CN107262851B

CN107262851B - 超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置及方法

Info

Publication number: CN107262851B
Application number: CN201710551516.9A
Authority: CN
Inventors: 尹纪财; 葛媛媛; 戴汉政; 赵仁高
Original assignee: Taishan University
Current assignee: Taishan University
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2037-07-07
Also published as: CN107262851A

Abstract

本发明公开了一种超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置及方法，它解决了现有技术中曲轴凸轮轴加工效率低的问题，具有增加曲轴或凸轮轴的刚度、提高加工效率的有益效果，其技术方案为：包括卡盘、尾座、砂轮、阴极、电解液喷头和超声波振动装置，所述卡盘和尾座间隔设定距离以对待加工曲轴或凸轮轴进行夹持；所述砂轮和阴极分别设置于待加工曲轴或凸轮轴水平径向两侧，所述砂轮与超声波振动装置连接，所述阴极设有阴极滚子，阴极滚子贴合设置于待加工曲轴或凸轮轴表面，使阴极成为待加工曲轴或凸轮轴的辅助支撑；所述电解液喷头设置于阴极一侧，电解液喷头向待加工曲轴或凸轮轴喷射电解液。

Description

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置及方法

技术领域

本发明涉及曲轴、凸轮轴电解磨削加工技术领域，特别是涉及一种超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置及方法。

背景技术

曲轴、凸轮轴是发动机最重要的关键零部件之一，其加工精度决定着发动机的寿命及安全性能。曲轴具有曲拐多、长径比大以及刚性差的缺点，其在重力、回转离心力、磨削力以及夹具装夹力等作用下易发生复杂的弹性变形，严重影响曲轴精密加工的精度。

传统曲轴、凸轮轴的加工方法采用切点追踪随动磨削法，为提高加工精度，须降低加工效率，即为了减小曲轴弹性变形，须降低主轴转速，减小磨削用量，该方法只适合小批量的磨削加工，因工作效率低不适合大批量的磨削加工。

因此，需要提供一种超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置及方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，该装置基于中极法电解磨削原理，使电解磨削阴极成为曲轴的辅助支撑，有效减小了曲轴的弹性变形，配合超声作用，能够实现曲轴或凸轮轴的高效高精密加工。

进一步的，本发明采用下述技术方案：

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，包括卡盘、尾座、砂轮、阴极、电解液喷头和超声波振动装置，所述卡盘和尾座间隔设定距离以对待加工曲轴或凸轮轴进行夹持；所述砂轮和阴极分别设置于待加工曲轴或凸轮轴水平径向两侧，所述砂轮与超声波振动装置连接，所述阴极设有阴极滚子，阴极滚子贴合设置于待加工曲轴或凸轮轴表面，使阴极成为待加工曲轴或凸轮轴的辅助支撑；所述电解液喷头设置于阴极一侧，电解液喷头向待加工曲轴或凸轮轴喷射电解液。

本发明的加工装置基于中极法电解磨削原理，阴极和砂轮配合设置于曲轴或凸轮轴水平径向两侧，使得阴极成为待加工曲轴或凸轮轴的辅助支撑，也就有效增加了曲轴或凸轮轴的刚度，减小曲轴或凸轮轴在加工过程中产生的弹性变形；通过超声振动装置的设置，在曲轴的轴向施加超声运动，以便降低平均磨削力与磨削热，进一步减小曲轴弹性变形与曲轴磨削烧伤，增加加工精度与加工效率。

进一步的，所述超声波振动装置包括与砂轮连接的变幅杆，所述变幅杆与超声波换能器连接，超声波换能器分别与超声波发生器、电机相连。

进一步的，所述卡盘外侧设置电刷，电刷与阴极电连接。避免装夹在曲轴上时由于加工过程中的不稳定因素而产生电火花，损坏曲轴表面。

进一步的，所述电刷外侧设置绝缘板，电刷和电源正极连接，阴极和电源负极连接。

进一步的，所述尾座上带有绝缘套，尾座端部带有顶尖顶紧待加工曲轴或凸轮轴。

进一步的，所述阴极滚子与阴极由销轴连接。

进一步的，复合加工装置还包括控制单元和电解液箱，所述电解液箱与电解液喷头连接，所述控制单元与超声波振动装置、砂轮、带动卡盘旋转的主轴单元、电解磨削的阴极分别单独连接。砂轮与曲轴的切点追踪随动运动、阴极与曲轴的切点追踪随动运动由控制单元控制，调节电解电流、电解电压、超声频率、超声振幅、曲轴转速等因素，实现曲轴或凸轮轴的高精度与高生产率的超声振动辅助切点追踪随动电解磨削。

