多軸珩磨機(jī)設(shè)計(jì)與技術(shù)工藝研究

李 富 竺 偉 翟云強(qiáng)

（華能扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司安監(jiān)部， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021410）

0 引言

液壓支架作為井工煤炭生產(chǎn)的主力支護(hù)設(shè)備，在綜采工作面形成安全可靠的支護(hù)陣列。液壓缸是液壓支架的動(dòng)力傳輸執(zhí)行元件，裝配在液壓支架各功能運(yùn)行部位，在液體動(dòng)力介質(zhì)的驅(qū)動(dòng)下，通過往復(fù)伸縮運(yùn)行完成支撐掩護(hù)、推溜拉架及頂煤落放工作，由于液壓缸長期承受載荷，頻繁往復(fù)運(yùn)行，發(fā)生功能失效在所難免；且液壓缸批量集群使用，數(shù)量眾多，為了保證正常的安全生產(chǎn)秩序，滿足供給需求，液壓缸批量制造和修復(fù)已成為1 項(xiàng)常態(tài)化工作。工作實(shí)踐中，液壓缸缸筒內(nèi)徑磨損、拉傷和銹蝕等失效情況較為普遍，在修造過程中，需要珩磨精加工，而現(xiàn)有的珩磨機(jī)，面對(duì)批量珩磨加工需求，有工藝可控性差、工作效能低等問題，不能完全滿足批量珩磨工作需求，因此，提出1 種新型多軸珩磨機(jī)設(shè)計(jì)方案。

1 現(xiàn)有珩磨技術(shù)概況

當(dāng)前，該公司各礦煤炭生產(chǎn)，采用ZF 型支撐掩護(hù)式液壓支架，現(xiàn)有液壓支架約1500 臺(tái)，各種規(guī)格液壓缸合計(jì)總量約40000 件。在液壓缸制修工作中，缸筒內(nèi)徑精加工和清理除銹工作，通過珩磨技術(shù)工藝完成，現(xiàn)有珩磨技術(shù)工藝為采用每次單件裝夾定位，人工調(diào)節(jié)、校正的技術(shù)工藝，利用單軸轉(zhuǎn)動(dòng)輸出、軸向往復(fù)行走的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行來完成珩磨工作；經(jīng)過工作檢驗(yàn)，在操作工藝上，由于單件裝夾定位、調(diào)節(jié)校正頻次過多，累積誤差較大，工作效率低下；技術(shù)工藝上，由于缸筒裝夾緊固、同軸度調(diào)節(jié)校正的不確定性，在同一操控參數(shù)運(yùn)行下，缸筒珩磨后尺寸和形狀誤差較大，珩磨精度可控性較差，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，不能完全滿足批量生產(chǎn)需要。

2 珩磨機(jī)設(shè)計(jì)方案

遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按照升級(jí)機(jī)床功能，優(yōu)化技術(shù)工藝和集成操作工序的總體方案，統(tǒng)籌考量系列型號(hào)規(guī)格液壓缸的技術(shù)參數(shù)，設(shè)計(jì)1 種新型多軸珩磨機(jī)。

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

該新型多軸珩磨機(jī)，包括床體、驅(qū)動(dòng)部件、珩磨部件、走行部件、工裝體、調(diào)節(jié)部件、導(dǎo)行支座及其附件等；走行部件架設(shè)在床體一端，工裝體架設(shè)在床體另一端，導(dǎo)行支座安設(shè)在走行部件與工裝體之間的床體上，工裝體上夾持有若干個(gè)缸筒，驅(qū)動(dòng)部件架設(shè)在走行部件上，驅(qū)動(dòng)部件與珩磨部件相連接，且珩磨部件插裝穿過導(dǎo)行支座上的軸承，驅(qū)動(dòng)珩磨部件在導(dǎo)行支座的導(dǎo)引下旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，走行部件驅(qū)動(dòng)珩磨部件往復(fù)進(jìn)出缸筒，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)與循環(huán)往復(fù)直線復(fù)合運(yùn)動(dòng)；其中，利用工裝體完成多件缸筒一次性裝夾后，裝配在機(jī)床導(dǎo)軌上的定位槽中，若干工裝體交替使用，實(shí)現(xiàn)裝卸與珩磨多工種協(xié)同作業(yè)。

