CN105150047A - 一种去除曲轴油孔毛刺的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种去除曲轴油孔毛刺的方法和装置，属于发动机零部件的机械加工领域；解决目前曲轴油孔表面去毛刺效果不佳，效率低等问题；采用耐油橡胶椭圆的磨具，能实现油孔圆角的光滑过度，减少对曲轴油孔端面的破坏；运用磨具高速可控自转和纵向磨削力并结合相贯线理论建立磨具运行的线性轨迹，采用编程方式精确控制磨具的运行轨迹并结合自动化控制，可减小操作人员的劳动强度，实现曲轴去毛刺工作状态的稳定性，保证曲轴油孔表面去毛刺的质量。

Description

一种去除曲轴油孔毛刺的方法和装置

技术领域

本发明属于发动机零部件的机械加工领域，尤其是一种去除曲轴油孔毛刺的方法和装置。

背景技术

曲轴作为发动机的核心零部件，它将活塞的往复运动转换为周期旋转运动，并对外输出做功。曲轴主要由主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、平衡重等组成，通常采用压力润滑。为保证主轴承、连杆轴承的有效润滑需求，需要在曲轴上加工润滑油孔，主要由主轴颈上的直油孔和连杆轴颈上的斜油孔组成。

采用钻头加工曲轴主轴颈和连杆颈上的油孔时，油孔表面发生塑性变形产生金属毛刺。毛刺清理不掉，一方面会引起曲轴轴瓦刮伤，严重时造成轴瓦粘浊的现象，另一方面毛刺会随着曲轴的旋转运动进入油道，损坏零部件，直接影响发动机的使用寿命。

传统的曲轴油孔端部去毛刺，首先采用锪圆角处理，然后采用人工手持安装圆锥砂轮磨头的直柄风动砂轮机，对锪完圆角的油孔口沿圆弧轨迹去毛刺，最后采用风枪清理油孔端面的毛刺，完成曲轴油孔端部去毛刺工序，曲轴去毛刺工序通常采用人工操作，去毛刺的质量受操作人员的因素影响，质量不稳定，劳动强度大。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种去除曲轴油孔毛刺的方法和装置，解决目前曲轴油孔表面去毛刺效果不佳，效率低等问题；采用耐油橡胶椭圆的磨具，能实现油孔圆角的光滑过度，减少对曲轴油孔端面的破坏；运用磨具高速可控自转和纵向磨削力并结合相贯线理论建立磨具运行的线性轨迹，采用编程方式精确控制磨具的运行轨迹并结合自动化控制，可减小操作人员的劳动强度，实现曲轴去毛刺工作状态的稳定性，保证曲轴油孔表面去毛刺的质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种去除曲轴油孔毛刺的方法，所述油孔分为主轴颈上的直油孔和连杆轴颈上的斜油孔，将磨具按下述线性轨迹运行；

(1)磨具在所述主轴颈上的直油孔上的轨迹方程为 $\left\{\begin{array}{c}X=R_{1}sin\mathrm{\θ}\\ Y=R_1\cos \mathrm{\θ}\\ Z={\[{R_2}^2-{\left(R_{1}sin\mathrm{\θ}\right)}^2\]}^{1/2}-R_2\end{array}\right.,$ 其中R₁为油孔半径，为R₂为主轴颈半径，θ为XY坐标系平面内相对于坐标原点的任意角度；

(2)磨具在所述连杆轴颈上的斜油孔上的轨迹方程为 $\{\begin{array}{c}X=R_{3}sin\mathrm{\β}\\ Y=(R_3/\sin \mathrm{\α})cos\mathrm{\β}+Z/tan\mathrm{\α}\\ Z={\[{R_4}^2-{\left(R_{3}sin\mathrm{\β}\right)}^2\]}^{1/2}-R_4\end{array},$ 其中R3为斜油孔的半径，R4为主轴颈半径，α为钻头在钻连杆轴颈表面斜油孔时与连杆轴颈表面的夹角，β为XY坐标系平面内相对于坐标原点的任意角度。

