CN105729116A - 一种镗磨复合加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镗磨复合加工工艺，适用于缸体孔、连杆孔、箱体孔的半精加工、精加工。采用精密机床主轴、镗刀杆、微调机构、电主轴、砂轮、外部检测仪器以及外置的补偿控制单元构成的装置。工作时，由机床主轴带动镗刀杆、微调机构、电主轴和砂轮一起做低速回转运动，同时砂轮由电主轴驱动做高速回转运动，砂轮切削点的运动由两个回转运动复合形成；利用检测仪器获取砂轮切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元根据获得的偏差量经微调机构控制微调整砂轮对和被加工工件切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求。具有工艺简单，刀具寿命，加工成本低的特点。

Description

一种镗磨复合加工工艺

技术领域

本发明涉及一种复合加工工艺，尤其是一种适用于缸体孔、连杆孔、箱体孔的半精加工、精加工的镗磨复合加工工艺，属机械加工技术领域。

背景技术

连杆大小端孔、缸体孔以及其他箱体轴承孔的加工质量将直接影响零部件的性能。半精镗、精镗作为孔加工的关键工序一直受到很多研究者的关注。传统的镗削工艺多具有低转速、低进给量的特点，特别是单齿镗刀是以点接触的加工方式进行零件的精加工，存在效率不高的特点，且孔表面留有进给的刀痕。如此一来，为了满足孔精加工的特殊表面要求，同时需要投入额外的磨床和设备，增加了加工流程和操作强度，从而降低了生产效率。因此，需要研究新的加工工艺来满足孔加工要求。

另外，刀具磨损、热变形等原因造成被加工孔的孔径误差，也影响了孔的加工精度。由于孔加工过程中镗刀尖会随着切削的增加而逐渐磨损，别是单刃镗刀尖磨损会更快，将会造成加工效率和质量的下降，在磨损到一定程度之后就要进行更换。机床在长时间加工过程也会有精度衰退的影响，在一定程度后会要求精度恢复。用户工厂往往要管理上百台的机床，需要大量的工人时刻检查机床的加工状态和刀具的磨损情况，根据经验判断更换刀具的时间。刀具寿命的管理具有很大的不确定性，加工参数、工件材料、工件形状、润滑情况等一系列原因都会对刀具磨损产生影响，因此很难利用经验去预测刀具的使用寿命。目前所采用的应激性维修方式既费时又昂贵，在大大增加企业运营成本的同时，也严重影响了企业的生产效率。

针对精密镗杆的加工过程，现在企业车间所用的镗刀一般较难实现微量移动的精确补偿。针对刀尖磨损进行自动补偿，由于机构间隙和弹性变形的影响，不仅费时费力且属于定性判断，不易实现。曾经出现了螺纹差动微调结构进行镗刀的微量调节，但由于调节结构占据空间影响小孔的镗削，调节结构本省变形损坏的缺点，影响了进一步的推广。专利号CN88200208U提出了一种高精度偏心微调镗刀装置，因为有易损件和齿环影响调节精度及保持性。专利公告号CN2357865Y公开了一种通过螺杆及镶块定位微调节镗刀杆的机构，虽然结构简单适合手动微调，但是镶块与镶块槽结合面较难加工实现，刀杆旋转调节过程与定位销位置干涉影响了镗刀微调的效果，也不能实现刀具自动补偿的功能。专利号CN201110196379.4公开了一种采用“L形直角杠杆+四连杆组合柔性铰链机构”，可实现刀具径向位移，但其结构较为复杂，控制效率也不高。专利号CN201410334409.7公开了一种螺旋铣孔装置，它包括自转系统、公转系统、进给系统和偏心量调节系统，也存在就结构复杂，径向进刀不能精确控制的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、生产效率高、自动实现镗磨砂轮的微量进给、补偿精度高，使用寿命长的镗磨复合加工工艺。

技术方案：本发明的镗磨复合加工工艺，包括采用复合加工装置，所述复合加工装置包括机床主轴、镗刀杆、微调机构、电主轴、砂轮、外部检测仪器以及外置的补偿控制单元；镗磨复合加工工艺包括如下步骤：

a.将所述的镗刀杆安装于机床主轴内，微调机构经镗杆安装环座安装于镗刀杆上，电主轴连接于微调机构上，砂轮连接于电主轴的前端；

b.进行镗磨加工中心机床精度检测，检测电主轴中心线相对于机床主轴中心线的偏差值及偏差方向，根据检查结果，建立调整量模型，进行偏心微调，使两者中心线对齐；

c.将被加工孔上道工序的加工余量作为砂轮径向位置总的调整量，通过微调机构改变电主轴的轴线和机床主轴轴线的距离，进而调整砂轮切削点的径向位置实现径向进给，然后进行镗磨复合加工；

d.工作时，由机床主轴带动镗刀杆、微调机构、电主轴和砂轮一起做低速回转运动，同时砂轮由电主轴驱动做高速回转运动，砂轮切削点的运动由两个回转运动复合形成；

e.利用检测仪器获取砂轮切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元根据获得的偏差量经微调机构控制微调整砂轮对和被加工工件切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求；

