一種砂帶研磨機床的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種砂帶研磨機床，包括X軸床身、Y軸床身、Z軸床身、工作臺組件、磨頭座和磨頭組件；本實用新型通過砂帶纏繞在放卷輪、收卷輪、接觸輪及中間過渡輪系上，在這些輪系的共同作用下，砂帶能夠產生一定速率的磨削運動。通過六軸聯動的方式驅動接觸輪,本方法能夠實現航空發動機葉片等具有復雜曲面結構的工件只做進給運動的條件下，進行縱橫兩個方向的磨削加工，而縱向磨削加工所產生的磨紋能夠改善工件的疲勞強度等力學性能，獲得很好的加工效果。通過六軸聯動的控制方式，還能夠實現復雜曲面結構的工件其他部位如葉片的根部、曲面的邊緣等的加工。
【專利說明】一種砂帶研磨機床
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于砂帶磨削【技術領域】,具體涉及一種砂帶研磨機床。
【背景技術】
[0002]砂帶磨削技術是利用進行磨削運動的砂帶作為磨具對被加工物表面進行研磨拋光的技術，它是一種彈性加工，具有許多其他加工手段不可比擬的優勢，在一些特殊工件加工方面，它有著不可替代的作用。隨著砂帶磨削技術和裝置的快速發展，砂帶研磨機床已經發展為一種加工效率高、適應性強、應用范圍廣、使用成本低、操作安全方便的精加工設備。特別是對于加工如航空發動機葉片等具有復雜曲面的薄壁結構件，小尺寸的復雜型面、面間接合部位的研磨加工，其優勢尤為明顯。通常來講，砂帶研磨機床是由驅動裝置帶動砂帶運動，通過一定數量的張緊輪將砂帶張緊，通過接觸輪或支承板提供壓力產生對工件的接觸壓力并形成切削角度,完成對工件的研磨加工。
[0003]在我國，由于研磨技術和研磨裝置的相對落后，以及具有復雜幾何形狀表面的工件的難加工性，這類工件(如航空發動機葉片和汽輪機葉片等異形結構工件)的研磨加工往往是通過人工手持加工刀具或工件進行的。雖然在一定程度上這樣的方法能夠完成復雜曲面的研磨拋光，但是加工質量因操作人員的自身條件而參差不齊，往往導致加工出的工件質量管控難、精度較低、型面質量較差、產品一致性很難保證。同時，傳統方法磨削得到的航空發動機葉片，其表面磨削紋路多為橫向紋路，而研究表面，若葉片具有縱向紋路，其疲勞強度較傳統磨削加工葉片將有很大的改善。
[0004]為了實現砂帶磨削技術在復雜曲面加工的廣泛應用，重慶大學、重慶市材料表面精密加工及成套裝備工程技術研究中心對精密砂帶研磨特性、曲軸連桿頸砂帶隨動研磨、船用螺旋槳葉片和航空發動機葉片砂帶磨削做了相關研究。此外，吉林大學對自由曲面砂帶研磨、葉片雙面砂帶磨削工藝進行了相關探索，華中科技大學也對輪轂復雜曲面砂帶磨削進行了相關研究。
[0005]但是，上述研究的成果尚未形成很好的砂帶研磨裝置以應對以航空發動機葉片為代表的復雜表面異形結構工件的研磨加工，國內也尚未應用能加工此類工件的專用砂帶研磨裝置，對于航空發動機葉片縱向磨削從而改善其疲勞強度等力學性能的需求還無法滿足。從更大的范圍來看，對于一些特殊的零件，在加工時不能快速旋轉又不能用高速運動的刀具進行磨削時，現階段只能進行低效率的手工打磨。

【發明內容】

[0006]針對現有技術的不足，本實用新型提供一種用于復雜曲面的砂帶研磨裝置，其在加工具有復雜表面異形結構工件時，能夠滿足工件不快速旋轉，砂帶沒有較高的切削速度的條件下的加工要求。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0008]一種砂帶研磨機床，包括X軸床身、Y軸床身、Z軸床身、工作臺組件、磨頭座和磨頭組件。
[0009]所述X軸床身上表面的一端沿X軸方向平行設有兩根X軸導軌；Z軸床身的底部通過X軸滑動底座以單自由度配合的方式滑動安裝在X軸導軌上；Y軸床身設置在X軸床身上表面的另一端，在Y軸床身上表面沿Y軸方向平行設有兩根Y軸導軌，工作臺組件通過Y軸滑動底座以單自由度配合的方式滑動安裝在Y軸導軌上。
