CN110666685A - 一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置，包括主轴、轴承座、第一固定板、砂轮、第二固定板、热电偶、冷却环、温度采集器和控制器；主轴上过盈安装四个的绝缘圆环，圆环外表面上均涂覆有固体导电介质层；在第二固定板上安装四个的导电滚珠电刷，每个滚珠电刷的滚珠与固定导电介质层始终接触；砂轮内安装冷却环，砂轮的侧壁嵌有多个并联的热电偶；热电偶和冷却环的导线与相应的圆环电连接，冷却环与控制器相连，并联后的热电偶与控制器通信；砂轮的顶部开有连通砂轮内腔的通气孔。该装置能够通过热电偶实现磨削面实时温度测量，使控制器控制冷却环工作以降低砂轮温度，进而降低磨削面的温度，避免磨削面烧伤。

Description

一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置

技术领域

本发明属于打磨设备技术领域，具体涉及一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置。

背景技术

磨削加工过程中，砂轮磨削面磨粒与工件表面剧烈作用往往会产生高温，导致工件加工表面热损伤，影响加工质量。目前降低磨削温度的方法有很多，比如采用磨削液降温；砂轮内安装制冷风扇；将砂轮开槽断续磨削；隔膜振动加速空气流动进行散热等。

磨削面温度测量一直是磨削温度研究的难点，由于磨削时磨削面未暴露在外面，通过红外热像仪等测量设备仅仅能够检测砂轮与工件接触边缘的温度，对于接触面内的温度难以直接测量。

申请号为201910102784.1的中国专利公开了一种磨削装置，该磨削装置采用具有圆弧形的冷却喷嘴，冷却喷嘴以1L/min的流量对磨削面喷冷却水以降低磨削面温度；但是该磨削装置没有磨削面温度检测设备只是定时对磨面进行冷却降温，更不能实时检测磨削面的温度，会导致磨削面的温度未超出阈值时，冷却喷嘴也向磨削面喷冷却水，造成能源浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置。该装置能够通过在砂轮中嵌入热电偶实现磨削面实时温度测量，使控制器控制冷却环工作以降低砂轮温度，进而降低磨削面的温度，避免磨削面烧伤。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置，包括主轴、轴承座、第一固定板、砂轮，第一固定板安装在外部机床或设备上，所述轴承座安装在第一固定板上，主轴通过轴承安装在轴承座中，主轴一端通过锁紧螺母锁紧，另一端连接砂轮后用螺母限位；其特征在于，

该装置还包括滚珠电刷、第二固定板、热电偶、冷却环、温度采集器和控制器；

所述第二固定板竖直安装在第一固定板底部；在轴承座和砂轮之间的主轴上过盈安装四个绝缘的圆环，圆环外表面上均涂覆有固体导电介质层；在第二固定板上安装两个导电的第一滚珠电刷和两个导电的第二滚珠电刷，每个滚珠电刷的滚珠均与对应圆环的固定导电介质层等高，滚珠与固定导电介质层始终接触；

所述砂轮内安装有冷却环，冷却环的冷面与砂轮的内壁贴合；砂轮的侧壁嵌有多个呈圆周均匀排布且并联的热电偶，热电偶的热节点与砂轮的磨削面等高，磨削时能够接触待磨削工件表面；热电偶和冷却环的导线穿出砂轮与相应的圆环电连接，冷却环通过相应的滚珠电刷与控制器相连，并联后的热电偶通过相应的滚珠电刷经温度采集器与控制器通信；

所述砂轮的顶部开有多个呈圆周均匀排布的连通砂轮内腔的通气孔。

所述第二固定板的数量为两个，两个第二固定板对称设在主轴两侧，两个第一滚珠电刷固定在一个第二固定板上，另外两个第二滚珠电刷固定在另一个第二固定板上；所述圆环的数量为四个，包括两个第一圆环和两个第二圆环，两个第一圆环上的固体导电介质层一方面分别与冷却环电源线的正、负极相连，两个第一圆环上的固体导电介质层另一方面分别与相应第一滚珠电刷的滚珠端始终接触；

两个第二圆环上的固体导电介质层一方面分别与所有热电偶并联后的正、负极相连，两个第二圆环上的固体导电介质层另一方面分别与相应第二滚珠电刷的滚珠端始终接触；两个第二滚珠电刷的引线端分别与温度采集器的两个接口相连，温度采集器安装在外部机床或设备上且与控制器通信连接。