2.2 方案設(shè)計(jì)內(nèi)容

驅(qū)動(dòng)部件：包括電動(dòng)機(jī)和減速器，架設(shè)在走行部件上，電動(dòng)機(jī)固連在減速器輸入端，減速器輸出端為等分圓周均布的若干個(gè)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)軸，若干個(gè)珩磨部件對(duì)應(yīng)安裝在輸出轉(zhuǎn)動(dòng)軸端上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸數(shù)量與缸筒數(shù)量相同，軸線對(duì)應(yīng)重合。

珩磨部件：包括珩磨桿和珩磨頭，珩磨桿兩端分別連接聯(lián)軸器、萬向節(jié)，其中一端聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)動(dòng)軸端花鍵套裝連接，另一個(gè)萬向節(jié)與珩磨頭鉸接，保持與缸筒同一軸線。

走行部件：包括電機(jī)、減速機(jī)、導(dǎo)軌和滑臺(tái)，導(dǎo)軌固連在床體上，導(dǎo)軌長度方向與缸筒軸線平行，滑臺(tái)滑動(dòng)連接在導(dǎo)軌上，電機(jī)和減速機(jī)固連在滑臺(tái)上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)輸出端的齒輪與齒條嚙合，齒條固連在機(jī)床導(dǎo)軌上，使減速機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)沿導(dǎo)軌長度方向往復(fù)運(yùn)行。

導(dǎo)行支座：滑移裝配在床體導(dǎo)軌上，支座上固連有若干個(gè)旋轉(zhuǎn)和直行復(fù)合導(dǎo)向的軸承，若干個(gè)軸承的軸線與缸筒軸線對(duì)應(yīng)重合，珩磨桿插入軸承內(nèi)。

調(diào)節(jié)部件：裝配在導(dǎo)行支座上，設(shè)有螺紋連接調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的螺桿上下兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在導(dǎo)套上，導(dǎo)套固連在導(dǎo)行支座上，若干個(gè)半環(huán)狀托架固連為一體，通過方形螺母與調(diào)節(jié)器的螺桿配合為螺紋傳動(dòng)副，方形螺母與兩個(gè)導(dǎo)套間的導(dǎo)行板滑動(dòng)連接，以調(diào)節(jié)托架內(nèi)圓弧面與珩磨頭底部弧形面抵接。

工裝體：由前后2 件正方形鋼板，4 個(gè)頂點(diǎn)及中心用鋼管焊接加工而成架體；鋼板四邊各開設(shè)有弧形槽口，缸筒裝入弧形槽口內(nèi)，缸筒外插接有卡塊，卡塊與缸筒的接觸面為圓弧狀，卡塊兩端通過螺栓固連在工裝體上；弧形槽口外徑大于缸筒外徑，弧形槽底部插接有分體式環(huán)形襯套，襯套內(nèi)徑等于缸筒外徑，缸筒嵌入襯套內(nèi)。

導(dǎo)向滑架：滑移裝配在床體導(dǎo)軌上，呈兩邊相互垂直“V”字形，兩邊裝配導(dǎo)向面長度方向開設(shè)有截面為梯形的導(dǎo)向槽，與工裝體邊上的橫截面同為梯形的定位塊對(duì)應(yīng)，裝配后用錐形銷鎖定。

漲緊泵站：安設(shè)在床體底部一側(cè)，液壓輸出端與中空珩磨桿采用供液環(huán)連接，用于漲縮珩磨頭。

沖洗泵站：安設(shè)在床體底部中間位置，液壓輸出端通過分液閥與缸筒進(jìn)液接口相連，床體底部另一側(cè)固連有潤滑沖洗集液箱，集液箱頂端面開放，用于承接沖洗液。

