CN105538123A - 一种异形内孔珩磨头及其构造方法 - Google Patents

一种异形内孔珩磨头及其构造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异形内孔珩磨头及其构造方法，包括珩磨头本体、油石座、油石和顶出机构。珩磨头本体的外周面上设有多个定位槽，每个定位槽内均活动设置有一个油石座，每个油石座上均固定有至少一块油石。顶出机构设置在珩磨头本体内，并能为油石座上下两端分别提供向外移动的力。本发明中的顶出机构中的台阶顶销外端通过弹簧抵住油石座，实现了油石的径向柔性进给，保证油石在珩磨时能紧密贴合不规则变化的待加工表面。加工精度高、结构简单、制作成本低，保养维护方便。

Description

一种异形内孔珩磨头及其构造方法
技术领域
本发明涉及一种内孔磨削加工工具，特别是用于异形内孔加工的珩磨头及其构造方法。
背景技术
对于部分筒状类零部件，如工程机械用高压油缸、发动机用缸套等，其内孔长径比大且内孔工作面精度指标要求较高，有的还有平台网纹的要求，普通加工无法实现，目前常采用珩磨加工的方式。珩磨加工可以快速精确去除加工余量，保证内孔形状、位置、表面形貌等精度符合图纸和使用要求。
现有珩磨加工使用的珩磨头结构型式较为单一，珩磨工艺也比较成熟。传统的珩磨头油石座、油石等沿珩磨头轴线方向排列，顶紧装置也为刚性顶紧，只适合于珩磨标准的单一孔径圆柱形内孔，无法珩磨异形内孔，如鼓形、波浪形等内孔，但这些异形内孔类零部件在一些特殊工况用油缸、军工或机车用特殊型号发动机缸套等产品中比较常见。目前这种类型的产品内孔只能人工打磨或采用成形砂轮磨削，加工精度差，加工效率低，表面质量难以精确控制，而且此类磨削无法加工出平台网纹，批量生产难度较大，无法满足图纸要求，影响产品使用性能。经对现有技术的文献检索发现，均未涉及一种能够珩磨异形内孔的磨头结构与设计方法，例如“弹性平顶珩珩磨头”(参见中国发明专利，公开号CN102248475A)涉及一种可同时实现精珩和平顶珩磨的珩磨头，解决的仅是在普通珩磨设备上难以增加平顶珩磨的问题；“一种珩磨头”(参见中国发明专利，公开号CN103495926A)涉及一种可以调节油石直径的珩磨头，仅能实现不同直径标准内孔的珩磨；“内孔表面珩磨装置及其使用方法”(参见中国发明专利，公开号CN102049725A)涉及一种可以在普通落地镗床上珩磨重量大、内孔比较深的异形件上的内孔表面的珩磨头；“可调珩磨头”(参见中国发明专利，公开号CN101758453A)涉及一种油石条外径可调，适应不同缸径的缸套孔加工的珩磨头；“活塞环外表面平台网纹珩磨技术”(参见中国发明专利，公开号CN102039552A)涉及一种活塞环外表面平台网纹珩磨技术，设计了一种珩磨外圆的珩磨头，仅实现了珩磨圆周外圆的功能。同时，以上文献所涉及的珩磨头一次珩磨只能实现单一孔径内孔或外圆的珩磨，无法实现异形内孔的珩磨。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工精度高、结构简单、制作成本低、维护保养方便的可以珩磨异形内孔的珩磨头及其构造方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种异形内孔珩磨头，包括珩磨头本体、油石座、油石和顶出机构；所述珩磨头本体的外周面上设有多个定位槽，每个定位槽内均活动设置有一个油石座，每个油石座上均固定有至少一块油石；所述顶出机构设置在珩磨头本体内，并能为油石座上下两端分别提供向外移动的力。
所述油石座包括沿珩磨头本体轴向方向设置的定位座和垂直于珩磨头本体轴向方向设置的油石槽；所述定位座和油石槽呈十字形相互固定。
所述油石座的油石槽的上下围墙截面为圆弧形。
所述油石的磨削面的横向截面和纵向截面均为圆弧形。
所述油石的长度方向垂直于珩磨头本体轴线方向。