[0010]在所述Z軸床身上、且面向Y軸床身3的一側平行設有兩根Z軸導軌，Z軸滑動底座以單自由度配合的方式滑動安裝在Z軸導軌上，在Z軸滑動底座上設有弧形導軌，在該弧形導軌上安裝有弧形齒條；所述磨頭座的下端鉸接在Z軸滑動底座上，磨頭座的上端滑動安裝在弧形導軌上；所述磨頭組件鉸接在磨頭座上。
[0011]所述磨頭組件包括磨頭架、收卷輪、放卷輪、擺桿、浮動軸、接觸桿和砂帶；所述收卷輪和放卷輪對稱設置在磨頭架上；擺桿的中心鉸接在磨頭架的中間線上，擺桿的兩端分別設有導向輪；接觸桿的下端設有接觸輪，接觸桿的上端與浮動軸的下端連接，浮動軸的上端固定在磨頭架上；在接觸輪與導向輪之間設有張緊輪，在張緊輪與導向輪之間設有過渡輪a，在張緊輪與接觸輪之間設有過渡輪b，張緊輪、過渡輪a和過渡輪b均為兩個以上的雙數、且相對于磨頭架中間線對稱設置；所述砂帶以帶卷的形式纏繞在放卷輪上，砂帶的卷出端繞過過渡輪a、導向輪、張緊輪、過渡輪b和接觸輪后纏繞在放卷輪上。
[0012]采用本發明技術方案，具有如下有益效果:
[0013]本實用新型中，砂帶纏繞在放卷輪、收卷輪、接觸輪及中間過渡輪系上，在這些輪系的共同作用下，砂帶能夠產生一定速率的磨削運動。通過六軸聯動的方式驅動接觸輪，本方法能夠實現航空發動機葉片等具有復雜曲面結構的工件只做進給運動的條件下，進行縱橫兩個方向的磨削加工，而縱向磨削加工所產生的磨紋能夠改善工件的疲勞強度等力學性能，獲得很好的加工效果。通過六軸聯動的控制方式，還能夠實現復雜曲面結構的工件其他部位如葉片的根部、曲面的邊緣等的加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0015]圖2為圖1沿A向視圖。
[0016]圖3為關鍵結構(磨頭組件)示意圖。
[0017]圖4為圖3沿B向視圖。
[0018]其中，I為X軸床身I，2為Y軸電機，3為Y軸床身，4為工作臺組件，5為磨頭組件，6為磨頭座電機，7為磨頭座,8為磨頭組件電機,9為Z軸電機,10為Z軸床身，11為Z軸滑動底座，12為X軸滑動底座，13為X軸導軌，14為X軸電機，15為Y軸滑動底座，16為工作臺電機，17為工作夾具，18為弧形導軌，19為弧形齒條，20為鉸鏈a，21為被加工工件，22為Z軸導軌，23為Y軸導軌，24為接觸輪，25為過渡輪b，26為張緊輪，27為過渡輪a，28為導向輪，29為收卷輪，30為鉸鏈b，31為放卷輪，32為擺杠，33為磨頭架，35為浮動軸，38為接觸桿，39為砂帶。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步說明。[0020]如圖1和圖2所示，砂帶研磨機床，包括X軸床身1、Y軸床身3、Ζ軸床身10、工作臺組件4、磨頭座7和磨頭組件5。
[0021]在X軸床身I上表面的一端沿X軸方向平行設有兩根X軸導軌13，在X軸導軌13上滑動安裝有X軸滑動底座12，該X軸滑動底座12與X軸導軌13單自由度配合，X軸滑動底座12可由X軸電機14帶動滾珠絲杠驅動，在X軸導軌13上滑動。Z軸床身10的底部安裝在X軸滑動底座12上，Z軸床身10能在X軸導軌13上滑動。
[0022]Y軸床身3設置在X軸床身I上表面的另一端，在Y軸床身3上表面沿Y軸方向平行設有兩根Y軸導軌23，Y軸導軌23上滑動安裝有Y軸滑動底座15，該Y軸滑動底座15與Y軸導軌23單自由度配合，在Y軸床身3后端裝有Y軸電機2，Y軸電機2帶動絲杠使Y軸滑動底座15沿Y軸導軌23滑動。工作臺組件4安裝在Y軸滑動底座15上，工作臺組件4能在Y軸導軌23上滑動。
[0023]工作臺組件4包括支撐臺和工件夾具17，支撐臺的下端安裝在Y軸滑動底座15上，工件夾具17的一端安裝在支撐臺的上端，另一端為可夾持工件的夾持部。在工作臺組件4的側部安裝有工作臺電機16，該工作臺電機16的輸出端通過傳動裝置與工件夾具17連接，驅動工件夾具17轉動，實現工件夾具17繞X軸的轉動自由度。
