一种用于高压气瓶铝合金内胆的封头内外壁修磨装置

技术领域

本发明属于高压容器技术领域，具体涉及一种用于高压气瓶铝合金内胆的封头内外壁修磨装置。

背景技术

高压气瓶已经广泛用于工矿生产、建筑、交通、海洋、航空、医疗、军事等国民经济的各个行业。高压气瓶的容量、瓶壁厚度及制作工艺和材料都影响高压气瓶的性能。天然气和氢气是一种世界范围内重点发展和广泛使用的清洁能源。采用20-35MP高压气瓶储运和使用压缩天然气(CNG)、压缩氢气和其他压缩工业气体是这些气体移动使用的主要方式。

目前，铝合金内胆碳纤维全缠绕高压气瓶具有众多优点，已逐步取代传统钢质气瓶，成为当今世界高压气瓶的主流产品。其优点如下：

(1)大幅减重；采用铝合金内胆复合缠绕的气瓶，同等性能下材料厚度仅为钢瓶的50％-70％，且密度更低，因而其重量仅为传统钢瓶的35％-40％。

(2)破损安全性好；铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶采用铝合金内胆及碳纤维复合材料增强，每平方厘米上的纤维多达几千上万根，当气瓶超载并发生少量纤维断裂时，其载荷会迅速分配在未破坏的纤维上，这会在短期乃至相当长一段时间内使气瓶不致丧失承载能力，大大提高安全性。

(3)减震性好；复合材料中纤维与树脂基体界面具有吸震能力，震动阻尼好，抗声震疲劳性能也很高。

(4)与无缝钢质气瓶需要的复杂工序相比，纤维缠绕工艺更加灵活，容易变换，工序更为简化，也容易实现自动化，且能耗远远低于钢质气瓶的生产过程。

例如，外径Φ300-850mm、长度不大于5m的铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶主要用作大型天然气汽车用CNG燃料气瓶、模块化CNG气瓶组储运气瓶等移动使用大容积高压气瓶。

由于此类产品长期在高压环境下使用，且需反复重复充放气，因而对铝合金内胆的疲劳性能要求极高，不允许内表面存在深度大于0.05mm的任何形式划伤；更绝不允许有微裂纹存在。但在收口加工过程中，封头段材料在高温加热下剧烈变形，其内表面容易产生组织疏松、橘皮状组织、放射状裂纹等缺陷；外表面易出现局部气泡、表面堆叠、表面微裂纹等缺陷。上述缺陷必须及时处理，否则将致使产品无法通过水压、气密检测而报废，或者在使用过程中因无法满足疲劳要求出现破损甚至爆炸等情况，极为危险。因此需要采用专用视觉检测工具逐只检验气瓶内胆，并使用专用修磨设备对铝合金内胆封头内外表面进行修磨处理。

目前没有专用的铝合金内胆封头内外壁修磨设备，传统的磨床无法对带有椭球形、蝶形、球形头的气瓶外表面进行连续修磨；也无法对瓶口内径仅几十毫米的封头段内表面修磨处理。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高压气瓶铝合金内胆的封头内外壁修磨装置，本发明提供的装置可以对收口旋压后的铝合金气瓶内胆封头内外表面缺陷进行修磨，使此类高压气瓶在制作成为成品的过程中不影响成品的制作效率与成品的外观质量。同时也可以对此类内胆的外表面进行抛光处理，满足特殊产品需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于高压气瓶铝合金内胆的封头内外壁修磨装置，所述封头内外壁修磨装置包括机架，和在机架上依次设置的主轴机构、第一对心支撑机构、外圆修磨机构、第二对心支撑机构和封头内壁修磨机构；

机架，所述机架用于对所述封头内外壁修磨装置提供支撑；

主轴机构，所述主轴机构设于所述机架的一端，所述主轴机构包括主轴电机、主轴体和夹紧机构；所述夹紧机构用于夹紧内胆，所述夹紧机构设置在所述主轴体的一端；所述主轴电机与所述主轴体相连，用于带动所述主轴体上的夹紧机构的旋转，进而带动内胆的旋转；

对心支撑机构，所述对心支撑机构包括第一对心支撑机构和第二对心支撑机构，所述第一对心支撑机构和所述第二对心支撑机构用于支撑内胆，并保证内胆中心与主轴体中心重合；

外圆修磨机构，所述外圆修磨机构用于实现内胆外表面的修磨处理；

封头内壁修磨机构，所述封头内壁修磨机构用于实现内胆封头内表面的修磨处理。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述外圆修磨机构包括侧床身、第一齿轮齿条机构、轴向进给电机、横向进给机构、横向进给电机、涡轮蜗杆转动机构和外圆修磨单元；

