多轴珩磨机设计与技术工艺研究

李 富 竺 伟 翟云强

（华能扎赉诺尔煤业有限责任公司安监部， 内蒙古 呼伦贝尔 021410）

0 引言

液压支架作为井工煤炭生产的主力支护设备，在综采工作面形成安全可靠的支护阵列。液压缸是液压支架的动力传输执行元件，装配在液压支架各功能运行部位，在液体动力介质的驱动下，通过往复伸缩运行完成支撑掩护、推溜拉架及顶煤落放工作，由于液压缸长期承受载荷，频繁往复运行，发生功能失效在所难免；且液压缸批量集群使用，数量众多，为了保证正常的安全生产秩序，满足供给需求，液压缸批量制造和修复已成为1 项常态化工作。工作实践中，液压缸缸筒内径磨损、拉伤和锈蚀等失效情况较为普遍，在修造过程中，需要珩磨精加工，而现有的珩磨机，面对批量珩磨加工需求，有工艺可控性差、工作效能低等问题，不能完全满足批量珩磨工作需求，因此，提出1 种新型多轴珩磨机设计方案。

1 现有珩磨技术概况

当前，该公司各矿煤炭生产，采用ZF 型支撑掩护式液压支架，现有液压支架约1500 台，各种规格液压缸合计总量约40000 件。在液压缸制修工作中，缸筒内径精加工和清理除锈工作，通过珩磨技术工艺完成，现有珩磨技术工艺为采用每次单件装夹定位，人工调节、校正的技术工艺，利用单轴转动输出、轴向往复行走的驱动运行来完成珩磨工作；经过工作检验，在操作工艺上，由于单件装夹定位、调节校正频次过多，累积误差较大，工作效率低下；技术工艺上，由于缸筒装夹紧固、同轴度调节校正的不确定性，在同一操控参数运行下，缸筒珩磨后尺寸和形状误差较大，珩磨精度可控性较差，导致产品质量不稳定，不能完全满足批量生产需要。

2 珩磨机设计方案

遵循行业标准，按照升级机床功能，优化技术工艺和集成操作工序的总体方案，统筹考量系列型号规格液压缸的技术参数，设计1 种新型多轴珩磨机。

2.1 总体方案设计

该新型多轴珩磨机，包括床体、驱动部件、珩磨部件、走行部件、工装体、调节部件、导行支座及其附件等；走行部件架设在床体一端，工装体架设在床体另一端，导行支座安设在走行部件与工装体之间的床体上，工装体上夹持有若干个缸筒，驱动部件架设在走行部件上，驱动部件与珩磨部件相连接，且珩磨部件插装穿过导行支座上的轴承，驱动珩磨部件在导行支座的导引下旋转运行，走行部件驱动珩磨部件往复进出缸筒，实现旋转与循环往复直线复合运动；其中，利用工装体完成多件缸筒一次性装夹后，装配在机床导轨上的定位槽中，若干工装体交替使用，实现装卸与珩磨多工种协同作业。

2.2 方案设计内容

驱动部件：包括电动机和减速器，架设在走行部件上，电动机固连在减速器输入端，减速器输出端为等分圆周均布的若干个输出转动轴，若干个珩磨部件对应安装在输出转动轴端上，转动轴数量与缸筒数量相同，轴线对应重合。

珩磨部件：包括珩磨杆和珩磨头，珩磨杆两端分别连接联轴器、万向节，其中一端联轴器与转动轴端花键套装连接，另一个万向节与珩磨头铰接，保持与缸筒同一轴线。

走行部件：包括电机、减速机、导轨和滑台，导轨固连在床体上，导轨长度方向与缸筒轴线平行，滑台滑动连接在导轨上，电机和减速机固连在滑台上，电机驱动减速机输出端的齿轮与齿条啮合，齿条固连在机床导轨上，使减速机带动滑台沿导轨长度方向往复运行。

导行支座：滑移装配在床体导轨上，支座上固连有若干个旋转和直行复合导向的轴承，若干个轴承的轴线与缸筒轴线对应重合，珩磨杆插入轴承内。

调节部件：装配在导行支座上，设有螺纹连接调节器，调节器的螺杆上下两端转动连接在导套上，导套固连在导行支座上，若干个半环状托架固连为一体，通过方形螺母与调节器的螺杆配合为螺纹传动副，方形螺母与两个导套间的导行板滑动连接，以调节托架内圆弧面与珩磨头底部弧形面抵接。