进一步，所述磨具还进行自转，所述磨具的加工为立式纵向磨削，对所述磨具施加一个平行于磨具主轴的纵向磨削分力，所述纵向磨削分力为F_j＝G±F_q，其中G为去毛刺机构的自重，F_q为去毛刺机构在移动台上移动的驱动力，±为根据F_j需要给定。

模具自转速度和毛刺的量有关，在调试之后预先设定程序，确定特定材料对应的磨具转速Vs、磨削深度ap和进给速度V_f在最适宜的数值范围内。

本发明还包括一种去除曲轴油孔毛刺的装置，包括曲轴、移动台、工作台和控制装置，所述曲轴通过夹具固定在所述工作台上，所述夹具与所述电机连接，所述工作台上设有移动槽，所述移动台下端位于所述移动槽中，所述控制装置与所述移动台连接；

所述移动台上设有磨具，所述磨具底端的磨砂轮为椭圆形，所述磨砂轮内部为耐油橡胶层、外部为磨砂层。

采用耐油橡胶椭圆磨具，磨具采用SiC材料加工而成，在磨具内部镶嵌耐油橡胶层，椭圆磨具前端直径为曲轴油孔直径的三分之一，可以保证磨具依靠自身的弹性变形，与油道孔口轨迹形成良好的接触；椭圆磨具在去毛刺过程中采用耐油橡胶椭圆磨具可以实现磨具与曲轴油孔端面的弹性接触，缓冲去毛刺接触过程中产生的作用力，实现油孔圆角的光滑过度，减少对油孔端面的破坏。

进一步，所述磨砂轮的直径为所述曲轴油孔直径的1/3。

在上述方案中，所述工作台上设有更换装置，所述更换装置用于更换所述磨砂轮。

在上述方案中，所述装置上还设有急停开关和手动方向盘，所述急停开关与所述控制装置连接，所述手动方向盘与所述电机连接。

在上述方案中，所述曲轴四周设有挡板，所述挡板固定于所述工作台上。

附图说明

图1为本发明所述去除曲轴油孔毛刺的装置结构示意图。

图2为本发明所述的磨具结构示意图。

图3为本发明所述的曲轴上主轴颈表面直油孔与连杆轴颈表面斜油孔结构示意图及计算模型图。

附图标记说明如下：

1-电机，2-夹具，3-曲轴，4-磨具，5-磨砂轮，6-移动台，7-控制装置，8-移动槽，9-工作台，10-急停开关，11-手动方向盘，12-更换装置，13-挡板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示的去除曲轴油孔毛刺的装置结构示意图，圆形夹具2将曲轴3两端固定在工作台9上，夹具2与所述电机1连接，电机1带动夹具2旋转至曲轴3油孔去毛刺端面，工作台9上设有移动槽8，所述移动台6下端位于所述移动槽8中，所述控制装置7与所述移动台6连接，通过控制装置7设置曲轴油孔中心坐标以及选定曲轴所用材料的种类，移动台6通过移动槽8水平移动至距离最近的曲轴主轴颈直油孔位置，通过移动台6上端的移动装置，将磨具4移动至磨砂轮5与主轴颈直油孔的中心位置对应处，磨具4开始高速自转达到程序设定的适宜值，如图2所示，磨具4底端的磨砂轮5为椭圆形，磨砂轮5内部为耐油橡胶层、外部为磨砂层，对于一种材料，结合磨具参数(如粗糙度)，在调试之后预先设定程序，确定特定材料对应的磨具转速V_s、磨削深度ap和进给速度V_f在最适宜的数值范围内。另外，该加工为立式纵向磨削，还应附加上一个平行于磨具主轴的纵向磨削分力F_j，其公式：F_j＝G±F_q，其中G为去毛刺机构的自重，F_q为去毛刺机构在移动台(6)上移动的驱动力，公式中的正负号根据F_j需要给定。

根据控制装置7上设置的主轴颈上的直油孔轨迹，磨砂轮5沿着相贯线理论建立的油孔端面轨迹运动，紧贴着油孔表面高速运转，纵向磨削力遵循程序预先设定值(在不影响加工表面质量前提下，在较小范围内波动)，进行去除毛刺操作。

