CN108723994A - 一种用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其包括：工作台基座、架板和定位单元，架板竖直安装在工作台基座上，定位单元垂直安装在架板上，定位单元上设有定位块，工作时，定位块端面压紧柱塞顶部端面，起轴向定位作用。本发明选用材料耐磨性强，安装简单，制造难度低，选用轴承作为中间连接件，满足了产品一致性要求；将影响柱塞螺旋槽加工散差大的不利因素去除，达到预定加工值，缩小柱塞螺旋槽加工散差，使柱塞偶件螺旋槽相关几何精度提高，良品率达到99％，低成本、高质量实现喷油泵总成喷油的一致性。

Description

一种用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件。

背景技术

柱塞偶件是柴油机燃油喷射系统最重要的精密偶件之一，由柱塞和柱塞套组成。其工作原理为柱塞在柱塞套内的往复运动，完成喷油泵吸油、泵油的过程；基本作用是：加压燃油、控制供油时间和供油计量。其技术指标和精度指标要求高，产品机构特殊，产品质量对燃油喷射系统的供油均匀性、许用泵端喷射压力、系统的可靠性以及柴油机燃油工作过程和性能指标有很大的影响，直接影响到柴油机的正常工作和可靠性。其中柱塞头部有控制喷油量的斜向直槽或螺旋槽等结构的供油边棱，由中心孔或纵向直槽实现燃油在柱塞顶部空间流动。喷油泵工作时，柱塞在齿杆拉动下在柱塞套内转动，由柱塞螺旋槽供油边棱(以下简称螺旋槽)控制柱塞套上的进油孔的关闭，进而决定喷油量和喷油终了的时间。因此柱塞螺旋槽的加工质量对柴油机燃油喷射系统工作过程和性能指标有很大的影响。

目前，国内螺旋槽加工方案为两种：第一种是螺旋槽铣削加工(专用立式铣床)—淬火——螺旋槽粗磨(柱塞螺旋槽磨床)——螺旋槽精磨(高精度平面磨床)；第二种是螺旋槽车削加工(车削中心)—淬火——螺旋槽粗磨(柱塞螺旋槽专用磨床)——螺旋槽精磨(高精度数控坐标磨床)。根据柱塞螺旋槽结构特性及参数要求(图1)，我厂采用高精度坐标磨床加工柱塞螺旋槽。该机床磨削柱塞螺旋槽采用插磨法(图2)。这种方式在磨轮快速上下移动的同时，沿着被磨柱塞螺旋槽进行磨削。它的特点是可以采用较大的切削深度而产生的热量较小，同时其对砂轮的跳动要求比较低。但该机床对磨削柱塞螺旋槽定位的精准性要求极高，工件必须牢固地夹紧在夹座上并保持最小悬垂量，才能保证加工精度。

柱塞螺旋槽表面粗糙度要求Ra0.8，螺旋槽供油边棱测量点距柱塞顶部端面要求尺寸8.37±0.045，螺旋槽槽宽3±0.1。

该机床加工柱塞螺旋槽时夹持定位系统是自身配置。图2所示，夹持元件是V型槽及弹性夹头，定位元件是定位板。机床定位系统由件号01定位板、件号02六角法兰面螺栓M8、件号03六角薄螺母M8及件号04工作台基座组成。件号02六角法兰面螺栓M8、件号03六角薄螺母M8将件号01定位板固定在件号04工作台基座上，定位板起定位压紧作用。

此种定位元件有如下缺陷：

1.耐磨性差，实用性低：该定位板采用45﹟钢制造，调质处理，硬度28～32HRC，平面度0.01，表面粗糙度Ra0.4μm。当砂轮磨削柱塞螺旋槽边棱时，机床夹具V型槽带动柱塞围绕中心旋转，柱塞同时受轴向分向力及径向分向力作用。定位板与柱塞顶部端面紧密贴合，径向分向力传递到定位板压紧面，一方面定位板压紧面某个方向与V型槽压紧力方向夹角越大，则径向作用力越大，此处磨损越快；另一方面柱塞直径不同，受径向分向力不同，定位板压紧面产生磨损状况不同。两方面因素都会导致定位板压紧面与柱塞顶部出现间隙。间隙的出现一方面导致磨床坐标磨头相对柱塞螺旋槽边棱的预加工距离不固定，工件悬垂量不一致，尺寸8.37±0.045超差严重，废品率达60％；另一方面导致轴向分向力不均匀，切削去除量不一致，表面粗糙度实测Ra1.25，无法满足零件技术要求。

