CN109454531A - 精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法及磨削机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法及磨削机床。所述方法为以安装在头架上夹具夹持工件的平端外圆，以头架上的轴向定位杆抵靠工件的平端端面，以尾架上的半缺阴顶尖顶持工件的锥端，工件的待磨削锥面的局部从半缺阴顶尖的缺口处露出，依次进行工件的待磨削锥面和待磨削外圆的磨削，磨削待磨削锥面时，夹具带动工件旋转，锥面磨削砂轮通过半缺阴顶尖的缺口与待磨削锥面接触。所述磨削机床的床身上设有头架、尾架及砂轮架，所述尾架上设有半缺阴顶尖，所述砂轮架上设有锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮，所述砂轮架设有用于带动其回转的B轴。本发明适应于电控高压共轨系统喷油嘴偶件及其他类似工件外圆、锥面的机械化高精密磨削。

Description

精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法及磨削机床

技术领域

本发明涉及一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法，还涉及一种采用或适应于这种磨削方法的磨削机床，属机械加工技术领域。

背景技术

目前国内外磨削针阀类工件，大多采用托磨方式装夹工件，一台机床或者只磨削锥面(多采用托磨方式)；或者只磨削工件外圆，或者通过更换装置来实现外圆、锥面的磨削，无法确保在一台机床上通过一次装夹同时磨削工件外圆、锥面，由此不仅增加了工艺作业量，延长了生产周期，而且还因多次装夹误差影响加工精度。

另一方面，对于某些特殊构造和精度要求的工件，现有机械加工手段往往难以满足要求，需要采用人工配磨，而人工配磨的精度主要依靠加工人员的技术水平及经验来保证，这种方式不仅生产效率低，而且可靠性差。

电控高压共轨系统是世界汽车领域难度最大、水平最高的一项核心技术，是世界各大汽车公司竞相争夺的制高点。电控共轨柴油喷射系统主要由高压供油泵、共轨管、喷油器和电控单元组成，可实现燃油喷射的精密控制，系统复杂，加工精度高，由于电控高压共轨系统喷射压力达300MPa,系统中的偶件在具备良好的密封性的同时还要运动灵活，偶件间隙只能在0.002～0.003mm，磨削后表面的粗糙度要求Ra≤0.075μm，外圆、锥面圆度要求≤0.0005mm，圆柱度≤0.001mm。直径散度≤0.0005mm，国际上掌握电控共轨技术并批量生产的企业主要集中在少数几家公司，因此共轨系统的难点在于精密制造及加工工艺技术。例如，其中的喷油嘴偶件的磨削部位为外圆柱面(φ4mm圆柱面)及锥面(60°锥面)两个面，磨削后表面的粗糙度、圆度要求高，轴向位置要求高，由于该工件的平端无顶尖孔、锥端为磨削面，不能采用头尾架顶磨方式，同时由于工件的直径较小，如取消尾架，仅用头架夹紧的方式进行磨削，很难保证磨削精度，因此，目前没有适应于这种偶件外圆和锥面研磨的有效的机械研磨技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法及磨削机床，以适应于电控高压共轨系统喷油嘴偶件及其他类似工件外圆、锥面的机械化超高精密磨削。

本发明的技术方案是：一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法，工件在磨削机床上的装夹方式为以头架上的夹具夹持工件的平端外圆，以头架上的轴向定位杆抵靠工件的平端端面，以尾架上的半缺阴顶尖顶持工件的锥端，工件的待磨削锥面的局部(磨削面)从半缺阴顶尖的缺口处露出，尾架前进，顶尖顶紧工件，利用夹爪、轴向定位杆和半缺阴顶尖实现工件的轴向定位，依次进行工件的待磨削锥面和待磨削外圆(外圆柱面)的磨削，磨削待磨削锥面时，锥面磨削砂轮通过半缺阴顶尖的缺口与待磨削锥面接触。

对于工件上的配磨面，可以在磨削前先通过配磨量仪测量所配磨的工件上的相关数据，确定配磨面的磨削数据，依据配磨面的磨削数据控制相应配磨面的磨削。

例如，对于喷油嘴阀针或其他类似配磨件，工件的待磨削外圆通常可以为配磨面，依据待磨削外圆的配磨数据控制外圆磨削砂轮的X轴(带动磨削砂轮进给运动的平动轴称为X轴)进给量，进而控制待磨削外圆的磨削量。

可以设置在线量仪，用以检测工件的待磨削外圆的实时尺寸，在达到设定的配磨磨削量时，依据在线量仪发出的相应讯号，终止待磨削外圆的磨削。

用于安装锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮的砂轮架通常可以设有带动其旋转的B轴(用以带动砂轮架绕Y轴轴线旋转的旋转轴/回转轴称为B轴，Y轴方向依据右手法则确定)，通过B轴回转，实现由锥面磨削到外圆磨削的转换。

锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮在砂轮架上的分布方式通常可以为相互平行，以方便通过B轴回转使锥面磨削砂轮与待磨削锥面接触或者使外圆磨削砂轮与待磨削外圆接触。

例如，对于喷油嘴针阀，当所述待磨削锥面的设定角度为60°时，由锥面磨削转换为外圆磨削的B轴回转角度为210°。

砂轮架通常应设有带动其前进、后退的X轴，用于带动砂轮架前进和退出的磨削位置。

砂轮架通常还可以设有带动其左右移动的Z轴(与夹具旋转轴线重叠或平行的平动轴为Z轴)。

一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削机床，其采用或适应于本发明的公开的任意一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法，其床身上设有头架、尾架及砂轮架，所述头架上设有夹具和轴向定位杆，所述尾架上设有半缺阴顶尖，所述夹具、轴向定位杆和半缺阴顶尖同轴(轴线在同一条直线上)，所述砂轮架上设有锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮，所述砂轮架设有用于带动其回转的B轴。

本发明的有益效果是：通过夹具、轴向定位杆和半缺阴顶尖实现了对工件两端的夹持和轴向定位，克服了因工件平端缺少顶尖孔和锥端为磨削面而无法进行两端夹持和轴向定位的缺陷，一次装夹就能够同时适应于锥面磨削和外圆磨削，避免了因多次装夹对加工精度的负面影响，节省了时间，提高了效率，并减少了设备需求；由于采用半缺阴顶尖进行工件锥端的夹持，允许通过半缺阴顶尖的缺口进行锥面磨削，实现了锥面磨削过程中的锥端定心和轴向定位，为保证锥面磨削精度提供了条件；由于先进行锥面磨削，确保锥面轴向尺寸，磨削后的锥面为外圆磨削提供了高精度的定心，在保证外圆磨削顺利实现的同时有利于提高外圆磨削的精度；由于设置了砂轮转塔进行砂轮和磨削工步的切换，有利于提高效率，有利于提高砂轮控制精度和磨削精度。

根据申请人的工业化实践，本发明用于电控高压共轨系统中的喷油嘴针阀的配磨磨削，能够达到偶件间隙在0.002～0.003mm、表面粗糙度要求Ra≤0.075μm、磨削外圆和锥面圆度要求≤0.0005mm、圆柱度≤0.001mm和直径散度≤0.0005mm等精度要求。

本发明适用于油嘴油泵行业偶件(例如喷油嘴偶件)精密配磨磨削及其他类似工件高精度外圆和锥面磨削，能够满足相应的柔性复合磨削加工需求，达到电控高压共轨系统喷油嘴偶件的磨削精度甚至更高的精度要求。

附图说明

图1是本发明涉及的磨削机床相关构造的示意图；

图2是本发明涉及的磨削机床相关构造的装配关系示意图；

图3是本发明涉及的磨削及控制流程。

具体实施方式

下面结合附图，主要以喷油嘴针阀为例，对本发明做进一步说明。

工件的磨削部位为外圆圆柱面φ4mm及锥面60°面，外圆φ4mm面需要保正配磨间隙在0.002～0.003mm，磨削后表面的粗糙度要求Ra≤0.075μm，圆度≤0.0005mm，圆柱度≤0.001mm。目前国内外磨削针阀类工件，大多采用托磨方式装夹工件，一台机床或者只磨削锥面(多采用托磨方式)；或者只磨削工件外圆，或者通过更换装置来实现外圆、锥面的磨削；无法确保在一台机床上通过一次装夹同时磨削工件外圆、锥面。并保证外圆配磨间隙。

参见图1-3，磨削机床的床身上设有头架10、尾架60及砂轮架(未绘出)，所述头架上设有夹具20和轴向定位杆22，夹具的夹爪21用于夹持工件70的平端外圆76(φ2.2mm外圆)，轴向定位杆抵靠在工件的平端端面，头架设有带动夹具转动的高精度回转主轴(C轴)，所述尾架上设有半缺阴顶尖50，所述夹具、轴向定位杆和半缺阴顶尖同轴(轴线在同一条直线上)，所述砂轮架上设有锥面磨削砂轮40和外圆磨削砂轮30(图中所示为磨削位置)，分别用于针阀头部71上的磨削待磨削锥面72和针阀的待磨削外圆74，所述砂轮架设有用于带动其回转的B轴。

磨削机床的轴系及相关构造和控制方式可以根据本发明的工作要求采用现有技术设置。

所述夹具优选采用膜片夹具。

所述半缺阴顶尖优选使得待磨削锥面完全插入其中且具有一定的定心作用，以获得所述的定位效果和精度，所述半缺阴顶尖的上侧缺口露出待磨削锥面74(60°锥面)的上部，以便与锥面磨削砂轮接触以实现锥面磨削。