如图3(a)为主轴颈上的直油孔计算模型图，油孔半径为R₁，主轴颈半径为R₂，油孔在主轴颈表面形成的轨迹存在两个最高点A₁和A₂，以A₁、A₂建立垂直于油孔平面的截面M，以油道中心线与截面M的交点O为坐标原点，以点A₁A₂连接的直线为Y轴，在截面M上垂直于A₁A₂直线为X轴，油道中心线为Z轴，θ为XY坐标系平面内相对于坐标原点的任意角度，建立坐标系；

油孔的参数方程可表示为：X＝R₁sinθ；

Y＝R₁cosθ

油道在截面M上的轨迹方程满足：X²+Y²＝R₁ ²；

主轴颈圆表面在坐标系中的方程可表示为：X²+(Z+R₂)²＝R₂ ²；

以油孔在主轴颈圆表面形成的轨迹，则Z的轨迹范围满足方程：

Z＝(R₂ ²-X²)^1/2-R₂＝[R₂ ²-(rsinθ)²]^1/2-R₂；

因此，直油孔在主轴颈圆表面形成的轨迹方程为： $\left\{\begin{array}{c}X=R_{1}sin\mathrm{\θ}\\ Y=R_1\cos \mathrm{\θ}\\ Z={\[{R_2}^2-{\left(R_{1}sin\mathrm{\θ}\right)}^2\]}^{1/2}-R_2\end{array}\right..$

当主轴颈直油孔去毛刺工序结束后，磨具4先上升一定高度，离开已去除毛刺的表面，并停止自转；移动台6移动至曲轴3连杆轴颈斜油孔位置，将磨具4移动至磨砂轮5与连杆轴颈斜油孔的中心位置对应处，磨具5开始高速自转；根据控制装置7上设置的连杆轴颈斜油孔轨迹，磨砂轮5沿着相贯线理论建立的油孔端面轨迹运动，紧贴着油孔表面高速运转，去除油孔毛刺。

如图3(b)为连杆轴颈斜油孔计算模型图，与主轴颈表面直油孔模型建立相同的坐标系，R₃为斜油孔的半径；R₄为主轴颈半径；α为钻头在钻连杆轴颈表面斜油孔时与连杆轴颈表面的夹角；β为XY坐标系平面内相对于坐标原点的任意角度；若以平行于XOY平面的截面截取连杆轴颈表面斜油孔的轨迹，并以斜油孔的的中心线与新截面交点为原点O’，建立的新坐标系X’Y’Z’，建立的新坐标系，新坐标系上的椭圆在XYZ坐标系中的参数方程为：

X＝R₃sinβ

Y＝(R₃/sinα)cosβ+Z/tanα；

连杆轴颈表面斜油孔轨迹上的任一点必定都同时落在斜油孔所在的圆柱体和连杆轴颈所在的圆柱体上，即坐标系XYZ，连杆轴颈表面斜油孔轨迹方程为：

$\{\begin{array}{c}X=R_{3}sin\mathrm{\β}\\ Y=(R_3/\sin \mathrm{\α})cos\mathrm{\β}+Z/tan\mathrm{\α}\\ Z={\[{R_4}^2-{\left(R_{3}sin\mathrm{\β}\right)}^2\]}^{1/2}-R_4\end{array}.$

对于一种材料，结合磨具参数(如粗糙度)，在调试之后预先设定程序，确定特定材料对应的磨具转速V_s、磨削深度ap和进给速度V_f在最适宜的数值范围内。另外，该加工为立式纵向磨削，还应附加上一个平行于磨具主轴的纵向磨削分力F_j，其公式：F_j＝G±F_q，其中G为去毛刺机构的自重，F_q为去毛刺机构在移动台(6)上移动的驱动力，公式中的正负号根据F_j需要给定。

当连杆轴颈斜油孔去毛刺工序结束后，调节控制装置7使磨具4移动至下一个主轴颈直油孔，按上述直油孔在主轴颈圆表面形成的轨迹方程运行；当主轴颈直油孔去毛刺工序结束后，调节控制装置7使磨具4移动至下一个连杆轴颈斜油孔，按上述连杆轴颈表面斜油孔轨迹方程运行，并重复此动作。