所述砂轮为杯形砂轮或碗形砂轮，砂轮的顶部开有多个呈圆周均匀排布的连通砂轮内腔的倾斜通气孔。

该装置还包括与砂轮过盈配合的热电偶夹紧螺柱，热电偶夹紧螺柱嵌在砂轮的侧壁上，热电偶夹紧螺柱的上部沿轴向开有热电偶导线孔，热电偶夹紧螺柱的下部开有沿轴线的夹紧槽；在夹紧槽内开有轴线与热电偶夹紧螺柱轴线重合的通孔，通孔的孔径大于夹紧槽的宽度；夹紧槽的末端设有放置热电偶的热节点的定位槽。

所述滚珠电刷包括套筒、弹簧、导电的弹簧推板与滚珠、滚珠电刷导线和端盖；套筒的一端螺纹安装有端盖，另一端嵌有滚动的滚珠，滚珠部分露在套筒外；弹簧和弹簧推板均设置在套筒内，弹簧推板的外侧与滚珠接触，弹簧推板的内侧与弹簧一端接触，弹簧的另一端与端盖接触，弹簧始终处于压缩状态；滚珠电刷导线的一端与弹簧推板内侧相连，另一端穿出端盖。

所述圆环的外表面具有周向凹槽，凹槽内涂覆有固体导电介质层。

第一滚珠电刷与第二滚珠电刷左右对称固定安装在两个第二固定板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明将热电偶固定于砂轮上，实现了打磨过程中磨削面温度的实时测量，根据所检测到磨削面的实时温度控制器灵活控制冷却环工作以降低砂轮的温度进而降低磨削面的温度，避免了能源的浪费。

2)本发明将圆环与主轴固定在一起，二者同时高速旋转，并采用滚珠电刷和在圆环上涂覆固体导电介质层相结合的方式实现电连接，使砂轮高速旋转时热电偶能将检测到的磨削面温度信号及时传出，并能为冷却环持续供电且与控制器实现连接，避免了现有技术中直接使用导线实现电连接产生的导线缠绕问题，同时对于高速旋转物体的供电以及信号采集的电连接方式具有借鉴意义。

3)本发明采用热电偶夹紧螺柱安装热电偶，由于砂轮长时间工作后，热电偶热节点会存在磨损进而导致测量性能下降，此时可将热电偶夹紧螺柱取下，更换热电偶或者重新焊接热电偶热节点，使用更加方便，同时提高了本装置的使用寿命。

4)本发明在砂轮上表面开有斜孔，砂轮高速旋转时，从斜孔进入的空气会加速砂轮内部空气流动，实现冷却环热面的对流散热。

5)本发明采用冷却环降低磨削面的温度，避免磨削面的烧伤；该冷却环能够实现的调温范围为常温到零下20摄氏度，可根据热电偶采集的温度信号对磨削温度进行调节，实现了磨削过程中的温度采集以及温度调节的闭环控制。

6)多个热电偶采用并联方式连接，采集磨削面的平均温度，显著提高了温度测量的准确性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构的半剖视图；

图3是本发明的整体结构的仰视图；

图4是本发明的第一滚珠电刷的结构示意图；

图5是本发明的第一滚珠电刷沿轴向的半剖视图；

图6是本发明的杯形砂轮的结构示意图；

图7是本发明的杯形砂轮的仰视图；

图8是本发明的冷却环的结构示意图；

图9是本发明的第一圆环的结构示意图；

图10是本发明的热电偶夹紧螺柱的结构示意图；

图11是本发明的热电偶夹紧螺柱沿轴向的剖视图；

图12是本发明的主轴的结构示意图；

图13是本发明的第一固定板的结构示意图；

图中：1.主轴；2.锁紧螺母；3.轴承座；4.第一固定板；5.第一螺栓；6.第一圆环；7.砂轮；8.第二螺栓；9.第二固定板；10.滚珠电刷螺纹孔；11.热电偶夹紧螺柱；12.螺母；13.轴承；14.电源正极；15.电源负极；16.热电偶；17.冷却环；18.第一滚珠电刷；19.温度采集器；20.第二圆环；21.第二滚珠电刷；