[0024]在Z軸床身10上、且面向Y軸床身3的一側平行設有兩根Z軸導軌22，Z軸滑動底座11以單自由度配合的方式滑動安裝在Z軸導軌22上。Z軸電機9安裝在Z軸床身10的頂端，Z軸電機9通過驅動絲杠使Z軸滑動底座11沿Z軸方向滑動。在Z軸滑動底座11上設有弧形導軌18，弧形導軌18為單軌，在弧形導軌11上安裝有弧形齒條19。磨頭座7的下端通過鉸鏈a20鉸接在Z軸滑動底座11上，磨頭座7的上端滑動安裝在弧形導軌18上。在磨頭座7上安裝有磨頭組件電機8,該磨頭組件電機8通過驅動傳動裝置帶動磨頭組件5以鉸鏈a20為中心，沿弧形導軌18轉動，從而實現磨頭組件5繞Y軸方向的轉動自由度。
[0025]為了實現磨頭組件5繞Z軸轉動的自由度，本實施例中，磨頭組件5通過鉸鏈b30與磨頭座7鉸接，在磨頭座的下端的背面設有齒輪，磨頭座電機6驅動磨頭座下端的齒輪轉動，齒輪與磨頭座7上端背面的弧形齒條19嚙合，從而實現磨頭組件5繞鉸鏈b30的轉動。
[0026]參見圖3和圖4，磨頭組件5包括磨頭架33、收卷輪29、放卷輪31、擺桿32、浮動軸35和接觸桿38。收卷輪29和放卷輪31對稱設置在磨頭架33上。擺桿32為直橫桿結構，擺桿32的中心鉸接在磨頭架33上、且位于磨頭架33的中間線位置，在加工時，擺桿32與磨頭組件的相對運動為零。擺桿32的兩端分別設有導向輪28。接觸桿38的下端設有接觸輪24，接觸桿38的上端與浮動軸35連接，浮動軸35的上端固定在磨頭架33上，浮動軸35與氣動裝置中氣缸的桿相連，在加工時，通過調節氣動裝置的氣壓，從而保證浮動軸在加工復雜曲面時，砂帶與被加工工件接觸的壓力恒定。在接觸輪24與導向輪28之間設有張緊輪26，在張緊輪26與導向輪28之間設有過渡輪a27，在張緊輪26與接觸輪24之間設有過渡輪b25，張緊輪26均為兩個以上的雙數、且相對于磨頭架33中間線對稱設置。本實施例中，張緊輪26、過渡輪a27和過渡輪b25均為兩個。
[0027]磨頭組件5整體以接觸桿38、橫向擺桿32的中心所在的直線為軸對稱布置。
[0028]加工時，工件由工件夾具夾持，位于接觸輪的下方，接觸輪由機床的六軸聯動方式驅動，在工件的上表面運動，對工件進行磨削。
[0029]砂帶39以帶卷的形式纏繞在放卷輪31上,砂帶的卷出端繞過右側的過渡輪a、導向輪28、張緊輪29、過渡輪b和接觸輪，再繞過左側的過渡輪b、張緊輪、導向輪和過渡輪a而纏繞在收卷輪29上。在加工時，由擺杠電機(圖中未畫出)驅動擺杠繞其中點在一定范圍內擺動，位于擺杠兩端的導向輪牽扯張緊的砂帶，從而改變兩個導向輪之間砂帶的張緊形狀。即擺杠的一端上升，另一下降，使處于上升端一側的砂帶張緊長度增加，下降端一側的砂帶張緊長度減少，在擺杠兩端交替上升和下降的過程中，砂帶左右兩側的張緊長度也交替增減，這種砂砂帶兩側張緊長度的周期變化，使得接觸輪在砂帶的帶動下不斷周期性反向轉動；該過程對于接觸輪下方繞過的砂帶來說就是一個以一定頻率不斷反射的周向擺動過程，而對于被加工工件表面來說，擺杠的周向擺動表現為對被加工工件表面以一定頻率不斷反向的磨削運動。
[0030]本實施例中，當參與加工的砂帶由于磨損或其他原因需要更換時，放卷輪31順時針轉動，收卷輪29逆時針轉動，即可將一段新的砂帶露出，舊的砂帶盤回。
[0031]本實用新型通過六個自由度加上浮動軸37的作用實現對復雜曲面工件的磨削處理，并且由于特殊的磨削運動形式，在適合的進給參數條件下能夠實現普通磨削機床在加工此類工件中不易實現的縱向磨削。
[0032]六個自由度為:Z軸床身通過X軸滑動底座安裝在X軸導軌上，實現Z軸床身在X軸方向的軸向移動；工作臺組件4的工件夾具由工作臺電機16驅動，實現工件夾具繞X軸的轉動自由度；工作臺組件4在Y軸導軌23上滑動，實現工件在Y軸方向的軸向移動；磨頭組件5由磨頭組件電機8驅動以鉸鏈a20為中心，沿弧形導軌18轉動，從而實現磨頭組件5繞Y軸方向的轉動自由度；Z軸滑動底座滑動安裝在Z軸導軌上，實現Z軸滑動底座在Z軸方向的軸向移動；磨頭組件5通過鉸鏈b30與磨頭座7鉸接，由磨頭座電機6驅動，從而實現磨頭組件5繞鉸鏈b30的轉動。本實施例中，接觸輪24及其支撐結構(支撐結構為卡住接觸輪的支架)以可拆卸方式安裝在接觸桿38上，可以根據需要，適當更換不同的接觸輪24，應用較小的接觸輪24，可磨削葉片根部及其他狹小部位，適用于異形體的磨削。