本发明复合加工装置中阴极滚子材料采用耐磨耐腐蚀耐高温的六方氮化硼。

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置的加工方法，包括以下步骤：

1)将待加工曲轴或凸轮轴安装于卡盘和尾座之间；

2)将砂轮与待加工曲轴或凸轮轴的随动关系、待加工曲轴或凸轮轴与阴极的随动关系导入控制单元；

3)接通电源，控制单元根据步骤2)的随动关系调节超声波振动装置的振动频率和振幅、主轴单元的转速、砂轮转速，同时控制单元调节电解液箱的电解电流、电解电压、电解液流量，实现曲轴的高精度加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过阴极及其阴极滚子的设置，可使阴极成为曲轴或凸轮轴的辅助支撑，增加了曲轴或凸轮轴的刚度，减小了曲轴或凸轮轴加工过程中的弹性变形。

2)本发明中通过超声振动的设置，有效降低平均磨削力，进一步减小曲轴弹性变形，增加加工精度与加工效率。

3)本发明中通过电解磨削电解液的使用，可有效降低磨削热，配合超声振动的设置，进一步降低了磨削热，减少了曲轴磨削烧伤，增加加工精度。

4)本发明中整个装置结构简单，操作方便，可对电解磨削电压、电解磨削电流配合调节超声振动频率、振幅等进行有效的控制，能够实现曲轴或凸轮轴的高效高精密加工。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明复合加工装置的结构示意图；

图2为本发明的加工部分结构简图；

图中，1.曲轴，2.砂轮，3.超声波发生器，4.超声波换能器，5.变幅杆，6.电机，7.卡盘，8.电刷，9.绝缘板，10.导线，11.低压直流电源，12.阴极，13.电解液箱，14.耐腐蚀塑料管，15.电解液喷头，16.顶尖，17.绝缘套，18.尾座，19.曲轴主轴颈，20.滚子，21.曲轴连杆轴颈。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义是相符的。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置及方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-2所示，提供了一种超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，包括：曲轴1、砂轮2、超声波发生器3、超声波换能器4、变幅杆5、电机6、卡盘7、电刷8、绝缘板9、导线10、低压直流电源11、阴极12、电解液箱13、耐腐蚀塑料管14、电解液喷头15、顶尖16、绝缘套17、尾座18。砂轮2与曲轴1的切点追踪随动运动、阴极12与曲轴1的切点追踪随动运动由控制单元控制。

卡盘7和尾座18间隔设定距离以对待加工曲轴1或凸轮轴进行夹持，通过卡盘7带动曲轴1转动。尾座18上带有绝缘套17，尾座18端部带有顶尖16顶紧待加工曲轴或凸轮轴。

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，基于中极法电解磨削原理，阴极12与砂轮2分别设置于曲轴1水平径向两侧，结合阴极滚子20贴合在曲轴1表面，使阴极12成为曲轴1的辅助支撑，从而增加了曲轴1的刚度，减小了曲轴1加工过程中的弹性变形。阴极滚子20的设置是为了保证电解间隙且形成阴极系统对曲轴的辅助支撑。

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，砂轮2与超声波振动装置连接，超声波振动装置包括与砂轮2连接的变幅杆5，变幅杆5与超声波换能器4连接，超声波换能器4分别与超声波发生器3、电机6相连。在曲轴1的轴向施加超声运动，以便降低平均磨削力与磨削热，进一步减小曲轴1弹性变形与曲轴1磨削烧伤，增加加工精度与加工效率。

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，电刷8安装在卡盘7上，避免装夹在曲轴1上时由于加工过程中的不稳定因素而产生电火花，损坏曲轴1表面。电刷8外侧设置绝缘板9，电刷8通过导线10和低压直流电源11正极连接，阴极12和低压直流电源11负极连接。