工装体：由前后2 件正方形钢板，4 个顶点及中心用钢管焊接加工而成架体；钢板四边各开设有弧形槽口，缸筒装入弧形槽口内，缸筒外插接有卡块，卡块与缸筒的接触面为圆弧状，卡块两端通过螺栓固连在工装体上；弧形槽口外径大于缸筒外径，弧形槽底部插接有分体式环形衬套，衬套内径等于缸筒外径，缸筒嵌入衬套内。

导向滑架：滑移装配在床体导轨上，呈两边相互垂直“V”字形，两边装配导向面长度方向开设有截面为梯形的导向槽，与工装体边上的横截面同为梯形的定位块对应，装配后用锥形销锁定。

涨紧泵站：安设在床体底部一侧，液压输出端与中空珩磨杆采用供液环连接，用于涨缩珩磨头。

冲洗泵站：安设在床体底部中间位置，液压输出端通过分液阀与缸筒进液接口相连，床体底部另一侧固连有润滑冲洗集液箱，集液箱顶端面开放，用于承接冲洗液。

操控器：架设在床体中间易于操作位置，与各电动机电性连接，设有电控系统，通过控制开关，操控珩磨运行。

3 方案内容

设计方案具体实施内容结合图示阐述。

该多轴珩磨机，如图1 所示，包括床体、驱动部件、珩磨部件、走行部件、工装体、缸筒、调节部件及附件；走行部件架设在床体一端，工装体架设在床体另一端，工装体上夹持有4 个（优选数量）待珩磨缸筒，驱动部件架设在走行部件上，驱动部件与珩磨部件相连接，驱动珩磨部件做旋转运动，走行部件驱动珩磨部件往复进出缸筒。

图1 机床总装效果示意图

如图1 所示，床体为铸造框架式结构底座，驱动部件包括电动机和减速器，架设在走行部件上，电动机固连在减速器输入端处，减速器输出端为同一圆周等分布置的4个转动输出轴，减速器内通过中心轴齿轮与输出轴齿轮相啮合，将1 个输入轴的力矩分给4 个轴进行输出，通过齿轮传动合理配置，保证4 个转动轴的输出力矩相同，转向相同；4 个珩磨部件对应架设在转动轴上；按照珩磨工作需求，配置可调速电动机，来满足珩磨不同转速需求，使珩磨机能够同时对4 个缸筒进行珩磨，且力矩分配均匀，并使每个所述转动轴的输出力矩满足珩磨需求。

如图1 所示，珩磨部件包括珩磨杆和珩磨头，珩磨杆为钢质空心杆，珩磨头为液压涨紧式珩磨头，珩磨杆两端连接有联轴器及万向节，其中联轴器与减速器的输出转动轴固连，万向节与珩磨头铰接，珩磨杆与珩磨头空心相通，用于油液通过；联轴器连接转动轴和珩磨杆，万向节连接珩磨杆和珩磨头，利用万向节的自由度，使珩磨杆和珩磨头的转动轴线可自行调节，以弥补因装配误差或加工误差导致的整个珩磨轴线和缸筒轴线不重合的问题，保证珩磨头和缸筒有较高的同轴度，降低人为调节带来的偏差。

结合图1、图3，床体中部滑动连接有导行支座，支座上固连有4 个旋转和直行复合导行的轴承，4 个轴承的轴线与缸筒轴线对应重合，珩磨杆插入轴承内，设置轴承和支座，能够起到支撑珩磨杆、导行其旋转和往复直线运行，保持运行准确平稳。

如图1 所示，走行部件包括电机及减速机、导轨和滑台，2 根导轨间隔且平行固连在床体上，导轨两侧固连有齿条，导轨长度方向与缸筒轴线平行，滑台滑动连接在导轨上，电机及减速机固连在滑台上，电机驱动减速机输出端，通过两侧齿轮齿条啮合行走，使电机驱动滑台沿导轨长度方向往复运行，进而使珩磨头在缸筒内往复运动，进行珩磨。

结合图1、图2，工装体为前后2 件适选厚度的正方形钢板，经加工去除4 个直角顶部，前后钢板4 个顶点及中心分别用钢管组焊连接、机床加工，使工装体形成空间立体框架，保持结构稳固，以满足前后对应装夹位的同轴度且多条轴线空间相互平行的技术要求。前后钢板对应加工出4 个弧形的缸筒装夹槽口，缸筒装入弧形槽口内，缸筒外插接有卡块，卡块与缸筒的接触面为圆弧状，卡块两端通过螺栓固连在工装体上，实现缸筒的装夹锁紧。