依次去除曲轴3主轴颈表面直油孔以及连杆轴颈表面斜油孔端面的毛刺后，耐油橡胶磨具4先上升一定高度，离开已去除毛刺的表面，并停止自转；电机1带动圆形夹具2将曲轴3旋转180°，至曲轴3油孔的另一面端面，重复上述动作。

去毛刺工序结束后，将曲轴3从曲轴油孔表面自动去毛刺装置拆卸下来。

所述工作台9上设有更换装置12，所述更换装置12用于更换所述磨砂轮5。

所述装置上还设有急停开关10和手动方向盘11，所述急停开关10与所述控制装置7连接，所述手动方向盘11与所述电机1连接，用于防止紧急状况出现，损坏曲轴和去除曲轴油孔毛刺的装置。

在上述方案中，所述曲轴3四周设有挡板13，所述挡板13固定于所述工作台9上，所述挡板13为透明高强度材料，防止磨具高速旋转去毛刺过程中，毛刺飞溅出来。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种去除曲轴油孔毛刺的方法，所述油孔分为主轴颈上的直油孔和连杆轴颈上的斜油孔，其特征在于，将磨具按下述线性轨迹运行；

(1)磨具在所述主轴颈上的直油孔上的轨迹方程为 $\left\{\begin{array}{c}X=R_1\sin \mathrm{\θ}\\ Y=R_1\cos \mathrm{\θ}\\ Z={[{R_2}^2-{\left(R_1\sin \mathrm{\θ}\right)}^2]}^{1/2}-R_2\end{array}\right.,$ 其中R₁为油孔半径，为R₂为主轴颈半径，θ为XY坐标系平面内相对于坐标原点的任意角度；

(2)磨具在所述连杆轴颈上的斜油孔上的轨迹方程为 $\left\{\begin{array}{c}X=R_3\sin \mathrm{\β}\\ Y=(R_3/\sin \mathrm{\α})\cos \mathrm{\β}+Z/\tan \mathrm{\α}\\ Z={[{R_4}^2-{\left(R_3\sin \mathrm{\β}\right)}^2]}^{1/2}-R_4\end{array}\right.,$

其中R₃为斜油孔的半径，R₄为主轴颈半径，α为钻头在钻连杆轴颈表面斜油孔时与连杆轴颈表面的夹角，β为XY坐标系平面内相对于坐标原点的任意角度。

2.如权利要求1所述的去除曲轴油孔毛刺的方法，其特征在于，所述磨具还进行自转，所述磨具的加工为立式纵向磨削，对所述磨具施加一个平行于磨具主轴的纵向磨削分力，所述纵向磨削分力为F_j＝G±F_q，其中G为去毛刺机构的自重，F_q为去毛刺机构在移动台上移动的驱动力，±为根据F_j需要给定。

3.一种去除曲轴油孔毛刺的装置，其特征在于，包括曲轴(3)、移动台(6)、工作台(9)和控制装置(7)，所述曲轴(3)通过夹具(2)固定在所述工作台(9)上，所述夹具(2)与所述电机(1)连接，所述工作台(9)上设有移动槽(8)，所述移动台(6)下端位于所述移动槽(8)中，所述控制装置(7)与所述移动台(6)连接；

所述移动台(6)上设有磨具(4)，所述磨具(4)底端的磨砂轮(5)为椭圆形，所述磨砂轮(5)内部为耐油橡胶层、外部为磨砂层。

4.如权利要求3所述的去除曲轴油孔毛刺的装置，其特征在于，所述磨砂轮(5)的直径为所述曲轴油孔直径的1/3。

5.如权利要求3或4所述的去除曲轴油孔毛刺的装置，其特征在于，所述工作台(9)上设有更换装置(12)，所述更换装置(12)用于更换所述磨砂轮(5)。

6.如权利要求3或4所述的去除曲轴油孔毛刺的装置，其特征在于，所述装置上还设有急停开关(10)和手动方向盘(11)，所述急停开关(10)与所述控制装置(7)连接，所述手动方向盘(11)与所述电机(1)连接。

7.如权利要求3或4所述的去除曲轴油孔毛刺的装置，其特征在于，所述曲轴(3)四周设有挡板(13)，所述挡板(13)固定于所述工作台(9)上。