电解液喷头15设于阴极12的上侧，电解液喷头15向待加工曲轴1与阴极12间隙中喷射电解液。电解液喷头15通过耐腐蚀塑料管14与电解液箱13连接。

为了避免对曲轴1或凸轮轴旋转的影响，如图2所示，阴极12的底部设有阴极滚子20，阴极滚子20与待加工曲轴或凸轮轴表面贴合，主要是与曲轴连杆轴颈21贴合，曲轴主轴颈19与卡盘7固定，阴极滚子20采用销轴配合。设置阴极滚子可以保证电解间隙且形成阴极系统对曲轴1的辅助支撑。

超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置的阴极滚子20材料采用耐磨耐腐蚀耐高温的六方氮化硼。

上述的装置还包括控制单元，控制单元为PLC控制器或者其他可编程控制器。控制单元通过砂轮2与曲轴1的随动关系，阴极12与曲轴1的随动关系，实现砂轮2与曲轴1的随动运动，阴极12与曲轴1的随动运动，再通过调节电解磨削电流、电解磨削电压、超声频率、超声振幅、曲轴转速等因素，实现曲轴1或凸轮轴的高精度与高生产率的超声振动辅助切点追踪随动电解磨削。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种曲轴或凸轮轴加工方法，该方法采用如上所述的超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置。

上述加工方法的步骤如下：

1)将曲轴或凸轮轴安装与卡盘上；

2)将砂轮与曲轴或凸轮轴的随动关系、曲轴或凸轮轴与阴极的随动关系导入控制单元。

3)将电解液喷头通过耐腐蚀塑料管连接到电解液箱上，电刷通过导线连接直流电源正极，阴极通过导线连接直流电源负极，接通带动卡盘旋转的机床主轴单元、超声波振动装置与电解液箱的电源，控制单元根据如上的随动关系调节超声波振动频率、超声波振动振幅、曲轴或凸轮轴转速、砂轮转速、电解电流、电解电压、电解液流量等参数实现曲轴或凸轮轴的高精度加工。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.超声振动辅助切点追踪随动电解磨削复合加工装置，其特征是，包括控制单元、电解液箱、卡盘、尾座、砂轮、阴极、电解液喷头和超声波振动装置，所述卡盘和尾座间隔设定距离以对待加工曲轴或凸轮轴进行夹持；所述砂轮和阴极分别设置于待加工曲轴或凸轮轴水平径向两侧，所述砂轮与超声波振动装置连接，所述阴极设有阴极滚子，阴极滚子贴合设置于待加工曲轴或凸轮轴表面，使阴极成为待加工曲轴或凸轮轴的辅助支撑；通过超声波振动装置的设置，在曲轴或凸轮轴的轴向施加超声运动，以便降低平均磨削力与磨削热；

所述电解液喷头设置于阴极一侧，电解液喷头向待加工曲轴或凸轮轴与阴极间隙中喷射电解液；尾座端部带有顶尖顶紧待加工曲轴或凸轮轴；

所述超声波振动装置包括与砂轮连接的变幅杆，所述变幅杆与超声波换能器连接，超声波换能器分别与超声波发生器、电机相连；

所述阴极滚子与阴极由销轴连接；

所述卡盘外侧设置电刷；电刷与阳极电连接；

所述电解液箱与电解液喷头连接；

所述控制单元与超声波振动装置、砂轮、带动卡盘旋转的主轴单元、电解磨削的阴极分别单独连接；砂轮与曲轴或凸轮轴的切点追踪随动运动、阴极与曲轴或凸轮轴的切点追踪随动运动由控制单元控制，调节电解电流、电解电压、超声频率、超声振幅、曲轴转速因素，实现曲轴或凸轮轴的高精度与高生产率的超声振动辅助切点追踪随动电解磨削。

2.如权利要求1所述的加工装置，其特征是，所述电刷外侧设置绝缘板，电刷和电源正极连接，阴极和电源负极连接。

3.如权利要求1所述的加工装置，其特征是，所述尾座上带有绝缘套。

4.如权利要求1所述的加工装置，其特征是，所述阴极滚子采用六方氮化硼制成。

5.如权利要求1-4任一项所述的加工装置的加工方法，其特征是，包括以下步骤：

1)将待加工曲轴或凸轮轴安装于卡盘和尾座之间；

3)接通电源，控制单元根据步骤2)的随动关系调节超声波振动装置的振动频率和振幅、主轴单元的转速、砂轮转速，同时控制单元调节电解液箱的电解电流、电解电压、电解液流量，实现曲轴或凸轮轴的高精度加工。