CN103978315A - 一种喷油孔激光高效精密自动加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，包括旋转定位装置和直线移动定位装置，旋转定位装置包括压板、载物台、轴承、第一步进电机和第一联轴器，压板呈圆筒状，压板由磁性材料制造而成，压板套接在载物台上端面，载物台下端通过第一联轴器与第一步进电机的主轴连接固定；直线移动装置包括直线移动台、丝杠、螺母、导轨、支撑座，第二联轴器和第二步进电机，螺母上设置有两个圆柱孔和一个丝杠孔，每个圆柱孔内穿设一条导轨，丝杠穿设在丝杠孔内，第二步进电机设置在丝杠一端，第二步进电机的主轴通过第二连轴器与丝杠连接固定。上述技术方案，加工效率和自动化程度高、几乎无切削和作用力、生产成本低。

Description

一种喷油孔激光高效精密自动加工装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件微孔激光加工技术领域，具体涉及一种喷油孔激光高效精密自动加工装置及方法。

背景技术

喷油器是燃油进入燃烧室的最后一个环节，也是汽车发动机燃油喷射系统的一个关键执行机构，是一种加工精度要求很高的精密器件。喷油板是喷油器的关键零件之一，喷油孔是喷油板上的重要结构特征，喷油孔的结构特征、微观几何形貌和加工质量等参数(直径、长度、锥度、形状、表面粗糙度、孔口边沿等)综合在一起决定着发动机的燃油流动、喷射形态和雾化效果，进而决定着发动机的噪声、排放、油耗等性能。

在欧美发达国家，由于对能源的利用率高，尾气排放对环境污染的控制严格，使得喷油孔直径必须满足如下要求：符合欧III排放法规的喷油孔直径为Φ0.14～0.17mm，符合欧IV排放法规的喷油孔直径为Φ0.10～0.15mm，符合欧V排放法规的喷油孔直径为Φ0.09～0.12mm，符合欧VI排放法规的喷油孔直径为Φ0.08～0.09mm，并且带有0.01～0.15mm的K系数倒锥。由此可见，喷油孔的孔径有逐渐减小的发展趋势，为了保证燃油供给量，孔数有增多的趋势，由原先只有1个孔径较大的直孔发展为2个、4个或更多个孔径较小的斜孔，因为在其它条件不变的情况下，喷油孔直径越大，燃油雾化质量越差，雾化颗粒不细、不均匀，虽然喷油孔直径大可以加快喷射进程、缩短喷油持续期，但燃油与空气混合质量差，燃烧不充分，从而影响排放。在喷油压力差(ΔP)不变时，减小喷油孔直径，可以减小燃油雾化颗粒的平均直径，雾化效果好，与空气混合充分，改善燃烧条件，减少废气(包括：碳烟、NO_X、HC)排放。

随着排放法规越来越严，喷油孔的孔径逐渐减小，孔数逐渐增多，而且由早期的单个直孔发展为目前的多个斜孔，从而对微细喷油孔的加工提出了更高要求。传统的冲孔法和钻孔法已无能为力或存在很多困难(冲头和钻头因为加工直径太小的斜孔极易折断)。放电加工(Electro discharge machining，简称EDM)也称电火花加工，是目前喷油孔加工的主要方法。然而EDM方法通过电火花烧蚀原理去除材料，所加工孔壁由相互重叠的微蚀坑构成，因而存在表面较粗糙、重铸层、热影响区、微裂纹、电极磨损快等缺陷。为了提高微细喷油孔的表面质量，必须降低脉冲电火花的能量和加工进给速度，或者采用后续光整加工工序(主要是磨料流光整加工)，因此不仅降低了加工效率，而且增加了生产成本。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自动化程度高、加工效率高，生产成本低的喷油孔激光高效精密自动加工装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，包括旋转定位装置和直线移动定位装置，所述的旋转定位装置包括压板、载物台、轴承、第一步进电机和第一联轴器，所述压板呈圆筒状，压板由磁性材料制造而成，压板套接在载物台上端面，所述载物台下端通过第一联轴器与第一步进电机的主轴连接固定；所述直线移动装置包括直线移动台、丝杠、螺母、导轨、支撑座，第二联轴器和第二步进电机，所述直线移动台上端中部设置有轴承槽，所述轴承与载物台下端套接后嵌入式安装在轴承槽内，所述螺母与直线移动台下端可拆卸连接，且螺母上设置有两个圆柱孔和一个丝杠孔，所述每个圆柱孔内穿设一条导轨，丝杠穿设在丝杠孔内，且两条导轨和丝杠两端均与支撑座固定连接，所述第二步进电机设置在丝杠一端，第二步进电机的主轴通过第二连轴器与丝杠连接固定。

通过采用上述技术方案，第一步进电机主轴的旋转运动带动载物台旋转定位，第二步进电机主轴驱动丝杠转动，丝杠转动驱动螺母沿着丝杠轴线作直线移动，从而带动螺母和直线移动台作直线移动，加工效率和自动化程度高、几乎无切削和作用力、生产成本低。

