面光整，观察光整后的工件10发现：工件10的中心处基本上无效果，中心到外缘之间的部分效果较为理想，但边缘处磨损过量。这主要是因为工件10边缘线速度远远大于中心处线速度，滚筒8旋转后带动磨料11冲击工件10，工件10的中心由于自转线速度低，从而使磨料11堆积，冲击动能冲击到堆积的磨料11上，光整效率低；而中间部分有一定的线速度，光整适中；工件10的边缘又刚好是公转旋转与自转甩出的交汇点，从而导致此处摩擦力最大，磨损过量。因此，用这种强力插轴式光整机光整大型盘类零部件时会导致平面光整不均匀，尤其在加工铝合金轮毂时，轮毂的平面光整不均匀，外圈光整过于严重导致变形和点蚀，而中心部分的光整无明显效果。因此，这种光整机具有一定的使用局限性，无法完全满足各类大型零部件的光整要求。

目前轮毂等大型盘类零部件的光整主要由人工完成，以轮毂为例，生产厂将生产的毛坯轮毂交给承包商，由劳动密集型的大量人工进行抛光。抛光的步骤略有不同，但主要的步骤有：a.开砂：采用细砂轮将飞边、毛刺、氧化皮打磨干净；b.粗抛粗磨：采用较粗的砂布轮清除砂轮打磨痕迹，修正外形，倒钝打磨锐边；c.精抛研磨：采用细砂布轮进一步清理较粗大的纹路，使表面光滑细腻，为抛光作准备；d.抛光：采用毡麻轮、硬布轮、软布轮加研磨膏体进行表面的抛光，将轮毂抛出亮光；e.清洗：采用双氧水进行表面的清洗，并氧化保持表面。

人工光整过程劳动强度极大、生产效率低下、工作环境恶劣、职业病发病率高，而且铝粉等光整材料对空气污染极其严重，而且还不能保证光整的效果，零部件的有些部位人工无法进行光整。

采用光整设备来代替人工打磨，能降低劳动强度，大大提高生产效率，并提高对零部件的光整效果。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述问题，本实用新型的目的是提供一种光整效果良好并适合多种大型零部件表面光整的旋转主轴式光整机。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种旋转主轴式光整机，包括控制系统、料箱、立柱，另外还包括主轴升降系统、横梁传动箱和行星传动箱，所述行星传动箱具有输出旋转轴和带动所述输出旋转轴做行星运动的输入驱动端，所述主轴升降系统设置所述立柱内，所述横梁传动箱的第一侧连接所述主轴升降系统，第二侧连接所述行星传动箱的输入驱动端，所述料箱位于所述行星传动箱的下方。

作为优选，所述行星传动箱的输出旋转轴上连接有用于卡持被光整零部件的气动卡盘。

作为优选，所述行星传动箱的输入驱动端进一步包括输入固定轴和套设于所述输入固定轴上的输入旋转套，所述横梁传动箱的第二侧与所述输入固定轴的一端固定连接并带动所述输入旋转套转动，所述输入固定轴上安装太阳轮，所述输出旋转轴上安装惰轮，所述惰轮通过第一行星轮与所述太阳轮啮合。

作为优选，所述行星传动箱的输入驱动端进一步包括输入固定轴和套设于所述输入固定轴上的输入旋转套，所述横梁传动箱的第二侧与所述输入固定轴的一端固定连接并带动所述输入旋转套转动，所述输入固定轴上安装太阳轮，所述输出旋转轴上安装第二行星轮，所述第二行星轮与所述太阳轮啮合。

作为优选，该旋转主轴式光整机还包括设置在所述料箱的侧面并驱动所述料箱上下运动的料箱升降机构，所述升降机构包括至少3根均匀分布在所述料箱侧面的导柱和与所述导柱数量相同的销柱，所述导柱通过直线轴承与所述料箱的侧面固定，导柱的下端可伸缩地插入在所述销柱中。

