[发明专利]一种用于柱塞封闭曲线槽精密磨削的加工方法及装置

说明书

1、技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种发动机的关键件--柱塞的加工方法及其加工设备的技术。

2、背景技术

柱塞(如图1、2所示)是柴油发动机供油系统中的一个关键件，而柱塞两侧封闭曲线槽的作用是控制供油量的大小，柱塞封闭曲线槽的宽度只有3mm，柱塞材料采用铬轴承钢(GCr15)，淬火后硬度HRC65，由于柱塞淬火后封闭曲线槽表面形成氧化层及产生较大尺寸变形，曲线槽侧平面的直线度、平面度不能满足产品原始设计要求，现有的技术和设备无法精密磨削加工封闭曲线部分，本发明的设备及其加工方法可用于对柱塞封闭曲线槽进行精密磨削，经实际应用效果证明，这种工艺方案可有效地提高柱塞封闭曲线槽封油面的尺寸精度及表面光洁度，能够满足柴油发动机的关键件-柱塞的使用性能要求。

3、发明内容

提供一种柱塞封闭曲线槽精密磨削的加工方法及设备，采用CBN镀层小磨头刀具及砂轮轴轴向微振动机构，高精度的两轴(X轴、A轴)数控联动系统加工柱塞的侧平面部分，以及高精度的三轴(X轴、Y轴、A轴)数控联动系统加工柱塞曲线槽的侧平面部分；

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用两轴或三轴数控磨削加工方式。设备结构主要包括精密磨削主轴(砂轮主轴)及其冷却系统，砂轮轴系统的轴向微小振动机构，回转夹具机构(A轴)，十字滑台机构(X轴及Y轴)，气动升降机构等主要部件。其特征在于：砂轮轴系统的后部装有滑块，滑块固定在滑动导轨上，砂轮轴的轴向微振动机构带动砂轮轴系统在该滑动导轨的竖直方向作往复运动；回转夹具机构(A轴)固定在十字滑台部件上面，而十字滑台控制机构固定在升降弯板的台面上部，升降弯板后面装有滑块、滑动导轨副；准备加工柱塞时，首先，需将柱塞放入回转夹具机构的弹簧夹头内，通过夹具径向定位机构的径向定位销校正柱塞至正确加工位置，之后旋紧弹簧夹头的螺母，拉出该径向定位销，并旋转90度后，停靠在导向套端面的浅凹槽处；气动升降系统工作时，气缸带动升降弯板、十字滑台机构及回转夹具机构在滑动导轨上作升降运动，(气缸)活塞杆上升的极限位置由挡块控制；加工柱塞封闭油槽的侧平面部分时，采用两轴(X轴及A轴)数控系统加工方式，加工柱塞封闭油槽的弧面部分时，采用三轴(X轴、Y轴及A轴)数控系统加工方式。

本发明的有益效果是：采用精密磨削主轴系统提高砂轮主轴转速和运动的平稳性，采用砂轮主轴的冷却循环系统、减小走刀量、增设砂轮轴轴向微量振动机构，解决了小砂轮强度、寿命和刀具堵塞等关键技术问题。该项技术的成功研制突破新一代柴油发动机供油系统的精密加工工艺难题，从制造工艺上确保柴油发动机整机性能的提高。通过对高硬度柱塞封闭曲线槽磨削加工技术的研究，为发动机的高压供油系统的关键件-柱塞，提供一种新的制造工艺技术。

4、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是柱塞零件的外形图

图2是柱塞沿母线展开的局部示意图

图3是CBN砂轮磨削柱塞封闭曲线槽的加工示意图

图4是数控磨削设备结构的主视图

图5是数控磨削设备结构的左视图

图6是砂轮轴轴向微振动机构的主视图

图7是砂轮轴轴向微振动机构的俯视图

图8是回转夹具机构的主视图

图9是回转夹具机构的左视图

图3中，1是柱塞，2是CBN砂轮。

图4中，3是大理石床身，4是滑动导轨副，5是升降弯板，6是横向(X轴)伺服电机，7是十字滑台机构，8是回转轴(A轴)伺服电机，9是回转夹具机构。

图5中，10是挡块，11是异步电机，12是同步带、带轮传动机构，13是滑动导轨副，14是砂轮轴轴向微振动机构，15是精密砂轮主轴，16是工件径向定位机构，17是纵向(Y轴)伺服电机，18是升降气缸。

图6中，19是小带轮，20是偏心轴转动机构，21是弹簧夹头螺母，22是弹簧夹头，23是接杆，24是项丝，25是压缩弹簧，26是弹簧座。

图7中，27是连接板，28是活动角架，29是压瓦，30是滑架，31是底座，32是固定角架，33是振动轴转动机构。

图8中，34是轴承座，35是左端盖，36是轴端挡圈，37是工件回转主轴，38是锁紧圆螺母，39是隔环，40是轴承，41是右端盖，42是工件轴向定位面，43是柱塞侧面的径向定位面，44是弹簧夹头，45是弹簧夹头螺母。