2.定位繁琐，生产效率低：生产过程中，操作者每次装夹柱塞，要将件号02六角法兰面螺栓、件号03六角薄螺母松开，夹紧柱塞法兰扁和外圆后，在保证夹角α及距离H的要求下锁紧定位块。操作方式繁琐。熟练操作工每天8小时满负荷工作，只能完成35件柱塞的加工。此种定位方式费时费力，生产效率低，

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种低成本、高质量、精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，实现快速加工不同结构柱塞，精准定位柱塞螺旋槽供油边棱，提高柱塞偶件螺旋槽相关几何精度，低成本、高质量实现喷油泵总成喷油的一致性要求，更好满足日益严格的排放法规。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其包括：工作台基座7、架板6和定位单元，架板6竖直安装在工作台基座7上，定位单元垂直安装在架板6上，定位单元上设有定位块1，工作时，定位块1端面压紧柱塞顶部端面，起轴向定位作用。

其中，所述定位单元包括：定位块1、保护套2、轴承3、轴承外套4；轴承外套4一端安装在架板6上，另一端开有第一台阶孔，第一台阶孔由内至外包括孔径依次增大的内孔、中孔和外孔，轴承3安装在中孔内，保护套2左端部嵌入外孔内且保护套2左端面与轴承3右端面相接触，保护套2内部开设第二台阶孔，定位块1穿过保护套2和轴承3，定位块1的两个外圈台阶面依次卡挡在轴承3右端面和保护套2的第二台阶孔处。

其中，所述中孔对应的轴承外套4上设置有多个螺纹孔，螺纹孔内拧入定位螺钉10，通过定位螺钉10旋出长度调整轴承中心与柱塞轴向中心的重合性。

其中，所述轴承3外圈与轴承外套4中孔间隙配合；轴承4外孔与保护套2外圆过盈配合，保护套2内端面压紧轴承外圈端面，限制轴承外圈轴向窜动；定位块1外圆与轴承3内圈过盈配合，定位块1中心与轴承3内圈中心重合。

其中，所述工作台基座7与架板6用螺母8及第一螺栓5连接锁紧；架板6与定位单元用第二螺栓9连接锁紧。

其中，所述定位块1材料为低合金耐磨钢WEL-TEN AR360C；硬度HB≥235～401。

其中，所述保护套2加工精度参数：材料为GCr15；加工机床选用高精度车削中心、高精度数控外圆磨床、高精度数控内圆磨床。

其中，所述轴承外套4材料为GCr15。

其中，所述架板6材料为GCr15。

其中，所述定位块端面与轴承外套端面平行度0.005。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，选用材料耐磨性强，安装简单，制造难度低，选用轴承作为中间连接件，满足了产品一致性要求；将影响柱塞螺旋槽加工散差大的不利因素去除，达到预定加工值，缩小柱塞螺旋槽加工散差，使柱塞偶件螺旋槽相关几何精度提高，良品率达到99％，低成本、高质量实现喷油泵总成喷油的一致性。

附图说明

图1为柱塞螺旋槽简图。其中，II图为I图的左视图，III图为I图中A面展开的放大图。

图2为坐标磨加工零件装夹定位简图。其中，II图为I图的左视图。

图3为本发明实施例定位元件装配简图。其中，II图为I图的左视图。

图4为本发明实施例定位单元装配简图。

图5为本发明实施例定位块简图。

图6为本发明实施例保护套简图。

图7为本发明实施例轴承外套简图。

图8为本发明实施例架板简图。其中，II图为I图的俯视图。

图中，1-定位块；2-保护套；3-轴承；4-轴承外套；5-第一螺栓；6-架板；7-工作台基座；8-螺母；9-第二螺栓；10-定位螺钉。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

参照图3至图8所示，本实施例定位元件为装配组合结构，包括：工作台基座7、架板6和定位单元，架板6竖直安装在工作台基座7上，定位单元垂直安装在架板6上，定位单元上设有定位块1，工作时，定位块1端面压紧柱塞顶部端面，起轴向定位作用。

