CN101306510A - 柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺及设备 - Google Patents

Abstract

一种柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺及设备，涉及一种发动机部件加工工艺及设备的改进，其工艺是：采用CBN砂轮，提高砂轮强度及耐磨性；采用高频调速刚性电主轴以提高主轴高速运动的平稳性；采用气冷却和振动系统增加振动机能减少走刀量，增加砂轮轴向微量窜动。其设备是：横向X轴、纵向Y轴和回转A轴进给采用数字控制进给磨削床，主轴是高速调频刚性电主轴，同时带有气冷却和振动系统，磨削砂轻为CBN砂轮。有益效果是：突破新一代发动机供油系统精密加工技术。为高压供油系统关键零件提供制造工艺技术。提高砂轮主轴速度和运动的平稳性，减少走刀量，增设砂轮轴向微量窜动，解决了砂轮强度、寿命和防堵塞等关键技术问题。

Description

柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺及设备

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种发动机部件加工工艺及设备的改进。

背景技术

柱塞(如图1、2所示)是发动机供油系统中的一个重要部件，而柱塞两侧螺旋槽的作用是控制供油量大小，柱塞封闭螺旋槽的宽度只有3mm，材料是GCr15。随着供油系统供油压力和喷油速率的提高、柱塞的结构更加复杂、精度相应提高、高硬度封闭油槽柱塞等因素，复杂结构广泛应用，但目前其工艺很完全满足上述要求。

现在国内柱塞加工工艺步骤为：

1、加工外形轮廓。

2、铣螺旋槽。

3、淬火HRC61～65。

4、磨外圆。

5、研磨配柱塞偶件。

由于柱塞封闭螺旋槽的宽度3mm，材料是GCr15，经淬火后硬度HRC61～65。，且经淬火后柱塞封闭螺旋槽的变形及表面形成氧化层，柱塞封闭螺旋槽侧面直线度、平面度达不到产品设计要求。而现有的技术和设备无法精加工柱塞封闭螺旋槽。

发明内容

本发明的目的是：

提供一种柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺及设备，它解决了刀具强度、使用寿命和防堵塞等关键技术问题。

本发明的工艺是：

采用CBN砂轮，提高砂轮强度及耐磨性；

采用高频调速刚性电主轴以提高主轴高速运动的平稳性；

采用气冷却和振动系统增加振动机能减少走刀量，增加砂轮轴向微量窜动。

所采用的CBN砂轮，直径φ2.5mm、长60mm的钢棒一端涂上高3mm、厚0.1mm CBN材料。

本发明的设备是：

横向X轴、纵向Y轴和回转A轴进给采用数字控制进给磨削床，主轴是高速调频刚性电主轴，同时带有气冷却和振动系统，磨削砂轮为CBN砂轮。

本发明的有益效果是：

突破新一代发动机供油系统精密加工技术，从制造工艺技术上保障发动机性能的提高。高硬度柱塞封闭斜油槽磨削加工工艺研究，为高压供油系统关键零件提供制造工艺技术。

采用高速调频刚性电主轴提高砂轮主轴速度和运动的平稳性，采用气冷却和振动系统，减少走刀量，增设砂轮轴向微量窜动，解决了砂轮强度、寿命和防堵塞等关键技术问题。

在高硬度材料的磨削与变形控制技术方面积累了宝贵的经验，提高了我国的精密加工与制造水平。

附图说明

图1是柱塞结构图；

图2是柱塞局部结构图；

图3是CBN砂轮磨削螺旋槽侧面示意图；

图4是柱塞数控磨削设备结构主视图；

图5是柱塞数控磨削设备结构侧视图。

具体实施方式

实施例1：

如图3所示，12是柱塞、13是CBN砂轮；如图4、5所示，1是床身、2是气缸、3是横向伺服电机(X轴)、4回转伺服电机(Y轴)、5是工件夹具、6是电主轴、7是振动电机、8是十字滑台、9是纵向伺服电机(A轴)10是砂轮头、11是振动机构。

在柱塞封闭螺旋槽磨削加工工艺中：

柱塞封闭螺旋槽的宽度只有3mm，材料是GCr15，经淬火后HRC61～65，其加工方式只能是小砂轮柱磨削的方式。由于直径φ2.5mm砂轮柱磨削加工槽的侧面，砂轮的变形比较大、砂轮强度及寿命低，传统的砂轮无法使用。我们采用CBN砂轮(在直径φ2.5mm、长60mm的钢棒一端涂上高3mm、厚0.1mmCBN材料)。提高了砂轮强度及耐磨性，同时采用高频调速刚性电主轴提高主轴高速运动的平稳性，采用气冷却和振动系统增加振动机能减少走刀量，增加砂轮轴向微量窜动，解决了刀具强度、寿命和防堵塞等关键技本问题。

