圆弧砂轮修整器

1 引言

为了满足生产的需要，修整砂轮,在实际生产中是常遇到的。主要是根据所加工工件几何形状以及表面精度要求等,对砂轮进行修整后再对工件进行修磨,达到保证磨切工件质量要求，所以砂轮的修整对磨削的精度起着重要的作用。传统的砂轮修整是通过砂轮修整笔进行手工修整，或者采用成型修整器(如滚轮)进行修整。但这两种方法修整后的砂轮都会产生圆弧形状误差，影响加工后工件的形状精度。影响砂轮修整精度的原因有两方面：一是修整器本身的精度；二是操作不当。如在使用砂轮修整笔手工修整砂轮时，若工人操作不当，使修整器与过砂轮中心线的水平面偏离，则在修整笔尖A处，修整笔的运动轨迹在水平面内为圆弧曲线2，而在OA平面内砂轮的截面形状却是椭圆弧1，由此造成砂轮修整的形

状误差(如图1所示)。此外，由于待修整砂轮的圆弧直径不同，因此修整时需要很多不同半径的成型修整器，既增加了修整器的数量，使用起来也十分不便。因此我们设计了圆弧多功能砂轮修整器。本次设计是采用金刚笔车削法。即以金刚钻为工具用车削形式来修整砂轮的方法。

2 圆弧砂轮修整器的总体设计

2.1 圆弧砂轮修整器的基本结构

圆弧砂轮修整器基本结构如图所示：

图1 圆弧砂轮修整器结构示意图

1—金刚笔 2—支架 3—锥齿轮2 4—锥齿轮1 5—手柄 6—垫片 7—锁紧螺钉 8—卡紧装置 9—螺纹套

2.2圆弧砂轮修整器的工作原理

工作时将圆弧砂轮修整器安装在磨床的工作台上，调整升降机构，使修整笔的高度与砂轮的中心轴线同高，对于不同界面的形状可以通过转动手柄来实现。当需要修整的砂轮界面形状外为圆弧时，转动手柄5，2、3两齿轮啮合，通过两个锥齿轮将转动传递给修整笔1上，使修整笔绕锥齿轮2的中心轴线来回摆动。根据加工要求的不同，可以调整修整笔右端的滚花转轮来实现对砂轮内外圆弧的修整。当修整内圆弧砂轮时，使修整笔尖左移，使笔尖超出齿轮轴线一部分，修整砂轮为外圆弧时，使修整笔绕着齿轮的中心轴线右移，使笔尖向右超出轴线一部分，砂轮修整圆弧的半径取决于笔尖与该转动轴线的相对移动距离。

当磨削平面，外圆柱面时，需要修整的砂轮截面形状平直，只需要纵向移动修整笔，即可进行修整，我们把齿轮修整器安装在机床上，使它可以纵向进给，使修整笔的位置保持在上图所示位置，再进行纵向进给，就可以实现对砂轮的修整。

3 圆弧砂轮修整器的各部件设计

3.1 升降机构的设计

升降机构的主要作用使调节修整笔的高低，使修整笔的轴线能与砂轮的轴线再同一条水平线上。我们的升降机构采用的是螺旋式的锁紧机构。其中螺旋柱中间开一直径位8mm的通孔，目的是在螺纹套上下调整的时候，不至于使套筒和螺旋柱之间形成密封，高度为170mm,用螺纹套以螺纹的形式和螺旋柱配合，通过旋转螺纹套，箱体能够上下移动，当箱体上升到一定的高度时，即修整笔的轴线与砂轮的轴线再同一个水平轴线上时，通过紧固螺钉，能够把箱体固定，在螺旋柱和紧固螺钉之间，有一垫片，垫片有一的弧度如下图所示：