其中，工作台基座7与架板6用螺母8及第一螺栓5连接锁紧；架板6与定位单元用第二螺栓9连接锁紧。

定位单元包括：定位块1、保护套2、轴承3、轴承外套4；轴承外套4一端安装在架板6上，另一端开有第一台阶孔，第一台阶孔由内至外包括孔径依次增大的内孔、中孔和外孔，轴承3安装在中孔内，保护套2左端部嵌入外孔内且保护套2左端面与轴承3右端面相接触，保护套2内部开设第二台阶孔，定位块1穿过保护套2和轴承3，定位块1的两个外圈台阶面依次卡挡在轴承3右端面和保护套2的第二台阶孔处。

中孔对应的轴承外套4上设置有多个螺纹孔，螺纹孔内拧入定位螺钉10，通过定位螺钉10旋出长度调整轴承中心与柱塞轴向中心的重合性。本实施例中，轴承外套4上均匀安装3个定位螺钉10，定位螺钉10圆柱底球面与轴承3外圈接触。

轴承3外圈与轴承外套4中孔间隙配合；轴承4外孔与保护套2外圆过盈配合，保护套2内端面压紧轴承外圈端面，限制轴承外圈轴向窜动；定位块1外圆与轴承3内圈过盈配合，定位块1中心与轴承3内圈中心重合。

本实施例中，轴承3为单列向心推力球轴承P6级，第一螺栓5为六角法兰面螺栓，螺母8为六角薄螺母，第二螺栓9为改制的六角法兰面螺栓，定位螺钉10为开口圆柱端定位螺钉。

各部件设计参数如下：

定位块1加工精度参数：材料为低合金耐磨钢WEL-TENAR360C；硬度HB≥235～401；加工机床选用高精度车削中心、高精度数控外圆磨床、高精度数控平面磨床；以零件φ10(+0.04/+0.02)外圆为基准相对于大端面垂直度选用0.005、相对于φ12.5(+0.04/+0.02)外圆端面垂直度选用0.01。

保护套2加工精度参数：材料为GCr15；加工机床选用高精度车削中心、高精度数控外圆磨床、高精度数控内圆磨床。

轴承外套4加工精度参数：材料为GCr15；加工机床选用高精度车削中心、高精度数控外圆磨床、高精度数控内圆磨床及高精度数控平面磨床；以零件φ35外圆为基准相对于φ26(+0.02/0)内孔及φ10(0/-0.02)外圆同轴度选用φ0.01，相对于φ35外圆装配端面垂直度选用0.01。

架板6加工精度参数：材料为GCr15；加工机床选用立式加工中心、高精度数控平面磨床；以零件端面为基准相对于φ10(+0.10/+0.04)内孔垂直度选用φ0.01，相对于另一端面平行度选用0.02。

图4中，定位单元装配精度参数：轴承外圈φ26(-0.02/-0.04)与轴承外套孔φ26(+0.02/0)间隙配合，轴承外套端面10.25截面处均匀安装3个螺钉，螺钉圆柱底球面与轴承外圈接触，通过螺钉旋出长度调整轴承中心与柱塞轴向中心的重合性；轴承外套孔φ30(0/-0.02)与保护套外圆φ30(+0.04/+0.02)过盈配合，保护套内端压紧轴承外圈端面，限制轴承外圈轴向窜动；定位块外圆φ10(+0.04/+0.02)与轴承内圈φ10(-0.02/-0.04)过盈配合，定位块中心与轴承内圈中心重合，定位块端面与轴承外套端面平行度0.005。

定位元件的工作步骤为：如图3所示，第一步先将架板6用螺母8、第一螺栓5按工作台夹角α固定在工作台基座7上，第二步将定位单元用第二螺栓9按距离H固定在架板6上，第三步将柱塞装夹在V型槽内后微调柱塞顶部与定位块1间隙，最后锁紧工作台基座7。控制面板输入加工程序，按下工作钮，机床开始工作。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：

1.本定位元件中，定位块耐磨性、受冲击载荷要求高，材料采用低合金耐磨钢WEL-TEN AR360C；硬度HB≥235～401。该合金材料以高强韧性、高硬韧性著称。在一定冲击载荷的磨损工作状况下，使用寿命高于耐磨铸铁。

2.本定位元件中，利用向心推力球轴承本身特性限制柱塞顶部与定位块的受力，精准定位。当机床工作时，轴承间隙一定，作用的柱塞预加工距离固定，柱塞螺旋槽加工散差小，柱塞尺寸加工一致性好，质量稳定。