操控器：架設(shè)在床體中間易于操作位置，與各電動(dòng)機(jī)電性連接，設(shè)有電控系統(tǒng)，通過控制開關(guān)，操控珩磨運(yùn)行。

3 方案內(nèi)容

設(shè)計(jì)方案具體實(shí)施內(nèi)容結(jié)合圖示闡述。

該多軸珩磨機(jī)，如圖1 所示，包括床體、驅(qū)動(dòng)部件、珩磨部件、走行部件、工裝體、缸筒、調(diào)節(jié)部件及附件；走行部件架設(shè)在床體一端，工裝體架設(shè)在床體另一端，工裝體上夾持有4 個(gè)（優(yōu)選數(shù)量）待珩磨缸筒，驅(qū)動(dòng)部件架設(shè)在走行部件上，驅(qū)動(dòng)部件與珩磨部件相連接，驅(qū)動(dòng)珩磨部件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，走行部件驅(qū)動(dòng)珩磨部件往復(fù)進(jìn)出缸筒。

圖1 機(jī)床總裝效果示意圖

如圖1 所示，床體為鑄造框架式結(jié)構(gòu)底座，驅(qū)動(dòng)部件包括電動(dòng)機(jī)和減速器，架設(shè)在走行部件上，電動(dòng)機(jī)固連在減速器輸入端處，減速器輸出端為同一圓周等分布置的4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸，減速器內(nèi)通過中心軸齒輪與輸出軸齒輪相嚙合，將1 個(gè)輸入軸的力矩分給4 個(gè)軸進(jìn)行輸出，通過齒輪傳動(dòng)合理配置，保證4 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的輸出力矩相同，轉(zhuǎn)向相同；4 個(gè)珩磨部件對(duì)應(yīng)架設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；按照珩磨工作需求，配置可調(diào)速電動(dòng)機(jī)，來滿足珩磨不同轉(zhuǎn)速需求，使珩磨機(jī)能夠同時(shí)對(duì)4 個(gè)缸筒進(jìn)行珩磨，且力矩分配均勻，并使每個(gè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的輸出力矩滿足珩磨需求。

如圖1 所示，珩磨部件包括珩磨桿和珩磨頭，珩磨桿為鋼質(zhì)空心桿，珩磨頭為液壓漲緊式珩磨頭，珩磨桿兩端連接有聯(lián)軸器及萬向節(jié)，其中聯(lián)軸器與減速器的輸出轉(zhuǎn)動(dòng)軸固連，萬向節(jié)與珩磨頭鉸接，珩磨桿與珩磨頭空心相通，用于油液通過；聯(lián)軸器連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸和珩磨桿，萬向節(jié)連接珩磨桿和珩磨頭，利用萬向節(jié)的自由度，使珩磨桿和珩磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線可自行調(diào)節(jié)，以彌補(bǔ)因裝配誤差或加工誤差導(dǎo)致的整個(gè)珩磨軸線和缸筒軸線不重合的問題，保證珩磨頭和缸筒有較高的同軸度，降低人為調(diào)節(jié)帶來的偏差。

結(jié)合圖1、圖3，床體中部滑動(dòng)連接有導(dǎo)行支座，支座上固連有4 個(gè)旋轉(zhuǎn)和直行復(fù)合導(dǎo)行的軸承，4 個(gè)軸承的軸線與缸筒軸線對(duì)應(yīng)重合，珩磨桿插入軸承內(nèi)，設(shè)置軸承和支座，能夠起到支撐珩磨桿、導(dǎo)行其旋轉(zhuǎn)和往復(fù)直線運(yùn)行，保持運(yùn)行準(zhǔn)確平穩(wěn)。