图2 升降机构示意图

1垫片 2锁紧螺钉 3卡紧装置 4螺纹套6图3 圆弧垫片的工作示意图

当紧固螺钉处于松开状态时，垫片和螺旋柱之间没有压力，所以箱体能够通过旋转螺纹套而上下移动，也可以绕着中心轴线旋转。当紧固螺钉旋紧的时候，垫片和螺旋柱相互作用，使箱体保持原位，因为箱体和螺旋柱之间不是以螺纹配合，防止箱体不被随意的上下移动，所以设置卡紧装置，使卡紧装置卡在螺纹套上，然后把卡紧装置用螺钉钉在箱体上，这样箱体就能够随着螺纹套而上下移动。

3.2 传动系统的设计

传动系统的主要作用是传递转动，通过用手来控制手柄5，使修整笔在水平面内左右转动，手柄5是用过盈配合的方式安装在1号轴上，1号轴上开有键槽，当修整砂时，我们采用车削的原理，用手不断的控制手柄5，使它在砂轮的外表面不同圆弧部分进行车削。其中手柄5用紧固螺钉钉在轴上。

3.2 1 轴的设计和轴承的选取

1号轴的尺寸和表面精度见附图。

2号轴的设计是根据它的位置和配和来设计的，轴的下端要和支架相连，所以下端做了一点加工，在两端分别铣出两个面一面用来配合支架，其中支架前端铣去两端，用图示的方法穿插在2号轴中间，让后用螺母旋紧。支架的下端，如图所示：

图4 传动轴与金刚笔支架连接示意图

（2）轴承的选取：轴承选取根据轴的尺寸，和轴承受力选取代1号轴承为7006c 的角接触球轴承，能够承受径向载荷和轴向载荷。2号轴承代号为7005c的角接触轴承。密封件均采用嵌入式油封。

3.2 2锥齿轮的设计与计算：

锥齿轮1的参数如下：

表1 锥齿轮1的参数

锥齿轮2参数如下：

表2 锥齿轮2的参数

两锥齿轮相互啮合如图所示：

图5 两锥齿轮相互啮合图

3.3砂轮修整方法的选用

修整砂轮，修整层的厚度一般为0.1mm左右，修整方法也是多种多样，常用的有三种：

（1）车削法利用高硬度颗粒作为刀头，车削砂轮表面。

（2）滚轧法是利用由高硬度材料制成的滚轮，与砂轮相滚轧，修除砂轮的磨钝层，滚轧时滚轮由砂轮带动高速旋转。

（3）磨削法是利用由高硬度材料制成的滚轮，磨削砂轮表面，滚轮有独立的电动机传动做高速旋转。

我们采用的是第一种方法—车削法修整砂轮。笔尖采用金刚石镶焊在特制的刀杆上的一种修整工具，修整时，磨粒碰到金刚石坚硬的尖角，就会碎裂或整个脱落，从而产生新的微刃。金刚钻与砂轮的接触面积小，引起的弹性变形小，所以能获得较精细平整的表面。这是目前应用最广的一种修整方法。

3.4金刚笔的设计

3.41金刚笔调整装置的设计

修整圆弧部分的主要部件是修整笔，修整笔的直径为10，其修整圆弧的大小主要通过千分尺来调节，千分尺固定在支架上面，当笔尖在2号轴的轴线上时，千分尺的读数为零，向前进给时，千分尺的读数为正，向后调节，千分尺读数为负。千分尺的中间部分固定连接在支架上，调节圆弧大小时，直接调节千分尺，就可以直接读出修整圆弧的半径，金刚笔部分如图所示，其中笔尖部分见图6，

图6 金刚笔结构示意图

千分尺的量程是30mm，即金刚笔以2号轴的轴线为中心，向前最大进给量为30mm。向后进给量也是30mm。

3.42金刚笔切削部分的设计

修整笔的笔尖绕着2号轴的轴线做前后移动来调节圆弧的大小，其中修整笔尖的形状如图示：

图7 金刚笔笔尖示意图

在修整笔的末端，装由金刚石笔，上面用螺钉锁紧。采用金刚石修整时，我们都知道金刚石材料是贵重材料，为了防止金刚石的磨损，我们在用金刚笔修整之前，可以用碳化硅砂条做一次粗修整。