[0033]本實施例中，還包括了工件運送裝置、護罩、電氣裝置及數控系統。在各個自由度運動副中均在極限位置設有限位開關，張緊機構(兩對張緊輪)和浮動軸也安裝有氣動裝置，氣動裝置的進氣道設置有進氣電磁閥，所述進氣閥的控制機構連接到數控系統，各個自由度的聯動控制也是由數控系統實現的。
[0034]最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制技術方案，盡管 申請人:參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種砂帶研磨機床，其特征在于，包括X軸床身(I)、Y軸床身(3)、z軸床身(10)、工作臺組件(4)、磨頭座(7)和磨頭組件(5)； 所述X軸床身(I)上表面的一端沿X軸方向平行設有兩根X軸導軌(13);Z軸床身(10)的底部通過X軸滑動底座(12)以單自由度配合的方式滑動安裝在X軸導軌(13)上；Y軸床身(3)設置在X軸床身(I)上表面的另一端，在Y軸床身(3)上表面沿Y軸方向平行設有兩根Y軸導軌(23)，工作臺組件(4)通過Y軸滑動底座(15)以單自由度配合的方式滑動安裝在Y軸導軌(23)上； 在所述Z軸床身(10)上、且面向Y軸床身(3)的一側平行設有兩根Z軸導軌(22)，Z軸滑動底座(11)以單自由度配合的方式滑動安裝在Z軸導軌(22)上，在Z軸滑動底座(11)上設有弧形導軌(18)，在該弧形導軌(18)上安裝有弧形齒條(19);所述磨頭座(7)的下端鉸接在Z軸滑動底座(11)上，磨頭座(7)的上端滑動安裝在弧形導軌(18)上；所述磨頭組件(5)鉸接在磨頭座(7)上； 所述磨頭組件(5)包括磨頭架(33)、收卷輪(29)、放卷輪(31)、擺桿(32)、浮動軸(35),接觸桿(38)和砂帶(39);所述收卷輪(29)和放卷輪(31)對稱設置在磨頭架(33)上；擺桿(32)的中心鉸接在磨頭架(33)的中間線上，擺桿(32)的兩端分別設有導向輪(28)；接觸桿(38)的下端設有接觸輪(24)，接觸桿(38)的上端與浮動軸(35)的下端連接，浮動軸(35)的上端固定在磨頭架(33)上；在接觸輪(24)與導向輪(28)之間設有張緊輪(26)，在張緊輪(26)與導向輪(28)之間設有過渡輪a (27),在張緊輪(26)與接觸輪(24)之間設有過渡輪b (25)，張緊輪(26)、過渡輪a (27)和過渡輪b (25)均為兩個以上的雙數、且相對于磨頭架(33)中間線對稱設置；所述砂帶(39)以帶卷的形式纏繞在放卷輪(31)上，砂帶(39)的卷出端繞過過渡輪a (27)、導向輪(28)、張緊輪(26)、過渡輪b (25)和接觸輪(24)后纏繞在放卷輪(31)上。
2.根據權利要求1所述的砂帶研磨機床，其特征在于，所述工作臺組件(4)包括支撐臺和工件夾具(17)，支撐臺的下端安裝在Y軸滑動底座(15)上，工件夾具(17)的一端安裝在支撐臺的上端，另一端為可夾持工件的夾持部。
3.根據權利要求2所述的砂帶研磨機床，其特征在于，所述工件夾具(17)的夾持部位于接觸輪(24)的下方。
4.根據權利要求1所述的砂帶研磨機床，其特征在于，所述接觸輪(24)可拆卸的安裝在接觸桿(38)的下端。
5.根據權利要求1所述的砂帶研磨機床，其特征在于，所述弧形導軌(18)為單軌。
6.根據權利要求1所述的砂帶研磨機床，其特征在于，所述磨頭座(7)的下端通過鉸鏈a (20)鉸接在Z軸滑動底座(11)上，在磨頭座(7)的下端背面設有齒輪，該齒輪與位于磨頭座(7)上端背面的弧形齒條(19)嚙合。
【文檔編號】B24B21/16GK203650193SQ201320828960
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】黃云, 楊俊峰, 楊宇航, 肖貴堅, 王亞杰, 劉穎, 李平, 羅小龍 申請人:重慶大學, 重慶三磨海達磨床有限公司