所述侧床身通过所述第一齿轮齿条机构在轴向进给电机驱动下沿所述封头内外壁修磨装置轴向移动，通过所述横向进给机构在所述横向进给电机控制下沿所述封头内外壁修磨装置横向移动；通过所述涡轮蜗杆机构在电机驱动下实现转动；

所述外圆修磨单元设置在侧床身一侧，用于对内胆外表面的连续修磨。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述外圆修磨单元包括砂带安装机构、外圆修磨电机和粉尘收集槽；所述外圆修磨电机带动所述砂带安装机构转动；所述粉尘收集槽设置在砂带安装机构下方，用于收集修磨过程中产生的粉尘；

优选地，所述粉尘收集槽一侧设置吸尘器连接口，所述吸尘器连接口用于连接吸尘器，所述吸尘器用于吸取所述粉尘收集槽内的粉尘；

优选地，所述吸尘器为扩口式大功率吸尘器。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述砂带安装机构包括砂带、上轮、下轮和连接杆，所述连接杆与所述机架连接，所述上轮通过弹簧机构及压紧装置与所述连接杆螺栓连接，所述外圆修磨电机连接并驱动所述下轮转动，所述下轮通过所述砂带连接所述上轮并带动所述上轮转动。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述夹紧机构包括前卡爪固定体、前卡爪、接触块；所述前卡爪固定体设置在所述主轴体前端；所述前卡爪有多个，均设置在所述前卡爪固定体上，所述接触块与所述前卡爪连接；所述接触块用于夹紧内胆。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述主轴机构用于固定内胆，并在所述主轴电机的带动下旋转内胆，所述旋转可以是正反方向连续旋转也可以在一定范围内摆动，满足内表面修磨需求；

优选地，旋转的摆动幅度在-5°～+5°范围内。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述第一对心支撑机构和所述第二对心支撑机构均包括：

底座，所述底座用于提供支撑，设置在所述机架上；

支撑机构，所述支撑机构包括第一支撑模块第二支撑模块，且相对地设置在所述底座上，用于对内胆提供支撑；

对心联动机构，所述对心联动机构设置在所述底座内，所述对心联动机构带动所述第一支撑模块和所述第二支撑模块相对运动，实现所述第一支撑模块和所述第二支撑模块同时向中心或远离中心方向运动。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述第一支撑模块和所述第二支撑模块分别包括支撑体、移动块和支辊，所述支辊设置在所述移动块上，所述移动块设置在支撑体上；所述支撑体设置在所述底座上且与所述对心联动机构连接，所述对心联动机构带动所述支撑体运动进而实现带动所述第一支撑模块和所述第二支撑模块运动。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述第一对心支撑机构还包括第二齿轮齿条机构，所述第二齿轮齿条机构安装在所述机架下方、所述封头内外壁修磨装置的侧面；所述底座通过所述第二齿轮齿条机构实现所述第一对心支撑机构沿所述封头内外壁修磨装置轴向方向的运动以便适用于不同长度的工件。

在如上所述的封头内外壁修磨装置，优选，所述第二对心支撑机构上的所述底座固定安装在所述机架上

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供的封头内外壁修磨装置将封头内壁修磨和外圆修磨组合在一台设备上，可在一次装夹下，对内胆直线和曲线段连续或分别进行修磨；可在一次装夹下，对内胆封头内壁进行连续或局部修磨。

本发明装置中的外圆修磨部分能够对表面磕碰或有划伤的内胆进行修磨，使内胆在制作成为成品的过程中不影响成品的制作效率与成品的外观质量；其中的封头内壁修磨部分能够通过工业摄像头随时发现不同位置内表面的划伤或缺陷；通过置于封头内壁修磨主轴内的连接机构及线路，可使砂轮在高速电机驱动下高速旋转，配合修磨主轴旋转和尾座的轴向进给两轴插补，结合机床主轴旋转或摆动，实现内胆封头内表面高速修磨，保证修磨质量。

通过主轴小范围摆动与砂轮高速旋转、砂轮上下进给相结合，实现周向小扇面修磨，有效避免了点状修磨造成的深沟、局部过修磨等问题，使修磨表面平滑、连续；可通过编程或手动，在数控系统控制下沿封头曲面轴向连续修磨，此时主轴可始终保持摆动，进给可实现长缺陷的一次性快速修磨。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的封头内外壁修磨装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的外圆修磨机构的轴向示意图；