3.5底座的设计

圆弧砂轮修整器可安装在普通砂轮机、手摇磨床、平面磨床、内外圆磨床上，主要用于修整圆弧，圆弧砂轮修整器的固定主要用螺栓把底座固定在机床上面，底座上面由螺栓孔，底座厚30mm，长200mm,宽100mm,安装在机床上的时候如图所示，

图8 底座

其中d是可变的，随着不同的机床d有所不同，所以在底座上我们是以开槽的形式来配合d的变化。

4圆弧砂轮修整器的应用

圆弧砂轮修整器工作时，修整凹圆弧的原理如下图所示：

圆弧砂轮修整器修整凸圆时，修整笔向后调节，调整到2号轴轴线的后面。

圆弧砂轮修整器修整凸圆的原理如下图：

图10 修整凸圆弧

5修整方法与注意事项

修整凹凸圆弧我们采用分层法来修整，修整时修整笔应逐步切入砂轮表面，先修去砂轮两角，然后修出砂轮整个型面，为了减小修整笔尖金刚石的磨损，可以在金刚石修整之前，采用碳化硅砂条做粗修整。

使用圆弧砂轮修整器时应注意以下问题：

（1）要使修整笔车削出来的圆弧保持正确的形状，必须使修整笔尖沿着砂轮中心线进给，否则，修整的砂轮会变形，影响砂轮工作的精度。

（2）进行车削砂轮的时候，必须要操作手柄，使修整笔能在圆弧的不同位置进行车削。金刚石笔的进给要缓慢而且要均匀。横向的进给量要小，保证车削后的砂轮表面没有阶梯状痕迹。

（3）圆弧砂轮修整器所修整的砂轮直径最大为200mm,升降机构的最大距离是60mm,使用时应该特别注意，因为在螺旋柱上有一条警戒线—上升的最大高度。

（4）要保证修整笔尖到2号轴的轴线可测量，才能保证修整后的砂轮圆弧半径为计算值。

6圆弧砂轮修整器的特点

圆弧砂轮修整器的特点如下：

（1）可安装在普通砂机、手摇磨床、平面磨床、内外圆磨床上进行修整砂轮修整凹凸圆弧。

（2）修整范围:凸圆弧R0～R 30 mm,凹圆弧R0～R30mm,角度0～180°;

（3）安全可靠、安装与操作简单方便、结构简单、制作容易、经济效率高。

设计总结

通过本次课程设计，使我不仅对圆弧砂轮修整器的原理有了比较深刻的理解，而且对书本上的许多知识有了系统的复习，通过对此圆弧砂轮修整器的设计，我也看到了同类产品的有点和缺点，从而它进行改进，同时让我知道，要做同类的设计，要考虑的方面是挺多的，在本次设计中，我出现了很多问题，我感到自己能力的不足，和经验的欠缺，因为有很多知识是自己没有学过的，而本次设计需要的偏偏是我所欠缺的，在这里幸亏有老师和其他同学的帮助，问题才得以解决，在这里我要感谢老师和我的同组人，让我学到了很多书本上没有的东西，另外，我觉得在本次设计中，同组成员的配合也是很重要的，要是靠一个人的力量，在规定的时间内根本是完成不了任务的，要靠大家的分工，大家齐心协力才能克服重重困难。总之很感谢同学的帮助和老师的教导。

参考文献

[1] 孙恒、陈作模主编。《机械原理》.北京：高等教育出版社，2005年12月

[2] 濮良贵、纪名刚主编。《机械设计》。北京：高等教育出版社，2005年12月

[3] 王多主编。《机械设计课程设计》。北京：机械工业出版社，2006年12月

[4] 天津齿轮机床研究所编 . 齿轮工手册 . 天津：天津人民出版社，1976

[5] 袁哲俊、刘华明、唐宜胜合编 . 齿轮刀具设计 . 北京：新时代出版社，1983 零件①锥齿轮1

零件②锥齿轮2

零件③M12X35

零件④一号轴

零件⑤键1

零件⑥键2

零件⑦轴承7005c

零件⑧轴承7006c

零件⑨端盖1

零件⑩垫片1

零件11箱盖