作为优选，所述导柱和所述销柱均为4根。

作为优选，所述导柱通过两套直线轴承与所述料箱的侧面固定。

作为优选，距离所述销柱最近的直线轴承和所述销柱之间设置有弹簧。

作为优选，该旋转主轴式光整机还包括摆动机构，所述摆动机构与所述料箱底部连接。

作为优选，所述摆动机构为曲柄连杆机构。

本实用新型的有益效果在于，通过让零部件既自转又公转的行星运动方式进行光整，适合多种大型零部件表面光整，光整前后零部件表面粗糙度等级能提高1-2级左右，和人工光整方式相比，大大提高了生产效率。对于大型盘类零部件，选择自转与公转方向相同的工作方式光整，光整均匀；对于大型齿类零部件，选择自转与公转方向相反的工作方式光整，边缘光整效率高。本实用新型可广泛用于汽车轮毂、涡喷发动机的涡轮盘、整体叶片、大型伞齿轮、大型盘类外壳等多种大型零部件的光整。

附图说明

图1是现有技术的强力插轴式光整机的局部抛主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例(连接循环水处理系统后)的结构示意图。

图4是图3的右视图。

图5是图3中行星传动箱与横梁传动箱、气动卡盘连接的局部放大结构示意图。

图6是图3中料箱和料箱升降机构的局部放大结构示意图。

图7是图3中摆动机构的局部放大结构示意图。

图8是图3中行星转动箱的一种结构的放大俯视图。

图9是图5沿A-A-A剖切后拉直的剖视图。

图10是本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例的一种工作方式示意图。

图11是本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例的另一种工作方式示意图。

图12本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例的外部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施例。

如图3至图7所示，本实施例的旋转主轴式光整机包括：控制系统208、料箱209、立柱202、主轴升降系统203、横梁传动箱204、行星传动箱205和气动卡盘206，行星传动箱205具有输入驱动端30和输出旋转轴36，输入驱动端30带动输出旋转轴36做行星运动，主轴升降系统203设置在立柱202内，横梁传动箱204的第一侧连接主轴升降系统203，第二侧连接行星传动箱205的输入驱动端，气动卡盘206连接在行星传动箱205的输出旋转轴36上。控制系统208的核心控制器件是PLC(可编程逻辑控制器)，可对设备的各个动作进行自动控制，并且能应用于集群式光整机工作模式(即数量众多的光整机在PLC的控制下同时工作)。

料箱209通过管道与循环水处理系统201相连接，循环水处理系统201主要用于配制和处理磨料，供料箱209使用。

如图7所示，为了增强光整的效果，料箱209的底部连接驱动其摆动的摆动机构212，摆动机构212可以是电机61驱动的曲柄连杆机构62，也可以是其它形式的能驱动料箱209摆动的机构。

如图6所示，料箱209的侧面还设有驱动其上下运动的料箱升降机构210，设置在侧面的目的是增加料箱209的强度。料箱升降机构210包括4根均匀分布在料箱209侧面的导柱51和4根销柱54，导柱51通过直线轴承52与料箱209的侧面固定，导柱51的下端可伸缩地插入在销柱54中，导柱51的伸缩带动料箱209在垂直方向能上下运动。当然，导柱51和销柱54的数量不是唯一的，3个以上只要能支撑料箱209即可满足要求。

为了保证料箱209频繁上下运动的可靠性，每根导柱51上设置了间距适当的两套直线轴承52，距离销柱54最近的直线轴承52和销柱54之间设置了弹簧53，从而将料箱209绝大部分的重量抵消在销柱54上，大幅度减小了对料箱209的底板的推力。为了保证料箱209的底板的刚度，充分利用料箱209的底板与接水环的尺寸，内藏多条具有一定宽度的立筋，呈发射状分布料箱底面(图中未示出)。

气动卡盘206用于固定被光整零部件207，本实施例中选用上海三六机电设备有限公司生产的气动卡盘，在被光整零部件207做行星运动过程中，气管安全的连接到气动卡盘上不发生抻拽与缠绕。在卡紧与放松过程中内外圈锁死保证气体通过，当气动卡盘206卡紧后可利用锥面自锁，气动卡盘206内外圈分离，同时采用拉紧弹簧保证外圈不旋转，使得气管不缠绕。