所述顶出机构包括涨芯体、上顶销、弹簧和下顶销；所述珩磨头本体中心设有轴向贯穿的通孔；所述涨芯体设在珩磨头本体的通孔内；所述涨芯体上设有上部锥形轴和下部锥形轴；所述珩磨头本体的每个定位槽内均设有连通通孔的上部定位孔和下部定位孔；所述上顶销和弹簧设置在上部定位孔中，上顶销的内端与涨芯体的上部锥形轴外周面相配合，弹簧设置在上顶销的外端与油石座之间；所述下顶销设置在下部定位孔中，下顶销的内端与涨芯体的下部锥形轴外侧面相配合，下顶销的外端抵住油石座。
所述上顶销为台阶顶销，其外端由外至内依次设有小径端和大径端；所述弹簧套装在小径端上，弹簧的外端抵住油石座，弹簧的内端抵住大径端的轴肩端面；所述下顶销为圆柱顶销。所述油石座内侧与弹簧相配合的位置设有装配定位孔。
一种异形内孔珩磨头，还包括弹性紧固件；所述弹性紧固件将油石座约束在珩磨头本体的定位槽内。
所述弹性紧固件包括分别环绕在所有油石座上部和下部的上紧固弹簧和下紧固弹簧。
一种异形内孔珩磨头的构造方法，包括以下步骤：
步骤①、根据待加工内孔的最大孔径，制作珩磨头本体，同时确定油石座、上顶销、弹簧、下顶销的数量。
步骤②、根据待加工内孔轴向和径向截面曲线的曲率半径，计算油石磨削面的轴向和径向的曲率半径并制作出相应结构的油石。
步骤③、根据待加工内孔轴向截面的最小曲率半径，设计每个油石座上需装配油石的数量。
步骤④、根据待加工内孔直径的变化量，设计弹簧的尺寸。
步骤⑤、根据弹簧的尺寸，设计上顶销的尺寸。
步骤⑥、根据异形内孔珩磨头结构，构造组合得到满足待加工内孔需求的异形内孔珩磨头。
所述步骤②中油石磨削面的轴向的曲率半径≤被加工异形孔轴向截面的最小的曲率半径，油石磨削面的径向的曲率半径≤被加工异形孔径向截面的曲率半径。
所述步骤③中油石的宽度设定为10～15mm，若油石磨削面的轴向的曲率半径≤1/2被加工异形孔轴向截面的最小的曲率半径，则设置两组以上油石，否则设置一组油石。
所述步骤④中弹簧的自然长度大于上顶销的小径端高度与定位座的背部上部定位孔深度之和，弹簧的伸缩量与被加工异形孔直径的变化量相匹配。
与现有技术比，本发明的珩磨头针对现有珩磨头只能加工规则内圆孔的缺陷，提出了一种可以实现异形内孔珩磨的方法。该发明具体包括以下优点：
(1)本发明中的台阶顶销的外端通过弹簧抵住油石座，实现了油石的径向柔性进给，保证油石在珩磨时能紧密贴合不规则变化的待加工表面。
(2)本发明中的油石磨削面的横向截面和纵向截面均为根据工况设计的圆弧形，保证珩磨时油石磨削面与工件待加工面接触面积最大化。
(3)本发明中的油石垂直珩磨头轴线方向固定于油石座，与平行于珩磨头轴线方向布置相比，可避免珩磨异形内孔时油石各部位受力不均而引起的油石破损，同时保证油石磨削面适应曲率半径变化的待加工表面。
(4)本发明加工精度高、结构简单、制作成本低，保养维护方便。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的轴向截面结构示意图。
图2为本发明的横向截面结构示意图。
具体实施方式
(实施例1)
如图1和图2所示，本实施例的异形内孔珩磨头，包括珩磨头本体1、油石座2、油石3和顶出机构4。
珩磨头本体1的外周面上设有多个定位槽1-1，每个定位槽1-1内均活动设置有一个油石座2，每个油石座2上均固定有至少一块油石3。油石座2包括沿珩磨头本体1轴向方向设置的定位座2-1和垂直于珩磨头本体1轴向方向设置的油石槽2-2，定位座2-1和油石槽2-2呈十字形相互固定。油石座2的油石槽2-2的上下围墙截面为圆弧形。油石3的磨削面的横向截面和纵向截面均为圆弧形。油石3的长度方向垂直于珩磨头本体1轴线方向。