如圖1 所示，走行部件包括電機(jī)及減速機(jī)、導(dǎo)軌和滑臺(tái)，2 根導(dǎo)軌間隔且平行固連在床體上，導(dǎo)軌兩側(cè)固連有齒條，導(dǎo)軌長度方向與缸筒軸線平行，滑臺(tái)滑動(dòng)連接在導(dǎo)軌上，電機(jī)及減速機(jī)固連在滑臺(tái)上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)輸出端，通過兩側(cè)齒輪齒條嚙合行走，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)沿導(dǎo)軌長度方向往復(fù)運(yùn)行，進(jìn)而使珩磨頭在缸筒內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行珩磨。

結(jié)合圖1、圖2，工裝體為前后2 件適選厚度的正方形鋼板，經(jīng)加工去除4 個(gè)直角頂部，前后鋼板4 個(gè)頂點(diǎn)及中心分別用鋼管組焊連接、機(jī)床加工，使工裝體形成空間立體框架，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，以滿足前后對(duì)應(yīng)裝夾位的同軸度且多條軸線空間相互平行的技術(shù)要求。前后鋼板對(duì)應(yīng)加工出4 個(gè)弧形的缸筒裝夾槽口，缸筒裝入弧形槽口內(nèi)，缸筒外插接有卡塊，卡塊與缸筒的接觸面為圓弧狀，卡塊兩端通過螺栓固連在工裝體上，實(shí)現(xiàn)缸筒的裝夾鎖緊。

結(jié)合圖1、圖2，工裝體上的弧形槽外徑大于缸筒外徑，弧形槽底部插接有分體式弧形襯套，襯套內(nèi)徑等于缸筒外徑，缸筒嵌入襯套內(nèi)，通過更換對(duì)分環(huán)形襯套和卡塊，以滿足與缸筒直徑、長度尺寸相鄰相近的多種規(guī)格缸筒的珩磨需求。

結(jié)合圖1、圖2，床體上安裝有前后一體、兩導(dǎo)向邊相互垂直的“V”字形滑架，滑架2 條導(dǎo)向邊沿中線均開設(shè)有橫截面為梯形的導(dǎo)向槽；工裝體4 條邊上，分段間隔設(shè)有2 個(gè)橫截面為梯形的定位塊，與滑架2 條導(dǎo)向邊沿中線開設(shè)的橫截面為梯形的導(dǎo)向槽裝配，并采用錐形定位銷鎖固，完成工裝體在機(jī)床導(dǎo)軌上的滑架的裝配定位工作；工裝體4 個(gè)頂角位置開設(shè)有吊裝孔，以便將工裝體吊起安裝固定到滑架上。

圖2 工裝體與機(jī)床裝配示意圖

結(jié)合圖1、圖3，導(dǎo)行支座滑移裝配在床體兩邊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)部件裝配在支座上，其中，調(diào)節(jié)部件包括調(diào)節(jié)器、導(dǎo)套和托架，調(diào)節(jié)器為帶有螺紋桿的轉(zhuǎn)盤，調(diào)節(jié)器的螺紋桿上下兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接在導(dǎo)套上，導(dǎo)套固連在支座上，若干個(gè)半環(huán)狀托架固連為一體，通過方形螺母與調(diào)節(jié)器的螺桿配合為螺紋傳動(dòng)副，方形螺母與導(dǎo)套上的導(dǎo)行板滑動(dòng)連接，托架內(nèi)圓弧面與珩磨頭底部弧形面抵接，承托起珩磨頭，保證珩磨頭在進(jìn)入和退出缸筒時(shí)保持同軸度，同時(shí)設(shè)置調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)托架高度，以適配不同直徑的珩磨頭作業(yè)，配合可裝夾相鄰相近規(guī)格尺寸缸筒的工裝體，進(jìn)一步擴(kuò)大珩磨機(jī)對(duì)缸筒規(guī)格的適用范圍。