图3为本发明实施例的外圆修磨机构的径向示意图；

图4为本发明实施例的夹紧机构的结构示意图；

图5为本发明实施例的第二对心支撑机构的结构示意图；

图6为本发明实施例的封头内壁修磨机构的结构示意图。

图中：1、主轴电机；2、夹紧机构；21、接触块；22、前卡爪；23、前卡爪固定体；3、第一对心支撑机构；4、外圆修磨机构；41、砂带；42、连接杆；43、外圆修磨电机；44、横向进给电机；45、侧床身；46、吸尘器连接口；47、粉尘收集槽；5、第二对心支撑机构；51、移动块；52、支辊；53、支撑体；54、第二对心联动机构；55、第二底座；6、封头内壁修磨机构；62、尾座；63、上下进给机构；64、封头内壁修磨电机；65、封头内壁修磨主轴；66、砂轮；67、工业摄像头；7、主轴体；8、机架。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供了一种用于高压气瓶铝合金内胆的封头内外壁修磨装置，封头内外壁修磨装置包括机架8，和在机架8上依次设置的主轴机构、第一对心支撑机构3、外圆修磨机构4、第二对心支撑机构5和封头内壁修磨机构6。

机架8，机架8用于对封头内外壁修磨装置提供支撑。

主轴机构，主轴机构设在机架8的一端，主轴机构包括主轴电机1、主轴体7和夹紧机构2；夹紧机构2用于夹紧内胆，夹紧机构2设置靠近第一对心支撑机构3的一端；主轴电机1与主轴体7相连，用于带动主轴体7上的夹紧机构2的旋转，进而带动内胆的旋转。

对心支撑机构，对心支撑机构包括第一对心支撑机构3和第二对心支撑机构5，第一对心支撑机构3和第二对心支撑机构5用于支撑内胆，并保证内胆中心与主轴体7中心重合。

外圆修磨机构4，外圆修磨机构4用于实现内胆外表面和直线段外表面的修磨处理。

封头内壁修磨机构6，封头内壁修磨机构6用于实现内胆封头内表面的修磨处理。

在本发明的具体实施例中，外圆修磨机构4包括侧床身45、第一齿轮齿条机构、轴向进给电机、横向进给机构、横向进给电机44、涡轮蜗杆转动机构和外圆修磨单元；

侧床身45通过第一齿轮齿条机构在轴向进给电机驱动下沿封头内外壁修磨装置轴向移动，通过横向进给机构在横向进给电机44控制下沿封头内外壁修磨装置横向移动；通过涡轮蜗杆机构在电机驱动下实现转动；上述三个动作可编程控制实现连续插补；

外圆修磨单元设置在侧床身45一侧，用于对内胆外表面的连续修磨。

在本发明的具体实施例中，外圆修磨单元包括砂带41安装机构、外圆修磨电机43、粉尘收集槽47和防尘罩；外圆修磨电机43带动砂带41安装机构转动；粉尘收集槽47设置在砂带41安装机构下方，用于收集修磨过程中产生的粉尘；防尘罩将砂带41安装机构整体包裹，仅露出与内胆接触一面，便于内胆外表面磨削，并防止粉尘大量飞散。

粉尘收集槽47一侧设置吸尘器连接口46，吸尘器连接口46用于连接吸尘器，吸尘器用于吸取粉尘收集槽47内的粉尘；本发明中的吸尘器为扩口式大功率吸尘器，该吸尘器固定封头内外壁修磨装置外侧，其管路随外圆修磨机构4做轴向移动。

砂带41安装机构包括砂带41、上轮、下轮和连接杆42，连接杆42与机架8连接，上轮通过弹簧机构及压紧装置与连接杆42螺栓连接，外圆修磨电机43连接并驱动下轮转动，下轮通过砂带41连接上轮并带动上轮转动。

砂带41倾斜设置，能够使砂带41与内胆外表面的接触面积尽可能增加，以加大磨削效率，并方便粉尘排除。需更换砂带41时，松开压紧装置的螺钉，压下上轮并取出和更换砂带41，再重新安装砂带41。

在本发明的具体实施例中，封头内壁修磨机构6包括尾座62、轴向运动机构、轴向驱动电机、上下进给机构63、上下进给驱动电机、封头内壁修磨主轴65、封头内壁修磨电机64、传动机构和砂轮66。