行星传动箱205的结构有很多种，只要输入驱动端30带动输出旋转轴36做行星运动即可。如图8和图9所示，输入驱动端30进一步包括输入旋转套35、安装太阳轮31的输入固定轴34，输入旋转套35套设在输入固定轴34上，输入固定轴34与横梁传动箱204的第二侧固定连接，使得太阳轮31固定不转，输入旋转套35在横梁传动箱204的带动下绕输入固定轴34旋转，即在横梁传动箱204上的驱动源的驱动下，输入旋转套35能带动行星传动箱205绕输入固定轴34旋转，输出旋转轴36上安装惰轮33，惰轮33通过第一行星轮32与太阳轮31啮合。这种结构的行星传动箱205的输出旋转轴34自转和公转的方向是相反的。如果需要输出旋转轴34自转的方向和公转的方向相同，则只需输出旋转轴34上安装第二行星轮，直接将第二行星轮与太阳轮31啮合即可。即行星传动箱205的结构不同，被光整零部件207自转与公转的方向可以相同或相反，存在两种不同的工作方式。

如图10所示本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例的一种工作方式示意图，被光整零部件207自转与公转方向相反时，X1点的线速度为N×(R+r)+n×R；X2点的线速度为N×r；X3点的线速度为n×R-N×(R-r)，其中N表示公转角速度，n表示自转角速度，R表示被光整零部件207的半径，r表示公转半径。当N＞n时，X1点的线速度最高，为主要光整方式；X2点的线速度次之，为次要光整方式；X3点的线速度取决于工件的直径，应为最次。该光整方式(下称飞旋式)对零部件外缘光整效率高，中心部位加工效率一般，对盘类零部件的平面光整的效果不好，但对齿轮类零部件的齿面及齿轮边缘的毛刺去除效果极佳。

如图11所示本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例的另一种工作方式示意图，被光整零部件207自转与公转方向相同时，X1点的线速度为N×(R+r)-n×R；X2点的线速度为N×r；X3点的线速度为n×R+N×(R-r)，当R与r趋近时三点的加工效率基本相同，该种光整方式(下称平旋式)适合于盘类零件的大平面的光整，比如轮毂的外平面光整。

上述两种工作方式的选择可以由控制系统根据实际需要进行切换。即被光整零部件207是大型齿类零部件时，选择飞旋式；被光整零部件207是大型盘类零部件时，选择平旋式。

如图12本实用新型的旋转主轴式光整机的实施例的外部结构示意图，这种外部结构设计便于装配、维修和保养。

下面详细介绍使用本实施例的旋转主轴式光整机对大型盘齿类零部件进行光整的工作过程。

首先根据被光整零部件207的类型选择工作方式，如果是大型齿类零部件时，选择飞旋式，保证齿面的光整效率最大化；如果是大型盘类零部件时，选择平旋式，保证各个部分光整基本均匀。

根据被光整零部件207的材料等特性选择合适的磨料，包括磨料的外形、种类、目数等不同特性。

将被光整零部件207卡紧在气动卡盘206上，主轴升降系统203下降，将被光整零部件207完全侵入料箱209中的磨料中，行星传动箱205带动被光整零部件207做既自转又公转的行星运动进行光整，料箱209同时摆动并作垂直方向的上下运动。被光整零部件207做行星运动，不管是飞旋式还是平旋式，它的中心部分都具备一定的线速度，克服了强力插轴式光整机的缺点，保证了光整效果。料箱209既振动又上下运动的形式使得磨料在推力的作用下，能不停地穿越被光整零部件207的凹陷区域或空隙，并在旋转的作用下对凹陷区域或空隙的侧面进行光整，消除了光整死角，从而进一步加强了光整效果。