本发明进一步设置为：所述载物台为圆柱形阶梯轴，载物台大端外圆柱面与压板侧壁内表面配合，载物台大端端面中间部位设置有阶梯盲孔。通过本设置，载物台结构设置合理，工作更加可靠。

本发明还进一步设置为：所述压板中部对准盲孔位置开设有一个通孔，且通孔的直径小于载物台的大盲孔直径，而与喷油板零件的端面内壁直径相等。通过本设置，通孔位置开设合理，保证能够压住被加工的喷油板零件。

本发明还进一步设置为：所述直线移动台呈圆柱形，直线移动台上端面设置有阶梯盲孔，所述轴承孔位于阶梯盲孔正上方，与阶梯盲孔呈一体结构。通过本设置，直线移动台结构设置合理，部件安装操作方便，使得结构紧凑，工作可靠。

本发明还进一步设置为：所述螺母与直线移动台下端面通过螺栓紧固连接。通过本设置，螺母与直线移动台装拆方便，连接可靠。

本发明还进一步设置为：所述的两条导轨呈圆柱形，两条导轨水平并排设置。通过本设置，导轨结构设置合理，安装合理，工作可靠。

利用上述喷油孔激光高效精密自动加工装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、调整激光束，使得聚焦激光光斑中心位置与喷油板零件上的第一个孔中心对准，激光束开始加工第一个孔，第一个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤二、第二步进电机正转，带动喷油板零件沿着x轴负方向作直线移动，使得第二个孔的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束开始加工第二个孔，第二个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤三、第一步进电机旋转，带动喷油板零件绕其对称中心线旋转180度，使得第三个孔的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束开始加工第三个孔，第三个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤四、第二步进电机反转，带动喷油板零件沿着x轴正方向作直线移动，使得第四个孔的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束开始加工第四个孔，第四个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤五、卸下压板，取出四个孔已加工完成的喷油板零件，更换新的喷油板零件毛坯，重复上述过程实现后续喷油板零件上四个喷油孔的加工。

本发明的优点是：与现有技术相比，本发明结构设置合理，第一步进电机主轴的旋转运动带动载物台旋转定位，第二步进电机主轴驱动丝杠转动，丝杠转动驱动螺母沿着丝杠轴线作直线移动，从而带动螺母和直线移动台作直线移动，具有加工效率和自动化程度高、几乎无切削和作用力、生产成本低。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为本发明实施例的俯视示意图；

图4为本发明实施例的立体图；

图5为图1中I局部放大图，即本发明实施例加工时工件的装夹示意图；

图6为本发明实施例加工工件的结构示意图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本发明公开的一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，包括旋转定位装置和直线移动定位装置，所述的旋转定位装置包括压板1、载物台2、轴承3、第一步进电机4和第一联轴器5，所述压板1呈圆筒状，压板1由磁性材料制造而成，压板1套接在载物台2上端面，所述载物台2下端通过第一联轴器5与第一步进电机4的主轴连接固定；所述直线移动装置包括直线移动台6、丝杠7、螺母8、导轨9、支撑座10，第二联轴器11和第二步进电机12，所述直线移动台6上端中部设置有轴承安装孔61，所述轴承3与载物台2下端套接后嵌入式安装在轴承孔61内，所述螺母8与直线移动台6下端可拆卸连接，且螺母8上设置有两个圆柱孔81和一个丝杠孔82，所述每个圆柱孔81内穿设一条导轨9，丝杠7穿设在丝杠孔82内，且两条导轨9和丝杠7两端均与支撑座10固定连接，所述第二步进电机12设置在丝杠7一端，第二步进电机12的主轴通过第二连轴器11与丝杠7连接固定。

为使本发明结构更加合理，作为优选的，本实施例所述载物台2为圆柱形阶梯轴，载物台2大端外圆柱面与压板1侧壁内表面配合，载物台2大端端面中间部位设置有盲孔21。盲孔结构形状与喷油板零件的外表面相似，喷油板零件放置到盲孔中保证定位准确。在盲孔底部再加工一个小盲孔，其作用是既可以避免激光加工到载物台，又可以容纳加工熔渣等杂质。阶梯轴的中间部位外圆柱面用于安装轴承，保证载物台旋转定位。阶梯轴的小端外圆柱面上加工出键槽，用于安装联轴器的平键。

所述压板1中部对准盲孔21位置开设有一个通孔101，且通孔101的直径小于载物台2的大盲孔直径，通孔101的直径与喷油板零件的端面内壁直径相等，压板的侧壁内径与载物台的外径相等。压板由磁性材料制作，具有磁性，与载物台之间产生相互吸引的磁力，利用该磁力将喷油板零件压紧固定。

所述直线移动台6呈圆柱形，直线移动台6上端面设置有阶梯盲孔62，所述轴承孔61位于阶梯盲孔62正上方，即轴承孔61与阶梯盲孔62为一体结构，互相连通。直线移动台6上端面与下端面的夹角等于喷油板上喷油孔中心线与喷油板端面法线的夹角。上端面中间部位加工出一个阶梯盲孔用于安装轴承、步进电机和联轴器，外圆柱面中间部位加工出两个槽，其作用是方便轴承、步进电机和联轴器的安装。