101.第二导线槽；401.第一螺纹孔；402.定位孔；601.凹槽；701.第一导线槽；702.第二螺纹孔；703.通气孔；704.导线孔；1101.热电偶导线孔；1102.夹紧槽；1103.定位槽；1701.热面；1702.冷面；1801.套筒；1802.弹簧；1803.弹簧推板；1804.滚珠；1805.滚珠电刷导线；1806.端盖；1807.六角螺母。

具体实施方式

下面结合附图与实施例作进一步说明。

本发明提供了一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置(简称磨削装置，参见图1-13)，包括主轴1、轴承座3、第一固定板4、第一圆环6、砂轮7、第二固定板9、热电偶16、冷却环17、两个导电的第一滚珠电刷18、两个导电的第二滚珠电刷21、温度采集器19、第二圆环20和控制器(图中未画出)；

所述轴承座3通过第二螺栓8安装在第一固定板4上，主轴1通过轴承13安装在轴承座3中，主轴1的上端通过锁紧螺母2对主轴1进行轴向限位，第一固定板4底部通过第一螺栓5安装有用于安装第一滚珠电刷18和第二滚珠电刷21的第二固定板9，第一固定板4安装在外部机床或设备上；主轴1的上端与外部电机相连，另一端安装有砂轮7并通过螺母12对砂轮7进行轴向限位，砂轮7内安装有冷却环17，砂轮7的侧壁嵌有多个呈圆周均匀排布且并联的用于检测砂轮7磨削面温度的热电偶16(本实施例为两个)，热电偶16的热节点与砂轮7的磨削面平齐，磨削时能够接触待磨削工件表面；冷却环17与控制器通信连接，控制器安装在外部机床或设备上；

在位于轴承座和砂轮之间的主轴上过盈配合有两个绝缘的结构相同的第一圆环6和两个绝缘的结构相同的第二圆环20，第一圆环6和第二圆环20的外表面均涂覆有固体导电介质层；

两个第一圆环6上的固体导电介质层分别与冷却环17电源线的正、负极相连，两个第一圆环6上的固体导电介质层分别与相应第一滚珠电刷18的一端始终接触，两个第一滚珠电刷18的另一端分别与电源正极14、电源负极15相连；外接电源通过第一滚珠电刷18和第一圆环6的固体导电介质层与冷却环17电连接，为冷却环17供电；冷却环17同时通过第一滚珠电刷18和第一圆环6的固体导电介质层与控制电连接；

两个第二圆环20上的固体导电介质层分别与所有热电偶16的正、负极相连，两个第二圆环20上的固体导电介质层分别与相应第二滚珠电刷21的一端始终接触，两个第二滚珠电刷21的另一端分别与温度采集器19的两个接口相连；温度采集器19安装在外部机床或设备上且与控制器通信连接，热电偶16通过第二圆环20的固体导电介质层和第二滚珠电刷21与温度采集器19电连接，温度采集器19通过热电偶16采集砂轮7磨削面的温度并将温度反馈给控制器，使控制器控制冷却环17工作；

上述所有滚珠电刷均安装在第二固定板9，滚珠电刷通过相应的六角螺母1807进行轴向限位；

所述冷却环17与砂轮7内壁贴合的一面为冷面1702并通过强力胶与砂轮7粘接，与冷面1702相对的一面为热面1701；当冷却环17通电时，冷面1702可制冷以降低砂轮7的温度，进而降低磨削面温度；

所述砂轮7为杯形砂轮或碗形砂轮，砂轮7的顶部开有多个呈圆周均匀排布的贯通砂轮7顶壁的通气孔703(本实施例为四个)，在砂轮7高速旋转过程中从通气孔703进入砂轮7内的空气会加速砂轮7内部空气流动，实现冷却环17的热面1701对流散热。

所述磨削装置还包括与砂轮7过盈配合的热电偶夹紧螺柱11，热电偶夹紧螺柱11的上部沿轴向开有热电偶导线孔1101，热电偶夹紧螺柱11的下部开有沿轴线的夹紧槽1102；在夹紧槽1102内开有轴线与热电偶夹紧螺柱11轴线重合的通孔，通孔的孔径大于夹紧槽1102的宽度；夹紧槽1102的末端(即下端)设有放置热电偶16的热节点的定位槽1103；当热电偶夹紧螺柱11旋进砂轮7时，在砂轮7的挤压作用下夹紧槽1102变小，将热电偶16的热节点夹紧固定；热电偶夹紧螺柱11采用导热性较差的陶瓷材料制成，提高磨削面温度测量的准确性；热电偶夹紧螺柱11的外径为4mm。

