劉建元 陳裕和 李炳

(廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系,廣東東莞 523083)

一種多功能橢圓磨削機(jī)

劉建元 陳裕和 李炳

(廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系,廣東東莞 523083)

目前,市場上的磨削機(jī)(研磨器)只能磨削圓形及方型的沖頭,還沒有一種能磨削橢圓的磨削裝置,本文介紹的多功能磨削機(jī)不僅能磨削方形沖頭、圓型沖頭、還能磨削橢圓外形沖頭。

橢圓靠模 萬向節(jié) 浮動滑塊 定位分度孔 引用集 布爾運算

1 磨削機(jī)新穎性簡介及市場前景(圖1)

模具小沖頭加工及維修是一般工廠經(jīng)常碰到的問題，小沖頭的體積小，需用專用機(jī)械加工，一般此類專用機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價適中，對于企業(yè)購置很不合算，除此之外，目前也有一些結(jié)構(gòu)簡單的小沖頭研磨器，但是只便于加工圓形沖頭，不便于加工其它形狀的沖頭。一般的正多邊形，橢圓等異形沖頭的加工過程復(fù)雜，周期長，成本高。

市場需要一種適用于一般工廠，加工修理店對煞尾小沖頭及加工維修的裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)具備多種功能，不但能作圓徑加工，還能方便的加工方形、其它正多邊形、扁形及橢圓等其它異形件。

本作品旨在克服現(xiàn)在技術(shù)上的缺陷，提供一種多功能小沖頭研磨裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，將磨削機(jī)放置于磨床臺面上，可以方便的對各種形狀的小沖頭，如圓形，方形，其它正多邊形，扁形及橢圓等進(jìn)行研磨加工。

加工不同大小形狀的橢圓只需更換橢圓靠模即可，橢圓靠模很方便用數(shù)銑及線切割加工而成。

圖1 研磨器總裝原理圖

2 多功能橢圓磨削機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

該多功能磨削機(jī)(研磨器)是在原有的研磨器上進(jìn)行改進(jìn)，能實現(xiàn)磨多種沖頭之功能，有效解決原沖頭研磨器只能單一研磨圓形沖頭，作品所述研磨器不僅能磨圓形沖頭、還可以磨正方形、六邊形及三角形、橢圓等各種不同形狀的沖頭。

工作原理：多功能沖頭研磨器的主要工作部件有：左右方向設(shè)置的主軸，其軸線可隨滑塊作規(guī)律運動；滑塊的下方設(shè)有支承預(yù)緊彈簧，上方被壓緊螺釘壓緊，浮動的壓緊螺釘緊固在杠桿上，杠桿的另一端通過一球面與靠模相連，靠模的外形為橢圓，磨橢圓時靠模的右端的球面保持緊密接觸，從而使得球面的中心作規(guī)律的上下移動，通過杠桿帶動(比例5：1)使得壓緊螺釘作規(guī)律的上下移動，由于壓緊螺釘與滑塊一直保持緊密接觸(滑塊下方設(shè)有彈簧)，于是滑塊作規(guī)律的上下移動，由于與被磨削沖頭連接的主軸安裝在滑塊內(nèi)，于是主軸便帶動沖頭作上下規(guī)律的運動，所以沖頭在磨削過程中會被磨成按靠模橢圓縮小5倍的橢圓(沖頭的主軸會按將沖頭表面磨削成橢圓作規(guī)律的上下移動，這是橢圓靠模通過杠桿傳遞過來的運動規(guī)律)。

在傳動軸與主軸間安裝有一萬向節(jié)，保證與沖頭連接的軸能自如的作上下移動（如圖2）。

圖2 研磨器主軸結(jié)構(gòu)圖

3 磨削機(jī)磨削各種外形的工作原理

3.1 磨橢圓形沖頭的工作原理

轉(zhuǎn)動手柄，橢圓靠模推動杠桿的滾輪球面上下移動，則杠桿使壓緊螺釘推動滑塊作上下移動，(由于滑塊下方安裝有支承彈簧，因此滑塊與壓緊螺釘一直保持接觸)，由于磨削沖頭的主軸安裝在滑塊內(nèi)，于是沖頭的主軸中心線作有規(guī)律的上下移動，在磨床上磨削時沖頭將被砂輪磨成比橢圓靠模小5倍的橢圓。杠桿運動比例為5：1，磨削橢圓時沖頭與手柄等角速轉(zhuǎn)動，如果磨削時需加快沖頭的轉(zhuǎn)動，可在手柄與橢圓靠模間增設(shè)齒輪副即可。

3.2 磨多邊形沖頭的工作原理

如圖3所示，與沖頭固定的軸上繞圓周共設(shè)有12個孔(30度間隔)。當(dāng)磨3邊形時，則軸每轉(zhuǎn)過4個小孔(轉(zhuǎn)過120度)將軸用定位釘鎖緊；同理磨4邊形則軸每轉(zhuǎn)動3個小孔(轉(zhuǎn)過90度)鎖緊一次，磨6邊形時則軸每轉(zhuǎn)過兩個小孔(轉(zhuǎn)過60度)鎖緊一次。需注意將沖頭磨成多邊形時在磨削的過程中不需轉(zhuǎn)動手柄，磨削時沖頭是固定不轉(zhuǎn)動的(只有磨另一個面時才需轉(zhuǎn)動手柄適當(dāng)角度并鎖緊定位釘)。