轴向运动机构设置在机架8上；轴向运动机构与尾座62连接，轴向驱动电机与轴向运动机构连接，在轴向驱动电机驱动下轴向运动机构按照数控系统设定速度、位置驱动整个封头内壁修磨机构6沿机床轴向移动。

封头内壁修磨主轴65为中空结构，具有中空内腔。

封头内壁修磨主轴65的一端与砂轮66连接，封头内壁修磨主轴65的另一端与上下进给机构63相连，上下进给机构63设置在尾座62上，上下进给驱动电机与上下进给机构63连接，上下进给电机驱动上下进给机构63，进而带动封头内壁修磨主轴65及一端的砂轮66按照数控系统设定速度、位置上下运动，且位置控制精度优于0.02mm。

传动机构安装在封头内壁修磨主轴65的中空内腔中，且一端与砂轮66连接，另一端与封头内壁修磨电机64连接，能够将封头内壁修磨电机64高速旋转稳定地传递给砂轮66，进而使砂轮66能够高速转动，并在上下进给机构63驱动下，按照设定进给速度和位置对内胆内表面划伤进行修磨，且修磨深度可任意调整。

在封头内壁修磨时，封头内壁修磨主轴65在-5°～+5°范围内以设定速度摆动，保证修磨区域平滑过渡。

在本发明的具体实施例中，封头内壁修磨机构6还包括工业摄像头67和观察器，工业摄像头67安装在砂轮66前端，通过布置于中空的封头内壁修磨主轴65内的线路与观察器相连，用于观察和确定划伤区域，以及验证修磨效果。

根据本发明，观察机构位于机床中空主轴外部，包括工业摄像头67、固定杆和观察器，所述固定杆为中空的手持活动部件，可穿过机床中空主轴、气瓶非修磨端瓶口进入气瓶内部；工业摄像头67安装在固定杆前端，通过布置于固定杆内部的线路与观察器相连，用于观察和确定划伤区域，以及验证修磨效果。

优选地，工业摄像头67自带照明功能。

本发明中对于铝合金内胆修磨，优选砂布千叶轮；对于铝合金内合金内胆抛光，优选拉丝轮；当然在其他实施例中，砂轮66也可以是常规砂轮66。

根据本发明，封头内壁修磨机构6包括尾座62、轴向运动机构、轴向驱动电机、封头内壁修磨支撑杆、封头内壁修磨单元组成；

轴向运动机构设置在机床床体上；

轴向运动机构与尾座62相连，轴向驱动电机与轴向运动机构相连，在轴向驱动电机驱动下轴向运动机构按照数控系统设定速度、位置驱动整个封头内壁修磨机构6沿机床轴向移动；

封头内壁修磨支撑杆为中空结构，一端与尾座62相连，一端安装封头内壁修磨单元，并设计为与机床主轴中心线重合，其位置精度主要由加工保证，同时可通过调整尾座62高度和左右位置微调；

封头内壁修磨单元由封头内壁修磨单元进给机构、封头内壁修磨单元进给机构驱动电机、小支撑杆、软轴、连杆、磨头支撑杆、阻尼装置、磨头组成，其中小支撑杆、封头内壁修磨单元进给机构、封头内壁修磨单元进给机构驱动电机均安装在封头内壁修磨支撑杆中空内腔，小支撑杆一端固定在尾座62上，一端通过铰接与磨头支撑杆相连；软轴一端依次穿过小支撑杆中空内腔，贴附于磨头支撑杆，穿过阻尼装置与磨头相连，另一端与安装在尾座62上的驱动电机相连，使电机在程序指令驱动下能带动磨头高速旋转；连杆分别与封头内壁修磨单元进给机构的滑动体和磨头支撑杆上滑动体相连；阻尼装置位于磨头支撑杆前端，另一端与磨头相连。

封头内壁修磨单元进给机构由滑动体、齿轮齿条机构组成，滑动体为中空结构，套在小支撑杆外面，位于封头内壁修磨支撑杆前部，通过与之连接的尺寸齿条机构在同样固定在封头内壁修磨支撑杆内壁的封头内壁修磨单元进给机构驱动电机驱动下，沿小支撑杆轴向移动，并通过连杆带动磨头支撑杆向尾座62方向呈扇形翻转，磨头支撑杆翻转角度与滑动体进给轴向位置呈线性关系，并经过计算预先设定在数控系统中，使数控系统仅显示磨头支撑杆翻转角度。