结合图1、图2，工装体上的弧形槽外径大于缸筒外径，弧形槽底部插接有分体式弧形衬套，衬套内径等于缸筒外径，缸筒嵌入衬套内，通过更换对分环形衬套和卡块，以满足与缸筒直径、长度尺寸相邻相近的多种规格缸筒的珩磨需求。

结合图1、图2，床体上安装有前后一体、两导向边相互垂直的“V”字形滑架，滑架2 条导向边沿中线均开设有横截面为梯形的导向槽；工装体4 条边上，分段间隔设有2 个横截面为梯形的定位块，与滑架2 条导向边沿中线开设的横截面为梯形的导向槽装配，并采用锥形定位销锁固，完成工装体在机床导轨上的滑架的装配定位工作；工装体4 个顶角位置开设有吊装孔，以便将工装体吊起安装固定到滑架上。

图2 工装体与机床装配示意图

结合图1、图3，导行支座滑移装配在床体两边导轨上，调节部件装配在支座上，其中，调节部件包括调节器、导套和托架，调节器为带有螺纹杆的转盘，调节器的螺纹杆上下两端转动连接在导套上，导套固连在支座上，若干个半环状托架固连为一体，通过方形螺母与调节器的螺杆配合为螺纹传动副，方形螺母与导套上的导行板滑动连接，托架内圆弧面与珩磨头底部弧形面抵接，承托起珩磨头，保证珩磨头在进入和退出缸筒时保持同轴度，同时设置调节器来调节托架高度，以适配不同直径的珩磨头作业，配合可装夹相邻相近规格尺寸缸筒的工装体，进一步扩大珩磨机对缸筒规格的适用范围。

图3 导行部件示意图

如图1 所示，床体底部一侧安设有涨紧泵站，涨紧泵站液压输出端与中空珩磨杆采用配液环连接，提供压力油液，为珩磨头提供珩磨涨紧力以及进出缸筒时的直径回缩力；珩磨杆由装配在支座上的复合导向轴承导行，珩磨头由通过调节器调定的托架同步承托导行，在走行部件的牵引下，使直径回缩的珩磨头整体伸进缸筒后，回复至涨紧珩磨状态；珩磨结束后，再使珩磨头直径回缩，在弧形珩磨头托架同步导行下退出缸筒，以避免珩磨头进出缸筒时产生干涉。

如图1 所示，床体底部设有冲洗泵站，冲洗泵站液压输出端通过分液阀与缸筒的进液腔接口连接，工装体装配端的床体底部设有集液箱，集液箱顶部开放，设置冲洗泵站可将润滑冲洗液通过缸筒进液腔接口注入缸筒内，将珩磨出的渣物冲洗出缸筒外，使缸筒内保持洁净，冲洗液流入集液箱内，经回收过滤循环利用，节约冲洗液的同时，避免冲洗液污染作业场地。

如图1 所示，床体中部设有操控器、电控系统和控制开关，承接电源与各电动机电性连接，通过控制开关，操控珩磨运行。

4 方案设计

该新型多轴珩磨机设计的技术关键在于，研制固定中心距的多工位装夹专用工装，将同一规格的多件缸筒一次性均布装夹定位，解决了人为多点调节校正带来的累积误差问题，按照缸筒尺寸分段，对应配置多组内嵌式对分环形衬套，满足相邻尺寸段的多种规格尺寸缸筒的珩磨需求；利用专用工装上梯形定位块，与沿机床导轨可移动调节的滑架定位槽之间的楔形装配，锥形定位销紧固，无须人工调节校正，即可完成精确装配定位工作。

由调速电动机与多轴输出的二级减速器构成的旋转动力输出机构，使同一圆周均布的多个输出轴与电动机旋向保持一致，同时与固定中心距多工位装夹专用工装相匹配，实现多轴同步珩磨；采用可移动式导行支座、内嵌滑移旋转轴承与弧形珩磨头托架相组合的导行机构，实现珩磨行程可调节，多套珩磨组件旋转与走行同步平稳运行；为保证缸筒珩磨质量提供了专业技术支持。

5 结论

该设计方案成熟，符合行业设计规范；在技术方面，能有效规避人为操作带来的累积误差，提高珩磨精度；在操作方面，降低了劳动强度，在批量生产中，系列珩磨刃具与专用工装相组合，实现装夹与珩磨有序衔接，达到多工种、多工序同步协同作业，提高经济效益。