循环水处理系统201对磨料进行循环处理(如过滤、比重判断、加水等)，以延长磨料的使用寿命。

光整时间达到后，主轴升降系统203上升，停位准确后取下被光整零部件207。

设备的整个动作过程由PLC进行自动控制。

下面以轮毂、钛合金叶盘、涡喷发动机盘类零件为试验件验证本实施的旋转主轴式光整机的光整效果。

作为涡喷发动机中重要的部件，叶盘的表面粗糙度、打磨出现的纹路、棱角等都会对高速大压气比的空气运动产生影响，光滑圆润的叶盘对提高发动机的工作效率有极大的帮助，并且表面光滑减少能污物附着的可能，对抗腐蚀和寿命均有极大的好处。由于叶盘本身形状复杂，以前只能人工抛光，每一个叶盘需要15天左右的时间，而且效果还不好。选择飞旋式光整200分钟后，和人工抛光相比，去除了加工刀纹和毛刺，光滑圆润，表面粗糙度等级提高1-2级左右，生产效率提高了30多倍。通过对比待光整叶盘的表面放大180倍的纹理图和待光整叶盘使用本实施例的旋转主轴式光整机光整后表面放大180倍的纹理图，本实施例光整效果十分明显。

选择平旋式对轮毂光整后，毛刺、飞边、氧化皮被去除，表面粗糙度等级大大提高，效果显著，一次性完成对轮毂的各个平面、辐板、叶片、齿面及圆弧面的光整，和人工抛光相比，降低了劳动强度，提高了光整效率，而且没有空气污染(从轮毂表面研磨下的微粉进入磨料中，对废弃磨料进行集中处理)。

选择平旋式对涡喷发动机盘类零件光整后，刀纹基本消失，毛刺清理干净，手工光滑圆润，粗糙度提升2个等级。

由此可见，本实施的旋转主轴式光整机可以对各种大型零部件进行光整，效果良好。对于大型盘类零部件，选择自转与公转方向相同的工作方式光整，光整均匀；对于大型齿类零部件，选择自转与公转方向相反的工作方式光整，边缘光整效率高。对于异型零部件，行星运动和料箱上下运动，使得磨料能自由流动，也保证了光整无死角。

当然，本实用新型并不只适用于大型零部件的光整，对于小型零部件的光整也是适用的。以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种旋转主轴式光整机，包括控制系统、料箱和立柱，其特征在于，还包括主轴升降系统、横梁传动箱和行星传动箱，所述行星传动箱具有输出旋转轴和带动所述输出旋转轴做行星运动的输入驱动端，所述主轴升降系统设置所述立柱内，所述横梁传动箱的第一侧连接所述主轴升降系统，第二侧连接所述行星传动箱的输入驱动端，所述料箱位于所述行星传动箱的下方。

2.根据权利要求1所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，所述行星传动箱的输出旋转轴上连接有用于卡持被光整零部件的气动卡盘。

3.根据权利要求1所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，所述行星传动箱的输入驱动端进一步包括输入固定轴和套设于所述输入固定轴上的输入旋转套，所述横梁传动箱的第二侧与所述输入固定轴的一端固定连接并带动所述输入旋转套转动，所述输入固定轴上安装太阳轮，所述输出旋转轴上安装惰轮，所述惰轮通过第一行星轮与所述太阳轮啮合。

4.根据权利要求1所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，所述行星传动箱的输入驱动端进一步包括输入固定轴和套设于所述输入固定轴上的输入旋转套，所述横梁传动箱的第二侧与所述输入固定轴的一端固定连接并带动所述输入旋转套转动，所述输入固定轴上安装太阳轮，所述输出旋转轴上安装第二行星轮，所述第二行星轮与所述太阳轮啮合。

5.根据权利要求1所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，还包括设置在所述料箱的侧面并驱动所述料箱上下运动的料箱升降机构，所述料箱升降机构包括至少3根均匀分布在所述料箱侧面的导柱和与所述导柱数量相同的销柱，所述导柱通过直线轴承与所述料箱的侧面固定，导柱的下端可伸缩地插入在所述销柱中。

6.根据权利要求5所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，所述导柱和所述销柱为4根。

7.根据权利要求5所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，所述导柱通过两套直线轴承与所述料箱的侧面固定。

8.根据权利要求5至7之一所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，距离所述销柱最近的直线轴承和所述销柱之间设置有弹簧。

9.根据权利要求1所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，还包括摆动机构，所述摆动机构与所述料箱底部连接。

10.根据权利要求9所述的旋转主轴式光整机，其特征在于，所述摆动机构为曲柄连杆机构。

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