所述第一滚珠电刷18与第二滚珠电刷21的结构相同，均包括套筒1801、弹簧1802、导电的弹簧推板1803与滚珠1804、滚珠电刷导线1805和端盖1806；套筒1801的一端螺纹安装有端盖1806，另一端嵌有滚动的滚珠1804；滚珠1804部分露在套筒1801外，用于与第一圆环6或第二圆环20的固体导电介质层始终接触；弹簧1802和弹簧推板1803均设置在套筒1801内，弹簧推板1803的外表面与滚珠1804接触，弹簧推板1803的内表面与弹簧1802接触，弹簧1802的另一端与端盖1806接触，弹簧1802始终处于压缩状态，在弹力作用下滚珠1804与第一圆环6或第二圆环20的固体导电介质层始终接触，使滚珠1804保持良好的导电性；滚珠电刷导线1805的一端与弹簧推板1803相连，另一端穿过端盖1806与温度采集器19的接口或外接电源相连。

所述第一圆环6的外表面具有凹槽601，凹槽601内涂覆有固体导电介质层，第一滚珠电刷的滚珠在凹槽601内滚动，使滚珠与固体导电介质层保持良好接触；第一圆环6采用绝缘材质制成，避免主轴1导电造成第一圆环6短路。

所述通气孔703为斜向与砂轮7的转动方向一致的斜孔，使砂轮7转动时进入更多的空气，加速散热。

所述第二固定板9优选两个，两个第二固定板9呈圆周均匀安装在第一固定板4上，第一滚珠电刷18与第二滚珠电刷21分别安装在两个第二固定板9上，一个第二固定板上安装两个滚珠电刷，有利于力的平衡，增加本磨削装置的稳定性，减小振动。

所述砂轮7上还开有与热电偶16数量相适应的用于安装热电偶夹紧螺柱11的第二螺纹孔702，第二螺纹孔702的孔径为4mm。

所述弹簧推板1803为宽度小于套筒直径的圆板或矩形板，在弹簧推板的外表面具有与滚珠1804外形相适应的弧形凹槽，使弹簧推板1803与滚珠1804更好地接触。

所述砂轮7上表面沿径向开有用于走线的第一导线槽701，顶壁上开有用于冷却环7电源线通过的导线孔704。

所述固体导电介质层为铜；弹簧推板1803与滚珠1804的表面镀铜，用于导电。

所述固定板4开有用于轴承座3穿过的定位孔402和用于连接第二固定板9或轴承座3的第一螺纹孔401。

在轴承座与砂轮之间的主轴1外表面上沿轴向开有用于走导线的第二导线槽101。

所述第二固定板9开有用于安装滚珠电刷的滚珠电刷螺纹孔10。

所述热电偶16为K型热电偶，直径为1mm，为一种微型热电偶，热电偶的长度不大于热电偶夹紧螺柱夹紧槽的深度；温度采集器19采用安柏多路温度测试仪AT4508；控制器采用研华工控机IPC-610L；冷却环17采用半导体制冷器原理，与砂轮的内壁形状尺寸相匹配，针对杯形砂轮或碗形砂轮冷却环将形状定制为圆环形。

本发明的工作原理和工作流程是：

两个第一圆环6上的固体导电介质层分别与冷却环17电源线的正、负极相连，第一滚珠电刷18的滚珠1804在相应第一圆环6的凹槽内滚动，使滚珠1804与第一圆环6的固体导电介质层充分接触导电，外接电源通过第一滚珠电刷18和第一圆环6的固体导电介质层与冷却环17电连接，为冷却环17供电；

所有热电偶16的正、负极相互并联后，再与两个第二圆环20上的固体导电介质层电连接固定，第二滚珠电刷21的滚珠在相应第二圆环20的凹槽内滚动使滚珠与第二圆环20的固体导电介质层充分接触导电，热电偶16通过第二圆环20的固体导电介质层和第二滚珠电刷21与温度采集器19电连接，温度采集器19通过热电偶16采集砂轮7磨削面的温度并将温度反馈给控制器，使控制器控制冷却环17工作，给砂轮7降温，实现磨削面的降温。