具体工况：砂轮在加工孔后退出，由检测仪器对工件进行测量，测量信息由补偿控制单元采集，经补偿控制单元与设定值进行偏差量比对，若有偏差，即发出相应的指令给微调机构，通过微调机构调整砂轮的径向位移，从而完成了传统镗孔过程中刀具径向位置的自动补偿；其调整量即为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O₁与砂轮或电主轴的轴心坐标O₃之间的距离，关系式如下：

式中：e₁为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O₁与微调机构或蜗轮的轴心坐标O₂的距离，e₂为微调机构或蜗轮的轴心坐标O₂与砂轮或电主轴的轴心坐标O₃的距离。

所述采用的微调机构包括微驱动电机、与微驱动电机输出轴相连的蜗杆、与蜗杆相配合的蜗轮，蜗轮内设有镗杆安装环座。

所述机床主轴的回转速度n<100rpm，所述电主轴的磨削转速n>8000rpm。

有益效果：本发明解决了原来镗削加工的低转速、低进给工艺的不足，采用砂轮高速磨削代替镗削加工，通过微调机构能实现砂轮径向微进给以及砂轮切削点径向位置偏差和孔圆柱度的误差补偿。以磨代镗加工，采用砂轮高速磨削，相比传统镗削加工具有更小的切削量，使用更小的电主轴功率，并具有更高的刀具寿命和加工效率，从总体上降低了孔的精加工成本。改变了以往镗削加工低转速、低进给的特点，将传统单齿镗削刀具以点接触加工方式改变为面与面接触式的高速磨削加工工艺。适用于高速加工的砂轮，采用高压内冷设计，冷却液可通过刀杆内部喷射到切削区域上充分冷却，其优势在于改善切削区温度、更好的排屑性能，提高切削参数，降低砂轮磨损，进一步改善工件的表面粗糙度。在本技术领域内具有广泛的实用性。其主要优点有：

(1)将以往镗削加工低转速、低进给改变为高速磨削加工，从而提高了加工工艺；

(2)采用高速磨削，具有更小的切削量，使用更小的电主轴功率，并具有更高的刀具寿命和加工效率，从总体上降低了孔的精加工成本；

(3)通过微调机构改变电主轴的轴线和机床主轴轴线的距离，可以自动补偿砂轮的径向位置。

(4)工艺简单、操作方便、生产效率高、自动实现镗磨砂轮的微量进给、补偿精度高，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的镗磨复合加工工艺所用装置结构示意图。

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

图3是砂轮切削点自动补偿原理图。

图4是本发明的镗磨复合加工工艺原理示意图。

图1中：1-机床主轴，2-镗刀杆，3-微调机构，4-电主轴，5-砂轮，6-被加工工件。

图2中：31-微驱动电机，32-蜗杆，33-蜗轮，34-镗杆安装环座。

图3中：O₁是镗刀杆或机床主轴的轴心坐标，O₂是微调机构或蜗轮的轴心坐标，O₃是砂轮或电主轴的轴心坐标，e₁是O₁与O₂的距离，e₂是O₂与O₃的距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的镗磨复合加工工艺，包括采用复合加工装置，所述复合加工装置包括机床主轴1、镗刀杆2、微调机构3、电主轴4、砂轮5、检测仪器7以及外置的补偿控制单元8；所棕的镗刀杆2安装于机床主轴1内，微调机构3安装于镗刀杆2上，电主轴4连接于微调机构3上，砂轮5连接于电主轴4上，所有部件随机床主轴1回转运动。所采用的微调机构3包括微驱动电机31、与微驱动电机31输出轴相连的蜗杆32、与蜗杆32相配合的蜗轮33，蜗轮33内设有镗杆安装环座34。所述微调机构可以有不同的形式，主要通过主动改变切削点和主轴线的距离，达到砂轮切削点径向微调的目的，实现传统镗孔过程中刀具的自动补偿。

镗磨复合加工工艺包括如下步骤：

a.将所述的镗刀杆2安装于机床主轴1内，微调机构3经镗杆安装环座34安装于镗刀杆2上，电主轴4连接于微调机构3上，砂轮5连接于电主轴4的前端；

b.进行镗磨加工中心机床精度检测，检测电主轴4中心线相对于机床主轴1中心线的偏差值及偏差方向，根据检查结果，建立调整量模型，进行偏心微调，使两者中心线对齐；

c.将被加工孔上道工序的加工余量作为砂轮径向位置总的调整量，通过微调机构3改变电主轴4的轴线和机床主轴1轴线的距离，进而调整砂轮5对被加工工件6切削点的径向位置实现径向进给，然后进行镗磨复合加工；

d.工作时，由机床主轴1带动镗刀杆2、微调机构3、电主轴4和砂轮5一起做低速回转运动，同时砂轮5由电主轴4驱动做高速回转运动，砂轮5切削点的运动由两个回转运动复合形成；工作时采用高转速、小进给量及小切深量的加工参数，较优参数组合为：机床主轴1做低速回转运动，机床主轴1的回转速度n<100rpm；电主轴4带动砂轮5做高速磨削加工，电主轴4的磨削转速n>10000rpm；

e.利用检测仪器7获取砂轮5切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元8根据获得的偏差量经微调机构3控制微调整砂轮5对被加工工件6切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求；即砂轮5切削点与理想位置的偏差可借助外部仪器7获得的测量结果。