3.本定位元件中，轴承外圈φ26(-0.02/-0.04)与轴承外套孔φ26(+0.02/0)间隙配合，旋出3个螺钉的圆柱底球面长度可调整轴承中心与柱塞轴向中心的重合性，确保柱塞在旋转时无任何径向力作用，减轻定位块的磨损。

4.本定位元件中，架板采用中空结构，螺母螺栓配合锁紧。操作者只调整一次夹角α及距离H即可，无需重复操作，实用性强，装夹简单。

使用本夹具可实现如下目标：

1.耐磨性高，实用性强，提高柱塞螺旋槽加工质量：原定位元件材料耐磨性差，压紧面易磨损，引起定位偏差，导致磨床坐标磨头到柱塞螺旋槽边棱的预加工距离不确定。本定位元件中压紧定位块采用硬质合金材料，去除影响柱塞螺旋槽加工散差大的不利因素，达到预定加工值，缩小柱塞螺旋槽加工散差，提高柱塞偶件螺旋槽相关几何精度，低成本、高质量实现喷油泵总成喷油的一致性。

2.实用性强，生产效率高：本定位元件中架板采用中空结构，操作者只需在首次加工时调整好夹角α及距离H之后锁紧，后续加工不需再进行调整，操作简单，实用性强。熟练操作工每天8小时满负荷工作，可加工完成120件柱塞，生产效率提高达3倍。

3.精准定位，柱塞加工尺寸一致性好：本定位元件采用P6级单列向心推力球轴承(简称轴承)来微调柱塞顶部端面与压紧定位块之间的间隙和受力。加工时，砂轮磨削柱塞螺旋线，压在轴承内径上的定位块随着柱塞旋转，压紧定位块的某个方向与V型槽压紧力方向夹角为零，径向作用力为零，此处不发生磨损。该轴承间隙是一定值，柱塞传递到定位元件的力一定，柱塞悬垂量一致，磨床坐标磨头相对柱塞螺旋槽边棱的预加工距离固定，作用在柱塞上的轴向分向力均匀，切削去除量一致，柱塞螺旋槽加工散差减小，加工质量稳定，良品率达99％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，包括：工作台基座(7)、架板(6)和定位单元，架板(6)竖直安装在工作台基座(7)上，定位单元垂直安装在架板(6)上，定位单元上设有定位块(1)，工作时，定位块(1)端面压紧柱塞顶部端面，起轴向定位作用。

2.如权利要求1所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述定位单元包括：定位块(1)、保护套(2)、轴承(3)、轴承外套(4)；轴承外套(4)一端安装在架板(6)上，另一端开有第一台阶孔，第一台阶孔由内至外包括孔径依次增大的内孔、中孔和外孔，轴承(3)安装在中孔内，保护套(2)左端部嵌入外孔内且保护套(2)左端面与轴承(3)右端面相接触，保护套(2)内部开设第二台阶孔，定位块(1)穿过保护套(2)和轴承(3)，定位块(1)的两个外圈台阶面依次卡挡在轴承(3)右端面和保护套(2)的第二台阶孔处。

3.如权利要求2所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述中孔对应的轴承外套(4)上设置有多个螺纹孔，螺纹孔内拧入定位螺钉(10)，通过定位螺钉(10)旋出长度调整轴承中心与柱塞轴向中心的重合性。

4.如权利要求3所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述轴承(3)外圈与轴承外套(4)中孔间隙配合；轴承(4)外孔与保护套(2)外圆过盈配合，保护套(2)内端面压紧轴承外圈端面，限制轴承外圈轴向窜动；定位块(1)外圆与轴承(3)内圈过盈配合，定位块(1)中心与轴承(3)内圈中心重合。

5.如权利要求1所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述工作台基座(7)与架板(6)用螺母(8)及第一螺栓(5)连接锁紧；架板(6)与定位单元用第二螺栓(9)连接锁紧。

6.如权利要求2所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述定位块(1)材料为低合金耐磨钢WEL-TEN AR360C；硬度HB≥235～401。

7.如权利要求2所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述保护套(2)加工精度参数：材料为GCr15。

8.如权利要求2所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述轴承外套(4)材料为GCr15。

9.如权利要求2所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述架板(6)材料为GCr15。

10.如权利要求4所述的用于精准加工柱塞螺旋槽的定位元件，其特征在于，所述定位块端面与轴承外套端面平行度0.005。