本发明未述及之处适用于现有技术，同时借鉴现有技术产生的不同具体实施方式均为本发明的具体实施方式。

Claims (7)

1.一种具有磨削面温度测量功能的散热磨削装置，包括主轴、轴承座、第一固定板、砂轮，第一固定板安装在外部机床或设备上，所述轴承座安装在第一固定板上，主轴通过轴承安装在轴承座中，主轴一端通过锁紧螺母锁紧，另一端连接砂轮后用螺母限位；其特征在于，

该装置还包括滚珠电刷、第二固定板、热电偶、冷却环、温度采集器和控制器；

所述第二固定板竖直安装在第一固定板底部；在轴承座和砂轮之间的主轴上过盈安装四个绝缘的圆环，圆环外表面上均涂覆有固体导电介质层；在第二固定板上安装两个导电的第一滚珠电刷和两个导电的第二滚珠电刷，每个滚珠电刷的滚珠均与对应圆环的固定导电介质层等高，滚珠与固定导电介质层始终接触；

所述砂轮内安装有冷却环，冷却环的冷面与砂轮的内壁贴合；砂轮的侧壁嵌有多个呈圆周均匀排布且并联的热电偶，热电偶的热节点与砂轮的磨削面等高，磨削时能够接触待磨削工件表面；热电偶和冷却环的导线穿出砂轮与相应的圆环电连接，冷却环通过相应的滚珠电刷与控制器相连，并联后的热电偶通过相应的滚珠电刷经温度采集器与控制器通信；

所述砂轮的顶部开有多个呈圆周均匀排布的连通砂轮内腔的通气孔。

2.根据权利要求1所述的磨削装置，其特征在于，所述第二固定板的数量为两个，两个第二固定板对称设在主轴两侧，两个第一滚珠电刷固定在一个第二固定板上，另外两个第二滚珠电刷固定在另一个第二固定板上；所述圆环的数量为四个，包括两个第一圆环和两个第二圆环，两个第一圆环上的固体导电介质层一方面分别与冷却环电源线的正、负极相连，两个第一圆环上的固体导电介质层另一方面分别与相应第一滚珠电刷的滚珠端始终接触；

两个第二圆环上的固体导电介质层一方面分别与所有热电偶并联后的正、负极相连，两个第二圆环上的固体导电介质层另一方面分别与相应第二滚珠电刷的滚珠端始终接触；两个第二滚珠电刷的引线端分别与温度采集器的两个接口相连，温度采集器安装在外部机床或设备上且与控制器通信连接。

3.根据权利要求1所述的磨削装置，其特征在于，所述砂轮为杯形砂轮或碗形砂轮，砂轮的顶部开有多个呈圆周均匀排布的连通砂轮内腔的倾斜通气孔。

4.根据权利要求1所述的磨削装置，其特征在于，该装置还包括与砂轮过盈配合的热电偶夹紧螺柱，热电偶夹紧螺柱嵌在砂轮的侧壁上，热电偶夹紧螺柱的上部沿轴向开有热电偶导线孔，热电偶夹紧螺柱的下部开有沿轴线的夹紧槽；在夹紧槽内开有轴线与热电偶夹紧螺柱轴线重合的通孔，通孔的孔径大于夹紧槽的宽度；夹紧槽的末端设有放置热电偶的热节点的定位槽。

5.根据权利要求1所述的磨削装置，其特征在于，所述滚珠电刷包括套筒、弹簧、导电的弹簧推板与滚珠、滚珠电刷导线和端盖；套筒的一端螺纹安装有端盖，另一端嵌有滚动的滚珠，滚珠部分露在套筒外；弹簧和弹簧推板均设置在套筒内，弹簧推板的外侧与滚珠接触，弹簧推板的内侧与弹簧一端接触，弹簧的另一端与端盖接触，弹簧始终处于压缩状态；滚珠电刷导线的一端与弹簧推板内侧相连，另一端穿出端盖。

6.根据权利要求1所述的磨削装置，其特征在于，所述圆环的外表面具有周向凹槽，凹槽内涂覆有固体导电介质层。

7.根据权利要求2所述的磨削装置，其特征在于，第一滚珠电刷与第二滚珠电刷左右对称固定安装在两个第二固定板上。

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