具体工况：砂轮5在加工孔后退出，由检测仪器7对工件进行测量，测量信息由补偿控制单元8采集，经补偿控制单元8与设定值进行偏差量比对，若有偏差，即发出相应的指令给微调机构3，通过微调机构3调整砂轮5的径向位移，即通过蜗杆32驱动蜗轮33机构主动改变电主轴4的轴线和机床主轴1的轴线距离，进而实现微调砂轮5切削点的径向位置；利用跟踪的刀尖点位置误差通过电机31驱动蜗杆蜗轮旋转，从而完成了传统镗孔过程中刀具径向位置的自动补偿；其调整量即为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O₁与砂轮或电主轴的轴心坐标O₃之间的距离，关系式如下：

式中：e₁为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O₁与微调机构或蜗轮的轴心坐标O₂的距离，e₂为微调机构或蜗轮的轴心坐标O₂与砂轮或电主轴的轴心坐标O₃的距离。

由于砂轮5切削点的径向位置与理想位置存在偏差，会造成被加工孔的孔径尺寸偏差，根据这个孔径尺寸偏差量微调整砂轮5切削点的径向位置，即实现自动补偿切削点的径向位置，以便达到孔的精加工尺寸要求。

此工艺在砂轮5加工过程中将传统单齿镗削刀具以点接触加工方式改变为面与面接触式的高速磨削加工。

此工艺的微调机构可以有不同的形式，主要通过主动改变切削点和主轴线的距离，达到砂轮切削点径向微调的目的，完成了镗孔过程中刀具的自动补偿。如图2所示的微调机构3，主要由微驱动电机31，蜗杆32，蜗轮33和镗杆安装环座34组成。利用偏心调整方法，通过蜗杆32驱动蜗轮33机构主动改变电主轴4轴线和机床主轴1轴线的距离，进而微调砂轮5切削点的径向位置，实现自动补偿砂轮的径向位置。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种镗磨复合加工工艺，包括采用复合加工装置，所述复合加工装置包括机床主轴(1)、镗刀杆(2)、微调机构(3)、电主轴(4)、砂轮(5)、外部检测仪器(7)以及外置的补偿控制单元(8)；其特征在于，镗磨复合加工工艺包括如下步骤：

a.将所述的镗刀杆(2)安装于机床主轴(1)内，微调机构(3)经镗杆安装环座(34)安装于镗刀杆(2)上，电主轴(4)连接于微调机构(3)上，砂轮(5)连接于电主轴(4)的前端；

b.进行镗磨加工中心机床精度检测，检测电主轴(4)中心线相对于机床主轴(1)中心线的偏差值及偏差方向，根据检查结果，建立调整量模型，进行偏心微调，使两者中心线对齐；

c.将被加工孔上道工序的加工余量作为砂轮径向位置总的调整量，通过微调机构(3)改变电主轴(4)的轴线和机床主轴(1)轴线的距离，进而调整砂轮(5)切削点的径向位置实现径向进给，然后进行镗磨复合加工；

d.工作时，由机床主轴(1)带动镗刀杆(2)、微调机构(3)、电主轴(4)和砂轮(5)一起做低速回转运动，同时砂轮(5)由电主轴(4)驱动做高速回转运动，砂轮(5)切削点的运动由两个回转运动复合形成；

e.利用检测仪器(7)获取砂轮(5)切削点与理想位置的偏差量，并通过补偿控制单元(8)根据获得的偏差量经微调机构(3)控制微调整砂轮(5)对被加工工件(6)切削点的径向位置，从而实现自动补偿切削点的径向位置，达到孔的精加工尺寸要求；

具体工况：砂轮(5)在加工孔后退出，由检测仪器(7)对工件进行测量，测量信息由补偿控制单元(8)采集，经补偿控制单元(8)与设定值进行偏差量比对，若有偏差，即发出相应的指令给微调机构(3)，通过微调机构(3)调整砂轮(5)的径向位移，从而完成了传统镗孔过程中刀具径向位置的自动补偿；其调整量即为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O₁与砂轮或电主轴的轴心坐标O₃之间的距离，关系式如下：

式中：e₁为镗刀杆或机床主轴的轴心坐标O₁与微调机构或蜗轮的轴心坐标O₂的距离，e₂为微调机构或蜗轮的轴心坐标O₂与砂轮或电主轴的轴心坐标O₃的距离。

2.根据权利1所述一种镗磨复合加工工艺，其特征在于：所述采用的微调机构(3)包括微驱动电机(31)、与微驱动电机(31)输出轴相连的蜗杆(32)、与蜗杆(32)相配合的蜗轮(33)，蜗轮(33)内设有镗杆安装环座(34)。

3.根据权利1所述一种镗磨复合加工工艺，其特征在于：所述机床主轴(1)的回转速度n<100rpm，所述电主轴(4)的磨削转速n>8000rpm。