顶出机构4设置在珩磨头本体1内，并能为油石座2上下两端分别提供向外移动的力。顶出机构4包括涨芯体4-1、上顶销4-2、弹簧4-3和下顶销4-4。珩磨头本体1中心设有轴向贯穿的通孔1-2。涨芯体4-1设在珩磨头本体1的通孔1-2内。涨芯体4-1上设有上部锥形轴4-1-1和下部锥形轴4-1-2。珩磨头本体1的每个定位槽1-1内均设有连通通孔1-2的上部定位孔1-3和下部定位孔1-4。上顶销4-2和弹簧4-3设置在上部定位孔1-3中，上顶销4-2的内端与涨芯体4-1的上部锥形轴4-1-1外周面相配合，弹簧4-3设置在上顶销4-2的外端与油石座2之间。下顶销4-4设置在下部定位孔1-4中，下顶销4-4的内端与涨芯体4-1的下部锥形轴4-1-2外侧面相配合，下顶销4-4的外端抵住油石座2。上顶销4-2为台阶顶销，其外端由外至内依次设有小径端4-2-1和大径端4-2-2。弹簧4-3套装在小径端4-2-1上，弹簧4-3的外端抵住油石座2，弹簧4-3的内端抵住大径端4-2-2的轴肩端面。下顶销4-4为圆柱顶销。油石座2内侧与弹簧4-3相配合的位置设有装配定位孔2-3。还包括弹性紧固件5，弹性紧固件5将油石座2约束在珩磨头本体1的定位槽1-1内。弹性紧固件5包括分别环绕在所有油石座2上部和下部的上紧固弹簧5-1和下紧固弹簧5-2。
构造本实施例的的方法，包括以下步骤：
步骤①、根据待加工内孔的最大孔径，制作珩磨头本体1，同时确定油石座2、上顶销4-2、弹簧4-3、下顶销4-4的数量。
步骤②、根据待加工内孔轴向和径向截面曲线的曲率半径，计算油石3磨削面的轴向和径向的曲率半径并制作出相应结构的油石3。油石3磨削面的轴向的曲率半径≤被加工异形孔轴向截面的最小的曲率半径，油石3磨削面的径向的曲率半径≤被加工异形孔径向截面的曲率半径。
步骤③、根据待加工内孔轴向截面的最小曲率半径，设计每个油石座2上需装配油石3的数量。油石3的宽度设定为10～15mm，若油石3磨削面的轴向的曲率半径≤1/2被加工异形孔轴向截面的最小的曲率半径，则设置两组以上油石3，否则设置一组油石3。
步骤④、根据待加工内孔直径的变化量，设计弹簧4-3的尺寸。弹簧4-3的自然长度大于上顶销4-2的小径端4-2-1高度与定位座2-1的背部上部定位孔1-3深度之和，弹簧4-3的伸缩量与被加工异形孔直径的变化量相匹配。
步骤⑤、根据弹簧4-3的尺寸，设计上顶销4-2的尺寸。
步骤⑥、根据本实施例的异形内孔珩磨头结构，构造组合得到满足待加工内孔需求的异形内孔珩磨头。
本发明的工作原理：
涨芯体4-1向下进给，涨芯体4-1的上部锥形轴4-1-1和下部锥形轴4-1-2分别挤压上顶销4-2和下顶销4-4同时向外移动，弹簧4-3被压缩，油石座2和油石3向外顶出，油石3磨削面贴合待加工内孔表面开始磨削。当被加工孔直径发生变化时，弹簧4-3压缩程度改变，油石座2倾斜一定角度，由于油石3磨削面为圆弧形，当油石座2在一定范围内倾斜时，油石3始终能与待加工内孔表面紧密贴合，实现实时柔性进给，最终达到珩磨异形内孔的效果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种异形内孔珩磨头，其特征在于：包括珩磨头本体(1)、油石座(2)、油石(3)和顶出机构(4)；所述珩磨头本体(1)的外周面上设有多个定位槽(1-1)，每个定位槽(1-1)内均活动设置有一个油石座(2)，每个油石座(2)上均固定有至少一块油石(3)；所述顶出机构(4)设置在珩磨头本体(1)内，并能为油石座(2)上下两端分别提供向外移动的力。
2.根据权利要求1所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述油石座(2)包括沿珩磨头本体(1)轴向方向设置的定位座(2-1)和垂直于珩磨头本体(1)轴向方向设置的油石槽(2-2)；所述定位座(2-1)和油石槽(2-2)呈十字形相互固定。
3.根据权利要求1所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述油石座(2)的油石槽(2-2)的上下围墙截面均为圆弧形。
4.根据权利要求1所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述油石(3)的磨削面的横向截面和纵向截面均为圆弧形。
5.根据权利要求1所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述油石(3)的长度方向垂直于珩磨头本体(1)轴线方向。