3.3 磨圓形沖頭的工作原理

磨圓形沖頭時松掉浮動壓緊螺釘，則滑塊在彈簧的作用下保持在最高位，此時滑塊保持不動，主軸與傳動軸同軸旋轉(zhuǎn)，磨削主軸的軸心線不作上下移動，操作者手搖手柄，在磨床砂輪的磨削下就將沖頭磨削成圓形沖頭。

4 磨削機(jī)的UG設(shè)計方法思路及運動結(jié)構(gòu)仿真

多功能橢圓磨削機(jī)涉及應(yīng)用UG的關(guān)鍵技術(shù)如下：

(1)采用自頂向下的設(shè)計方法

先構(gòu)建裝配體，大量采用引用集，確保設(shè)計能正確的裝配，大量應(yīng)用布爾運算，提升設(shè)計的效率。

(2)對于一些關(guān)鍵零件的設(shè)計采用能數(shù)字化功能的草圖，可確保效率，設(shè)計變更及修改的快捷性，作品具有參數(shù)功能特性。

(3)大量使用布爾運算。對于裝配體結(jié)構(gòu)大量采用布爾運算，一方面可確保設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)能裝配，另一方面還可大大提升設(shè)計效率。

本作品應(yīng)用的UG的運動仿真功能進(jìn)行仿真。

(4)在用UG完成本作品時同步建模技術(shù)與參數(shù)化建模技術(shù)同時使用提升了效率。

(5)使用UG裝配建模功能進(jìn)行裝配建模。

(6)用動畫仿真功能進(jìn)行運動仿真。

應(yīng)用UG運動仿真可達(dá)到如下的目的：

利用UG的運動仿真功能給三維模型的各個部件賦予一定的運動學(xué)特性，再在各個部件間設(shè)立一定的連接關(guān)系，既可建立一個運動仿真模型，應(yīng)用UG運動仿真模型可以對運動機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的裝配分析工作，運動合理性分析，諸如干涉檢查，軌跡包絡(luò)，得到運動機(jī)構(gòu)的運動參數(shù)，通過對這個運動仿真模型進(jìn)行運動學(xué)或動力學(xué)運動可以分析該運動機(jī)構(gòu)的合理性，并用可以利用圖形輸出各個部件的位移，坐標(biāo)，加速度，速度和力和變化情況，對運動機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。

圖3 研磨器傳動軸與磨削主軸結(jié)構(gòu)圖

圖4 滑塊的3B線切割程序

圖5 滑塊座的3B線切割程序

5 磨削機(jī)主要零件的加工工藝及數(shù)控加工程序

5.1 滑塊及滑塊座的線切數(shù)控加工程序(圖4、圖5)

5.2 橢圓靠模加和程序

磨削橢圓沖頭時，因傳動杠桿的比例為5：1，因此將被磨削沖頭的橢圓長半軸及短半軸擴(kuò)大5倍即可求出橢圓靠模的長半軸及短半軸，橢圓靠模的外形加工用線切割或數(shù)控銑床加工均可。

6 結(jié)語

本文所述磨削機(jī)(研磨器)成功用橢圓靠模和杠桿傳動研磨橢圓，在車間的實際生產(chǎn)加工中被證實具有很高的可靠性，能保證加工精度，具有較高的效率，更換橢圓靠模即能磨削不同尺寸的橢圓；此多功能研磨器還將磨削三邊形，四邊形、六邊形等多邊形磨削功能集成在一起，具有較強的實用性和推廣價值。

[1]楊珍.數(shù)控銑床加工特殊零件的夾具[J].金屬加工,2008(2):47-48.

[2]全曉春,劉曉花.基于機(jī)床夾具的設(shè)計[J].甘肅科技,2012(2):72-73.

表1 120t轉(zhuǎn)爐煤氣凈化干濕法除塵對比分析

7 結(jié)語

干法除塵中電除塵器可以有效消除小于等于2.5μm的煙塵，對PM2.5的防控有顯著效果。轉(zhuǎn)爐煙氣干法除塵凈化效率超過99.98%，回收干粉塵20～25kg/t鋼，相比濕法OG可以減少21g/t鋼的排放量，環(huán)北京地區(qū)可減排約8萬t的粉塵，也即多回收約8萬t的燒結(jié)造球原料，除此之外，煉鋼廠運行費用可減少4.7元/t鋼。 因此濕法改干法是大勢所趨。濕改干項目改造難度大，尤其是對工程負(fù)責(zé)單位工廠設(shè)計要求特別高，施工難度也很大，同時需要具有較強的系統(tǒng)掌控能力以及設(shè)備集成能力。困難和機(jī)遇并存，根據(jù)國家最新環(huán)保排放要求，2015年元旦之前，現(xiàn)有企業(yè)轉(zhuǎn)爐一次除塵排放標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到50mg/Nm3以下，隨著國家對于冶金行業(yè)環(huán)保排查工作的貫徹推行，未來幾年轉(zhuǎn)爐一次除塵濕改干工程肯定會出現(xiàn)高峰期。隨著干法使用單位的增加，相信隨著干法除塵的運行維護(hù)經(jīng)驗的增加，系統(tǒng)的優(yōu)化完善改進(jìn)工作勢在必行，該系統(tǒng)的優(yōu)勢將進(jìn)一步突出。

參考文獻(xiàn):

[1]成立良,等.煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣的回收利用技術(shù)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1990年l2月出版.

廣東科技學(xué)院2012年院級科研立項課題“橢圓形零件磨削加工工藝研究”(GKY—2012KYYB—B)。

劉建元(1974-),男,工程師、講師、高級技師,研究方向計算機(jī)輔助設(shè)計與制造及快速成型。