根据本发明，当高压气瓶铝合金内胆安装在机床主轴上时，一端封头瓶口朝向尾座62方向。此时，滑动体回到远离机床主轴的极限位置时，连杆贴附于磨头支撑杆和小支撑杆，使磨头、阻尼装置、磨头支撑杆、连杆、小支撑杆呈一条直线，轴向驱动电机驱动尾座62及安装在其上的封头内壁修磨支撑杆、封头内壁修磨单元整体轴向进给，并使磨头、阻尼装置、磨头支撑杆、连杆、小支撑杆通过气瓶瓶口进入气瓶内部，通过尾座62轴向运动和磨头翻转运动两个运动的插补配合机床主轴连续旋转或摆动，实现封头内表面的连续或局部修磨。

在本发明的具体实施例中，夹紧机构2包括前卡爪固定体23、前卡爪22、接触块21；前卡爪固定体23设置在主轴体7前端；前卡爪22有多个，均设置在前卡爪固定体23上，接触块21与前卡爪22连接；接触块21用于夹紧内胆。

在本发明的具体实施例中，主轴机构用于固定内胆，并在主轴电机1的带动下旋转内胆，旋转可以是正反方向连续旋转，旋转的目的是用于内外表面连续修磨；旋转也可以在-5°～+5°范围内摆动，满足内表面修磨需求，摆动速度可调。

在本发明的具体实施例中，对心支撑机构包括第一对心支撑机构3和第二对心支撑机构5；第一对心支撑机构3包括第一底座、第二齿轮齿条机构、第一支撑机构和第一对心联动机构；第一底座安装在机架8上；第二齿轮齿条机构安装在机架8下方、封头内外壁修磨装置的侧面。

第一底座通过第二齿轮齿条机构实现第一支撑机构沿封头内外壁修磨装置轴向方向的运动以便适用于不同长度的工件。

第一支撑机构包括第一支撑模块和第二支撑模块，且相对地设置在第一底座上；第一支撑模块和第二支撑模块分别包括支撑体53、移动块51和支辊52，支辊52设置在移动块51上，移动块51设置在支撑体53上；支撑体53设置在第一底座上且与第一对心联动机构连接；第一对心联动机构带动第一支撑模块和第二支撑模块相对运动，即实现第一支撑模块和第二支撑模块同时向中心或远离中心方向运动。

在本发明的具体实施例中，第二对心支撑机构5包括第二底座55、第二支撑机构和第二对心联动机构54；第二底座55固定安装在机架8上，不可沿封头内外壁修磨装置轴向方向运动。

第二支撑机构同样包括第一支撑模块和第二支撑模块，且相对地设置在第二底座55上；第一支撑模块和第二支撑模块分别包括支撑体53、移动块51和支辊52，支辊52设置在移动块51上，移动块51设置在支撑体53上；支撑体53设置在第二底座55上且与第二对心联动机构54相连；第二对心联动机构54带动第一支撑模块和第二支撑模块相对运动，即实现第一支撑模块和第二支撑模块同时向中心或远离中心方向运动。

在本发明的具体实施例中，支撑体53上设置有精度为1mm的直尺，用于确定移动块51横向位置并通过齿条或螺杆固定。移动块51通过齿条或螺杆安装在支撑体53上。移动块51上设置有多个支撑槽，用于直接安装支辊52，以适应不同直径范围内胆的支撑。支辊52通过轴承和转动轴安装在支撑体53的支撑槽上。

在本发明的具体实施例中，相对设置的第一支撑模块和第二支撑模块分别与第一对心联动机构或第二对心联动机构54连接，其可以实现同时向中心或远离中心运动，两支撑模块的同步性简化了对心调整的难度。通过产品直径与两个支撑模块的相对位置换算方程，可自动换算不同直径产品对应的支撑模块位置，从而实现快速安装、快速对心。

综上所述，本发明的用于高压气瓶铝合金内胆的封头内外壁修磨装置，将铝合金内胆封头内壁修磨和外圆修磨组合在一台设备上，可在一次装夹下，对内胆内外表面分别进行修磨。外圆修磨部分能够对表面生锈或有划伤的管件进行修磨，使管件在制作成为成品的过程中不影响成品的制作效率与成品的外观质量；封头内壁修磨部分能够通过工业摄像头随时发现不同位置内表面的划伤或缺陷；通过置于封头内壁修磨主轴内的连接机构及线路，可使砂轮在高速电机驱动下高速旋转，实现表面高速修磨，保证修磨质量；实现周向小扇面修磨，有效避免了点状修磨造成的深沟、局部过修磨等问题，使修磨表面平滑、连续。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。