專利名稱：一種理想圓柱孔珩磨頭裝置及其構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高缸孔圓柱度的珩磨工藝改進(jìn)方法與珩磨頭結(jié)構(gòu)裝置，尤其是涉及一種針對現(xiàn)有珩磨頭運(yùn)動軌跡分布存在缺陷，采用油石條錯位分布結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)油石珩磨軌跡的均勻分布，從而提高缸孔加工精度的工藝控制方法與裝置。
背景技術(shù)：
在發(fā)動機(jī)制造工藝中，珩磨加工是最重要的一道工序，用以保證缸孔最終的精度指標(biāo)。珩磨頭上裝載著珩磨油石，珩磨時帶動油石不斷的進(jìn)行往復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而精密切除圓柱孔材料。因此珩磨頭的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動性能必將對珩磨精度產(chǎn)生直接影響。目前發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家所采用的珩磨頭是多條油石平行于磨頭軸線方向，以相同的夾角均勻分布在珩磨頭的圓周上。該對稱結(jié)構(gòu)可以保證珩磨頭在工作過程中所受的力對稱分布，從而避免振動帶來的對加工精度的影響。 然而油石上磨粒的運(yùn)動軌跡分布直接決定缸孔表面材料的去除情況，軌跡分布越密，材料去除得越多；軌跡分布越稀，材料去除得越少。改變珩磨軌跡，主要是靠調(diào)整磨頭運(yùn)動參數(shù)實(shí)現(xiàn)，但是在磨頭的運(yùn)動參數(shù)中，往復(fù)速度和旋轉(zhuǎn)速度只能改變磨粒的軌跡沿缸孔圓周上的分布，這是由于磨頭的往復(fù)速度和旋轉(zhuǎn)速度改變，會引起磨頭往復(fù)周期內(nèi)的磨頭旋轉(zhuǎn)相位角e的變化，從而改變磨粒軌跡沿缸孔圓周上的分布均勻性；下端點(diǎn)停留時間除了改變相位角e外，也只能改變缸孔下端部分區(qū)域內(nèi)被珩磨的程度；上下端越程量在改變相位角e的同時，還可以改變磨粒軌跡在缸孔軸向方向上的分布情況，當(dāng)油石的上下越程大于或等于油石的長度-即磨頭上的油石在缸孔上下兩端均全部超出缸孔時，整個缸孔高度上磨粒軌跡分布才會均勻，而實(shí)際生產(chǎn)中這是不可能的。因此磨粒軌跡沿缸孔高度方向上分布的不均勻性是無法通過調(diào)節(jié)磨頭運(yùn)動參數(shù)得到改善。將這種磨粒軌跡分布的不均勻性缺陷稱之為珩磨過程中的原理性缺陷。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，均未涉及一種從磨粒軌跡重構(gòu)研究出發(fā)，用于改善珩磨原理性缺陷的磨頭結(jié)構(gòu)與設(shè)計方法。例如“大直徑珩磨頭”(參見中國發(fā)明專利，公開號CN201872070A)，涉及一種用于大直徑孔的磨頭結(jié)構(gòu)；“多功能珩磨頭”(參見中國發(fā)明專利，公開號CN101758450A)，涉及一種僅用一個珩磨頭來使被加工工件經(jīng)過車削后直接加工出高精度、高表面粗糙度的表面；“漲縮式珩磨頭，，(參見中國發(fā)明專利，公開號CN101633148A)，涉及一種用于加工帶有寬度大于單條油石的凹槽或缺口的工件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種達(dá)到整體磨粒軌跡分布均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)缸孔壁面材料珩磨磨去量趨于均勻的效果的理想圓柱孔珩磨頭裝置及其構(gòu)造方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，該裝置包括
磨頭架空心的圓柱狀結(jié)構(gòu)，周向交替錯位開設(shè)有基座孔；進(jìn)給桿設(shè)在磨頭架的中心位置；油石基座安裝在基座孔內(nèi)；