圖3 導(dǎo)行部件示意圖

如圖1 所示，床體底部一側(cè)安設(shè)有漲緊泵站，漲緊泵站液壓輸出端與中空珩磨桿采用配液環(huán)連接，提供壓力油液，為珩磨頭提供珩磨漲緊力以及進(jìn)出缸筒時(shí)的直徑回縮力；珩磨桿由裝配在支座上的復(fù)合導(dǎo)向軸承導(dǎo)行，珩磨頭由通過調(diào)節(jié)器調(diào)定的托架同步承托導(dǎo)行，在走行部件的牽引下，使直徑回縮的珩磨頭整體伸進(jìn)缸筒后，回復(fù)至漲緊珩磨狀態(tài)；珩磨結(jié)束后，再使珩磨頭直徑回縮，在弧形珩磨頭托架同步導(dǎo)行下退出缸筒，以避免珩磨頭進(jìn)出缸筒時(shí)產(chǎn)生干涉。

如圖1 所示，床體底部設(shè)有沖洗泵站，沖洗泵站液壓輸出端通過分液閥與缸筒的進(jìn)液腔接口連接，工裝體裝配端的床體底部設(shè)有集液箱，集液箱頂部開放，設(shè)置沖洗泵站可將潤滑沖洗液通過缸筒進(jìn)液腔接口注入缸筒內(nèi)，將珩磨出的渣物沖洗出缸筒外，使缸筒內(nèi)保持潔凈，沖洗液流入集液箱內(nèi)，經(jīng)回收過濾循環(huán)利用，節(jié)約沖洗液的同時(shí)，避免沖洗液污染作業(yè)場(chǎng)地。

如圖1 所示，床體中部設(shè)有操控器、電控系統(tǒng)和控制開關(guān)，承接電源與各電動(dòng)機(jī)電性連接，通過控制開關(guān)，操控珩磨運(yùn)行。

4 方案設(shè)計(jì)

該新型多軸珩磨機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵在于，研制固定中心距的多工位裝夾專用工裝，將同一規(guī)格的多件缸筒一次性均布裝夾定位，解決了人為多點(diǎn)調(diào)節(jié)校正帶來的累積誤差問題，按照缸筒尺寸分段，對(duì)應(yīng)配置多組內(nèi)嵌式對(duì)分環(huán)形襯套，滿足相鄰尺寸段的多種規(guī)格尺寸缸筒的珩磨需求；利用專用工裝上梯形定位塊，與沿機(jī)床導(dǎo)軌可移動(dòng)調(diào)節(jié)的滑架定位槽之間的楔形裝配，錐形定位銷緊固，無須人工調(diào)節(jié)校正，即可完成精確裝配定位工作。

由調(diào)速電動(dòng)機(jī)與多軸輸出的二級(jí)減速器構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，使同一圓周均布的多個(gè)輸出軸與電動(dòng)機(jī)旋向保持一致，同時(shí)與固定中心距多工位裝夾專用工裝相匹配，實(shí)現(xiàn)多軸同步珩磨；采用可移動(dòng)式導(dǎo)行支座、內(nèi)嵌滑移旋轉(zhuǎn)軸承與弧形珩磨頭托架相組合的導(dǎo)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)珩磨行程可調(diào)節(jié)，多套珩磨組件旋轉(zhuǎn)與走行同步平穩(wěn)運(yùn)行；為保證缸筒珩磨質(zhì)量提供了專業(yè)技術(shù)支持。

5 結(jié)論

該設(shè)計(jì)方案成熟，符合行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范；在技術(shù)方面，能有效規(guī)避人為操作帶來的累積誤差，提高珩磨精度；在操作方面，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，在批量生產(chǎn)中，系列珩磨刃具與專用工裝相組合，實(shí)現(xiàn)裝夾與珩磨有序銜接，達(dá)到多工種、多工序同步協(xié)同作業(yè)，提高經(jīng)濟(jì)效益。