6.根据权利要求1所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述顶出机构(4)包括涨芯体(4-1)、上顶销(4-2)、弹簧(4-3)和下顶销(4-4)；所述珩磨头本体(1)中心设有轴向贯穿的通孔(1-2)；所述涨芯体(4-1)设在珩磨头本体(1)的通孔(1-2)内；所述涨芯体(4-1)上设有上部锥形轴(4-1-1)和下部锥形轴(4-1-2)；所述珩磨头本体(1)的每个定位槽(1-1)内均设有连通通孔(1-2)的上部定位孔(1-3)和下部定位孔(1-4)；所述上顶销(4-2)和弹簧(4-3)设置在上部定位孔(1-3)中，上顶销(4-2)的内端与涨芯体(4-1)的上部锥形轴(4-1-1)外周面相配合，弹簧(4-3)设置在上顶销(4-2)的外端与油石座(2)之间；所述下顶销(4-4)设置在下部定位孔(1-4)中，下顶销(4-4)的内端与涨芯体(4-1)的下部锥形轴(4-1-2)外侧面相配合，下顶销(4-4)的外端抵住油石座(2)。
7.根据权利要求6所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述上顶销(4-2)为台阶顶销，其外端由外至内依次设有小径端(4-2-1)和大径端(4-2-2)；所述弹簧(4-3)套装在小径端(4-2-1)上，弹簧(4-3)的外端抵住油石座(2)，弹簧(4-3)的内端抵住大径端(4-2-2)的轴肩端面；所述下顶销(4-4)为圆柱顶销。
8.根据权利要求6所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述油石座(2)内侧与弹簧(4-3)相配合的位置设有装配定位孔(2-3)。
9.根据权利要求6所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：还包括弹性紧固件(5)；所述弹性紧固件(5)将油石座(2)约束在珩磨头本体(1)的定位槽(1-1)内。
10.根据权利要求9所述的一种异形内孔珩磨头，其特征在于：所述弹性紧固件(5)包括分别环绕在所有油石座(2)上部和下部的上紧固弹簧(5-1)和下紧固弹簧(5-2)。
11.一种异形内孔珩磨头的构造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤①、根据待加工内孔的最大孔径，制作珩磨头本体(1)，同时确定油石座(2)、上顶销(4-2)、弹簧(4-3)、下顶销(4-4)的数量。
步骤②、根据待加工内孔轴向和径向截面曲线的曲率半径，计算油石(3)磨削面的轴向和径向的曲率半径并制作出相应结构的油石(3)。
步骤③、根据待加工内孔轴向截面的最小曲率半径，设计每个油石座(2)上需装配油石(3)的数量。
步骤④、根据待加工内孔直径的变化量，设计弹簧(4-3)的尺寸。
步骤⑤、根据弹簧(4-3)的尺寸，设计上顶销(4-2)的尺寸。
步骤⑥、根据权利要求6所述的异形内孔珩磨头结构，构造组合得到满足待加工内孔需求的异形内孔珩磨头。
12.根据权利要求11所述的一种异形内孔珩磨头的构造方法，其特征在于：所述步骤②中油石(3)磨削面的轴向的曲率半径≤被加工异形孔轴向截面的最小的曲率半径，油石(3)磨削面的径向的曲率半径≤被加工异形孔径向截面的曲率半径。
13.根据权利要求11所述的一种异形内孔珩磨头的构造方法，其特征在于：所述步骤③中油石(3)的宽度设定为10～15mm，若油石(3)磨削面的轴向的曲率半径≤1/2被加工异形孔轴向截面的最小的曲率半径，则设置两组以上油石(3)，否则设置一组油石(3)。
14.根据权利要求11所述的一种异形内孔珩磨头的构造方法，其特征在于：所述步骤④中弹簧(4-3)的自然长度大于上顶销(4-2)的小径端(4-2-1)高度与定位座(2-1)的背部上部定位孔(1-3)深度之和，弹簧(4-3)的伸缩量与被加工异形孔直径的变化量相匹配。
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