油石固定在油石基座上。所述的基座孔開設(shè)有兩排，相鄰的基座孔為上下交錯排列。所述的進(jìn)給桿呈圓錐形結(jié)構(gòu)。所述的油石基座可沿基座孔的導(dǎo)向槽滑動。所述的油石基座為楔形塊，內(nèi)側(cè)的斜面與進(jìn)給桿的錐面相貼合。所述的油石為砂條。一種理想圓柱孔珩磨頭裝置的構(gòu)造方法，包括以下步驟第一步,利用現(xiàn)有的衝磨裝置,重構(gòu)衝磨過程中的軌跡；第二步，沿缸孔的軸向取一剖面，統(tǒng)計得出該剖面上磨粒軌跡分布曲線；第三步，另繪多條步驟二中的分布曲線，沿著橫坐標(biāo)即缸孔的軸向分別將這些曲線的中心移到適當(dāng)位置，改變油石行程；同時沿著橫坐標(biāo)伸縮每一條分布曲線的作用寬度，改變的油石長度；第四步，分別計算出步驟三中各曲線對應(yīng)的磨頭行程范圍與油石的長度，計算出各條油石間的相互位置關(guān)系；第五步，根據(jù)步驟四的計算結(jié)果，設(shè)計制造出滿足該結(jié)果的油石分布的珩磨頭裝置。所述的缸孔的圓柱度和圓度是由珩磨頭裝置結(jié)構(gòu)和運(yùn)動軌跡決定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的珩磨頭針對現(xiàn)有珩磨工藝中存在的加工缺陷，提出一種改善磨粒軌跡在缸孔高度方向上分布不均的方法。通過調(diào)整油石的分布，調(diào)節(jié)各油石條作用區(qū)域，達(dá)到整體磨粒軌跡分布均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)缸孔壁面材料珩磨磨去量趨于均勻的效果，具體包括以下優(yōu)點(diǎn)一、改善了現(xiàn)有珩磨頭的不足現(xiàn)有珩磨頭上油石條是細(xì)長條狀的砂條，平行于珩磨頭軸線分布，因此砂條上磨粒的空間位置存在高度上的差別?；谀チ＼壽E重構(gòu)的方法可知，磨粒間的這種高度上的差別導(dǎo)致了在珩磨過程中各磨粒的作用區(qū)域沿孔高度方向上分布的差別，各磨粒的作用區(qū)域在孔高度方向上不重合，本發(fā)明基于磨粒軌跡均勻性的珩磨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，采用油石條錯位分布的方法來改善現(xiàn)有衝磨頭工作時磨粒軌跡分布不均的現(xiàn)象。二、提高了加工效率該發(fā)明采用油石條錯位分布的方法，既保證珩磨時磨粒軌跡分布的均勻性，又增多了油石條的數(shù)目，使得單位時間內(nèi)加工區(qū)域增多，從而提高了加工效率。


圖I為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中A-A向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2中B-B向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明的原理示意圖(即調(diào)整前磨粒點(diǎn)沿缸孔軸向分布二維展開圖);圖6為實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖(即缸孔軸向上中下三截面珩磨加工磨削量)；圖7為本發(fā)明中軌跡分布統(tǒng)計圖(即步驟二中磨粒軌跡分布曲線)；圖8為本發(fā)明中軌跡分布調(diào)整方法圖(即步驟三中分布曲線圖，這里取兩條)；圖9為本發(fā)明中軌跡調(diào)整后軌跡作用區(qū)域示意圖。圖中1-磨頭架，2-進(jìn)給桿，3-油石基座，4-油石。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，該裝置包括磨頭架I、進(jìn)給桿
2、油石基座3及油石4。其中，磨頭架I為空心的圓柱狀結(jié)構(gòu)，在磨頭架I的周向交替錯位 開設(shè)有基座孔，基座孔開設(shè)有兩排，相鄰的基座孔為上下交錯排列。進(jìn)給桿2呈圓錐形結(jié)構(gòu)，設(shè)在磨頭架I的中心位置。油石基座3安裝在基座孔內(nèi)，可沿基座孔的導(dǎo)向槽滑動。使用的油石基座3為楔形塊，內(nèi)側(cè)的斜面與進(jìn)給桿2的錐面相貼合。油石4固定在油石基座3上，使用的油石4為砂條。理想圓柱孔珩磨頭裝置在構(gòu)造時，采用以下步驟如圖5所示，現(xiàn)有珩磨頭結(jié)構(gòu)在工作過程中的軌跡分布是中間多、兩端少。圖5的左側(cè)中將磨粒的作用區(qū)域分為三個部分，反映的是磨粒的軌跡點(diǎn)在缸孔徑向方向上的分布，其中區(qū)域I和區(qū)域3中只有部分磨粒經(jīng)過，且從中心線到端面線，經(jīng)過的磨粒依次減少，區(qū)域2中油石上所有磨粒都經(jīng)過。因此可以知道區(qū)域2中磨粒的軌跡分布最多，區(qū)域I和區(qū)域3中油石的軌跡分布情況是從缸孔高度中心線沿兩端面依次減少。由右側(cè)也可知，缸孔高度上，中間部分磨粒軌跡點(diǎn)密集，而上下兩端位置變稀疏。如圖6所示，實(shí)際生產(chǎn)中缸孔中間截面上的磨削量大，而上、下端面的磨削量小。如圖7所示，在缸孔高度方向上，中間部分油石軌跡分布最多，該區(qū)域?qū)?yīng)圖5中的區(qū)域2，這部分區(qū)域材料去除率必然是最多的。