椭圆孔砂带倒角机床

王友林 姜 英

（山东理工大学精密制造与特种加工省级重点实验室，山东淄博 255049）

随着科技的进步，在内燃机设计上出现了一种小头端面为斜面的连杆，这种连杆与活塞销连接的孔的轴线与端面不是垂直的，而是倾斜了一个角度，这种连杆孔（压入轴瓦后的孔）的倒角在加工上遇到了麻烦，在与孔的轴线垂直的面上孔是圆的，但端面是斜的，在斜面上倒角，用传统的加工方法（车、镗或锪）是无法完成的，而端面上的孔又是椭圆的，在与端面垂直的轴线上用传统的加工方法（车、镗或锪）加工椭圆孔的倒角，在刀具与工件相对运动过程中，还必须附加一个刀具或工件沿椭圆的长轴移动的运动，移动的量等于椭圆长轴与短轴的数值差;这个数值差与连杆的端面与孔的轴线的倾角有关，还与孔径的大小有关，即便两种连杆的端面与孔的轴线的倾角相等，但孔径不同，则椭圆孔的长短轴的差值也不相同，即附加运动的移动量是不同的，这给加工机床或夹具的设计带来很多麻烦，而且每更换一种规格的零件就需要有与之对应的专用机床或专用夹具，从加工的经济性考虑，任何一个企业是完全不能接受的。本文介绍一种新式砂带磨床，利用砂带的挠性变形替代加工中的附加运动，较好地解决了椭圆孔倒角的问题。

1 机床的结构组成

机床结构见图1，回转工作台11及其驱动电动机13安装在回转台架12上;滚珠丝杠副3和滚动导轨副6安装在立柱10上;升降台9与滚动导轨副6的滑块相联;螺母座5安装在升降台9上，另一端与滚珠丝杠副3的螺母相联;升降电动机1安装在谐波齿轮减速机2上，谐波齿轮减速机2通过联轴器4与滚珠丝杠相联，砂带电动机7、支撑轮架17、张紧轮18安装在升降台9上，砂带8套在砂带电动机7的带轮、支撑轮架17的转轮和张紧轮18上;立柱10和回转台架安装在底座14上;夹具15安装在回转工作台11上。

2 工作原理

回转工作台驱动电动机13在控制系统的控制下带动安装在回转工作台11上的夹具15及工件16转动;砂带电动机7通过带轮驱动砂带运动，两个支撑轮架17上的转轮使砂带与工件（连杆）端面成45°的角度，下边的支撑轮架上的转轮与张紧轮使砂带与工件端面形成的角度小于45°（见图2），砂带的运动方向为顺时针方向移动（转动）;升降电动机1通过谐波齿轮减速机2驱动滚珠丝杠旋转，带动升降台及安装在升降台上的砂带运动机构向下运动，压向工件，使砂带与工件的孔接触，并形成相对的切削（磨削）运动，由于砂带有弹性，砂带与工件的孔接触时产生挠性变形增大了砂带与工件孔的接触面积（见图3），提高了切削（磨削）的效率，当工件的椭圆孔的长短轴发生变化时，会使砂带与工件之间的压力发生改变，引起砂带挠性变形产生变化，导致砂带与工件孔的接触面积发生了一些变化，但还能保证砂带与工件的孔有较大的接触面积，工件端面上椭圆孔的棱边在砂带的压力与运动作用下，被砂带上的磨料切除，形成倒角平面，较好地实现了椭圆形孔的倒角加工工作。

3 结语

该机床的控制系统采用数字控制技术，升降电动机和回转台驱动电动机采用步进电动机（也可以采用伺服电动机，但成本要高一些），机床的丝杠采用滚珠丝杠，导轨采用滚动导轨，滚珠丝杠和滚动导轨的摩擦系数小，摩擦阻力小，机床运动灵活，能耗小;由于机床采用了立式结构，滚珠丝杠副的自锁能力较差，本机利用谐波齿轮减速机传动不可逆的特性，用谐波齿轮减速机的逆向自锁（也可以利用多级行星齿轮减速机逆向传动阻力大的特性，实现减速机的逆向自锁），替代滚珠丝杠副的自锁，实现机床的升降台在滚动导轨的任意位置上运动和停止;加工时，工件用小头孔套在夹具的短定位销上定位并夹紧，开动机床，使工作台带动工件旋转，同时使升降台上的砂带运动机构向下运动，压向工件，使砂带与工件的孔接触，实现对工件的倒角加工;工件相对于砂带只需要旋转2圈就能加工工件的一个倒角，再将工件翻转180°即可加工另一边的倒角。更换机床夹具的定位元件（短定位销）并调整夹具与砂带的相对位置即可加工不同型号的工件，机床的通用性较好，加工质量好（见图4），效率也较高，解决了椭圆形孔倒角加工的难题。

［1］黄云，黄智.砂带磨削的发展及关键技术［J］.中国机械工程，2007，18（18）:2263－2267.

［2］黄云，黄智.发动机连杆端头减薄高效强力砂带磨削机床［J］.制造技术与机床，2006（5）:111－114.

［3］田昌凤，李旭东，栗齐帮，等.CM20型砂带磨头的设计［J］.制造技术与机床，2009（7）:71－74.

［4］周文，黄云，黄智，等.发动机连杆小端孔口倒角砂带磨床的研制［J］.机床与液压，2008，36（2）:48－50.

［5］李成群，付永领，张习如，等.多工位砂带磨削机床的研究［J］.机械设计，2010（12）:34－37.