用上述加工工艺已实现柱塞封闭螺旋槽侧面直线度≤0.02mm表面粗糙度Ra≤1.6um；砂轮的使用寿命在50m左右。

主要工艺技术参数：

(1)磨削速度的选择：

砂轮直径：2.5mm。

转速：n_s＝60000转/分

砂轮速度： $v_s=2\mathrm{\&pi;}{n}_{s}r=2\mathrm{\&pi;}\&times;\frac{60000}{60}\&times;\frac{2.5}{2}\&times;{10}^{-3}=7.85(m/s)<30m/s$

(2)进给速度的选择：

工件进给速度：v_w＝0.012m/min

(3)切入深度：a_p＝0.02mm

(4)磨削功率：(计算公式略)

P＝1.77×(0.012×0.02×11.5)^0.7×1×1.1×1

＝0.03(kw)

在柱塞封闭螺旋槽磨削加工设备中：

采取三轴数字控制小砂轮高速磨削方法，进行柱塞封闭油槽磨削加工。横向(X轴)、纵向(Y轴)和回转(A轴)进给采用数字控制进给方式，采用微小进给当量的数控轴实现微量切削。采用特殊的砂轮工具，对高硬度柱塞斜油槽边缘进行微量切削加工。采用离速调频刚性电主轴提高主轴速度和运动的平稳性，提高砂轮的转速。采用气冷却和振动系统，减少走刀量，增设砂轮轴向微量窜动，解决了小砂轮强度、寿命和防堵塞等关键技术问题。

由计算得出设备各执行元器件的参数：

(1)伺服电机的选择：

横向进给滑台(X轴)伺服电机：

转动惯量：8.3kgcm²

转速：2000转/分

扭矩：4.5NM

纵向进给滑台(Y轴)伺服电机：

转动惯量：4.7kgcm²

转速：2000转/分

扭矩：2.2NM

工件回转轴(A轴)的伺服电机：

转动惯量：2.8kgcm²。

转速：3000转/分。

扭矩：1.5NM

(2)振动电机的功率选择：

移动体的重量：W＝40公斤

移动距离：S＝0.4mm/转

三相异步电动机：功率120W，转速2800转/分

(3)升降机构气缸的选择：

气缸移动体重量200公斤

气缸缸径d＝160mm＝16cm.

管路气压P＝4公斤/cm²

气缸举升力： $F=\frac{{\mathrm{\&pi;d}}^2}{4}\&times;p=800\mathrm{kg}>200\mathrm{kg}$

(4)电主轴的选择

变频调速电主轴：功率1500W，转速0～80000转/分

频率0～1000Hz

工作过程：

(1)打开机床电源开关，电源指示灯亮。

(2)按【启动】按钮

数控系统进行初始化后，控制台屏幕出现如所示信息。

(3)分别连续按【+X】、【+Y】、【+A】按钮，调整机床各坐标轴，使各轴回到坐标原点。

(4)各轴调整至出现参考点符号，系统完成原点坐标操作。

(5)装工件：将柱塞放入弹簧夹头内，插入手持定位销校正工件至正确位置，旋紧弹簧夹头螺母。

(6)工件安装至正确位置后，必须拨出并旋转定位销，方可进行磨削加工。

(7)选择加工程序，

(8)打开加工程序，可对加工参数进行修改，修改完成后，按【执行】，系统准备完毕。

(9)按自动运行按钮【Cycle Start】，机床自动运行自动加工程序

至此机床自动完成螺旋槽磨削加工。

Claims (3)

1、一种柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺，其工艺是：

采用CBN砂轮，提高砂轮强度及耐磨性；

采用高频调速刚性电主轴以提高主轴高速运动的平稳性：

采用气冷却和振动系统增加振动机能减少走刀量，增加砂轮轴向微量窜动。

2、一种柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺的设备，其设备是：

横向X轴、纵向Y轴和回转A轴进给采用数字控制进给磨削床，主轴是高速调频刚性电主轴，同时带有气冷却和振动系统，磨削砂轮为CBN砂轮。

3、根据权利要求2所述的一种柱塞螺旋槽高速数控磨削工艺的设备，其设备是：所采用的CBN砂轮，直径φ2.5mm、长60mm的钢棒一端涂上高3mm、厚0.1mm CBN材料。

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