越往缸孔端面，磨粒軌跡分布越少，因而材料去除量變小，從而最后珩磨結(jié)束時，按照材料去除率的多少來預(yù)測缸孔形狀，則缸孔必然呈現(xiàn)腰鼓形-即中間孔徑大，兩端孔徑小。這是由于油石條上磨粒沿缸孔軸向分布所照成的，也就是說，在油石條珩磨時，必然會存在有的磨粒在上面，有的磨粒在下面，因而磨粒沿高度方向上運(yùn)動的區(qū)域各不一樣，無數(shù)顆沿高度方向上分布的磨粒運(yùn)動的區(qū)域合起來就形成了圖7所示的情況。如圖8所示，圖中顯示了兩條油石磨粒軌跡點(diǎn)的分布曲線，其中心位置不重合，這樣第一條油石的作用區(qū)域3與第二條油石的作用區(qū)域I重合，油石的軌跡點(diǎn)疊加可使該區(qū)域上磨粒軌跡的分布數(shù)量與區(qū)域2接近,改善磨粒軌跡點(diǎn)在缸孔高度方向上分布不均,改善缸孔表面材料去除率的分布，最終改善缸孔的形狀精度。如圖9所示，通過不同油石條作用區(qū)域的疊加效果，實(shí)現(xiàn)缸孔高度上磨粒軌跡分布的均勻性。根據(jù)各油石條的長度與相對位置，計算并設(shè)計出滿足該結(jié)果的油石條分布的珩磨頭裝置，其最終結(jié)構(gòu)就如圖1-4所示。
權(quán)利要求
1.一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其特征在于，該裝置包括 磨頭架空心的圓柱狀結(jié)構(gòu)，周向交替錯位開設(shè)有基座孔； 進(jìn)給桿設(shè)在磨頭架的中心位置； 油石基座安裝在基座孔內(nèi)； 油石固定在油石基座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其特征在于，所述的基座孔開設(shè)有兩排，相鄰的基座孔為上下交錯排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其特征在于，所述的進(jìn)給桿呈圓錐形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其特征在于，所述的油石基座可沿基座孔的導(dǎo)向槽滑動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其特征在于，所述的油石基座為楔形塊，內(nèi)側(cè)的斜面與進(jìn)給桿的錐面相貼合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種理想圓柱孔珩磨頭裝置，其特征在于，所述的油石為砂條。
7.—種如權(quán)利要求I所述的理想圓柱孔珩磨頭裝置的構(gòu)造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 第一步，利用現(xiàn)有的珩磨裝置，重構(gòu)珩磨過程中的軌跡； 第二步，沿缸孔的軸向取一剖面，統(tǒng)計得出該剖面上磨粒軌跡分布曲線； 第三步，另繪多條步驟二中的分布曲線，沿著橫坐標(biāo)即缸孔的軸向分別將這些曲線的中心移到適當(dāng)位置，改變油石行程；同時沿著橫坐標(biāo)伸縮每一條分布曲線的作用寬度，改變的油石長度； 第四步，分別計算出步驟三中各曲線對應(yīng)的磨頭行程范圍與油石的長度，計算出各條油石間的相互位置關(guān)系； 第五步，根據(jù)步驟四的計算結(jié)果，構(gòu)造得到滿足該結(jié)果的油石分布的珩磨頭裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種理想圓柱孔珩磨頭裝置及其構(gòu)造方法，裝置包括空心的圓柱狀結(jié)構(gòu)，周向交替錯位開設(shè)有基座孔的磨頭架，設(shè)在磨頭架的中心位置的進(jìn)給桿，安裝在基座孔內(nèi)的油石基座，固定在油石基座上的油石，通過計算出各曲線對應(yīng)的磨頭行程范圍與油石的長度，計算出各條油石間的相互位置關(guān)系，設(shè)計制造出滿足該結(jié)果的油石分布的珩磨頭裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過調(diào)整油石的分布，調(diào)節(jié)各油石條作用區(qū)域，達(dá)到整體磨粒軌跡分布均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)缸孔壁面材料珩磨磨去量趨于均勻的效果。
文檔編號B24B33/08GK102744671SQ20121025422
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者姚振強(qiáng), 張雪萍, 趙玉祥, 高羅輝 申請人:上海交通大學(xué)