所述螺母8与直线移动台6下端面通过螺栓紧固连接。所述轴承3由内圈、外圈和球构成，安装在载物台2的中间部位以便载物台2旋转定位。所述的两条导轨9呈圆柱形，两条导轨9水平并排设置。

实际应用时，第一步进电机可以带动载物台旋转定位，第一步进电机主轴外表面上加工出键槽，用于安装联轴器的平键。所述的第一联轴器由轴套和平键构成，轴套内壁加工出键槽，轴套与第一步进电机轴和载物台阶梯轴小端配合连接，平键安装在轴套键槽、步进电机轴键槽和载物台阶梯轴键槽中，第一步进电机的旋转运动通过第一联轴器的平键传递到载物台，带动载物台旋转定位。第二步进电机和第二联轴器与第一步进电机和第一联轴器相同。

利用上述装置，本发明所述的喷油孔激光高效精密自动加工方法如下：

1、调整激光束13，使得聚焦激光光斑中心位置与喷油板14零件上的第一个孔15中心对准，如图5和图6所示，激光束13开始加工第一个孔15，第一个孔15加工完成后，激光束13暂停加工。

2、第二步进电机12正转，带动喷油板14零件沿着x轴负方向作直线移动，使得第二个孔16的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束13开始加工第二个孔16，第二个孔16加工完成后，激光束13暂停加工。

3、第一步进电机4旋转，带动喷油板14零件绕其对称中心线旋转180度，使得第三个孔17的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束13开始加工第三个孔17，第三个孔17加工完成后，激光束13暂停加工。

4、第二步进电机12反转，带动喷油板14零件沿着x轴正方向作直线移动，使得第四个孔18的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束13开始加工第四个孔18，第四个孔18加工完成后，激光束13暂停加工。

5、卸下压板1，取出四个孔已加工完成的喷油板零件，更换新的喷油板零件毛坯，重复上述过程实现后续喷油板零件上四个喷油孔的加工。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，其特征在于：包括旋转定位装置和直线移动定位装置，所述的旋转定位装置包括压板、载物台、轴承、第一步进电机和第一联轴器，所述压板呈圆筒状，压板由磁性材料制造而成，压板套接在载物台上端面，所述载物台下端通过第一联轴器与第一步进电机的主轴连接固定；所述直线移动装置包括直线移动台、丝杠、螺母、导轨、支撑座，第二联轴器和第二步进电机，所述直线移动台上端中部设置有轴承孔，所述轴承与载物台下端套接后嵌入式安装在轴承孔内，所述螺母与直线移动台下端可拆卸连接，且螺母上设置有两个圆柱孔和一个丝杠孔，所述每个圆柱孔内穿设一条导轨，丝杠穿设在丝杠孔内，且两条导轨和丝杠两端均与支撑座固定连接，所述第二步进电机设置在丝杠一端，第二步进电机的主轴通过第二连轴器与丝杠连接固定。

2.根据权利要求1所述的一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，其特征在于：所述载物台为圆柱形阶梯轴，载物台大端外圆柱面与压板侧壁内表面配合，载物台大端端面中间部位设置有盲孔。

3.根据权利要求2所述的一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，其特征在于：所述压板中部对准盲孔位置开设有一个通孔，且通孔的直径小于载物台的大盲孔直径。

4.根据权利要求3所述的一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，其特征在于：所述直线移动台呈圆柱形，直线移动台上端面设置有阶梯盲孔，所述轴承孔位于阶梯盲孔正上方，与阶梯盲孔呈一体结构。

5.根据权利要求4所述的一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，其特征在于：所述螺母与直线移动台下端面通过螺栓紧固连接。

6.根据权利要求5所述的一种喷油孔激光高效精密自动加工装置，其特征在于：所述的两条导轨呈圆柱形，两条导轨水平并排设置。

7.一种利用如权利要求1至6中任一权利要求所述的喷油孔激光高效精密自动加工装置的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、调整激光束，使得聚焦激光光斑中心位置与喷油板零件上的第一个孔中心对准，激光束开始加工第一个孔，第一个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤二、第二步进电机正转，带动喷油板零件沿着x轴负方向作直线移动，使得第二个孔的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束开始加工第二个孔，第二个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤三、第一步进电机旋转，带动喷油板零件绕其对称中心线旋转180度，使得第三个孔的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束开始加工第三个孔，第三个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤四、第二步进电机反转，带动喷油板零件沿着x轴正方向作直线移动，使得第四个孔的中心位置与聚焦激光光斑中心位置对准，激光束开始加工第四个孔，第四个孔加工完成后，激光束暂停加工。

步骤五、卸下压板，取出四个孔已加工完成的喷油板零件，更换新的喷油板零件毛坯，重复上述过程实现后续喷油板零件上四个喷油孔的加工。