所述砂轮架通常可设有用于带动其平动的Z轴。

所述砂轮架通常可设有用于带动所述外圆磨削砂轮和/或锥面磨削砂轮进给运动的X轴，可以设置单一的X轴带动外圆磨削砂轮和锥面磨削砂轮进给运动，在一个磨削砂轮工作时，另一个磨削砂轮的同步进给不妨碍其磨削，也可以设置分别用于带动外圆磨削砂轮和锥面磨削砂轮进给运动的两个X轴。

优选设有用于检测待磨削外圆的实时尺寸的在线量仪(未绘出)，所述在线量仪的输出接入磨削机床控制系统，由此通过实时磨削数据/外圆尺寸控制磨削。

所述砂轮架可以采用转塔形式，依据现有技术进行各轴及其驱动方式的设置。

通过各相关位置和尺寸的配合，使得通过B轴回转实现由锥面磨削到外圆磨削的转换，锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮在所述砂轮转塔上的安装位置为通过砂轮转塔转动能够分别使锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮恰好位于工件的待磨削锥面和待磨削外圆上的相应磨削位置，即工件装夹后的待磨削锥面和待磨削外圆的磨削部位分别位于锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮的磨削面的旋转轨迹上，由此将砂轮转塔回转到锥面磨削工位时，锥面磨削砂轮的磨削面(通常为前端面)与待磨削锥面接触，夹具带动工件旋转以实现锥面磨削砂轮对待磨削锥面的磨削，将砂轮转塔回转到外圆磨削工位时，外圆磨削砂轮的磨削面(通常为前端面)与待磨削外圆接触，夹具带动工件旋转以实现外圆磨削砂轮对待磨削外圆的磨削。

本发明采用头架膜片夹具夹紧、尾架阴顶尖顶紧的方式，配合砂轮自动更换、复合磨削技术；在线偶件配磨技术，实现偶件精密配磨，保证加工尺寸的精度和一致性，保证配磨间隙在0.002～0.003mm；内置机械手+交换式转台，实现自动上下料及装夹技术，可以提高机床磨削效率、自动化、柔性化程度，提高机床的可靠性和精度稳定性相关技术，实现行业的技术提升。

本发明针阀磨削工艺路线：为了达到配磨的目的，首先针阀体在偶件配磨量仪上进行测量，测量数据自动传输到机床数控系统，作为针阀磨削数据。机床设有内置机械手，内置机械手从机床右侧(尾架右侧)料盘拿取工件后，移动到机床左侧床头位置，机械手下移取下磨好的工件，将待加工工件放置到床头夹具内尾架前进顶住工件后，床头夹具夹紧工件。机械手右移进入下一循环。

由于针阀的特殊构造和特殊磨削要求，根据工件外形及磨削部位的特点，选择平端夹紧，锥端顶紧的装夹方式。头架采用高精度回转主轴配置膜片夹具夹紧工件平端，夹具涨套收缩量≤0.1mm，确保工件夹持精度，尾架端采用半缺高精度阴顶尖顶持工件锥端(工件前端60°处，参见图2)，轴向定位通过夹具端(轴向定位杆)、尾架顶紧定位，尾架顶紧力需调整到位，由于锥端虽为磨削部位，但也起着回转定心的作用，其精度直接影响着工件的回转精度。因此，在工艺设计上需要先磨削锥面，后磨削配磨表面。工件通过一次装夹，通过砂轮架B轴回转，实现砂轮自动换位，进而完成针阀锥面及外圆柱面的一次成型磨削。

磨削分为两个工步。

工步1：

定位：夹具+轴向定位杆+尾部锥面；

夹紧部位：φ2.2mm外圆；

磨削部位：60°锥面；

磨前粗糙度：Ra0.4磨后粗糙度：≤Ra0.075；

加工后圆度≤0.0005mm，加工后跳动≤0.0015mm；

加工余量0.03-0.05。

工步2：

定位：夹具+轴向定位杆+尾部锥面；

夹紧部位：φ2.2外圆；

磨削部位：φ4mm外圆；

磨前粗糙度：Ra0.4磨后粗糙度：≤Ra0.075；

加工后圆度≤0.0005mm，加工后圆柱度≤0.001mm；

加工余量0.03-0.05,实现配磨间隙0.002～0.003mm。

将待加工工件放置到床头夹具内尾架前进顶住工件后，床头夹具夹紧工件。工件装夹完成后，砂轮架B轴回转210度，定程磨削工件60度斜面达到尺寸要求后，后退到相应位置B轴返回210度初始位置，砂轮架前进用另一砂轮磨削工件外圆表面，测量针阀体内孔尺寸，偶件配磨径向量仪前进测量针阀到尺寸发讯号退车，完成磨削循环。

传统偶件配磨方式采用人工配磨，配磨精度主要依靠加工人员的技术水平及经验来保证，生产效率低，可靠性差。采用在线偶件配磨技术，依靠量仪与机床数控系统进行数据交换与计算，以控制机床的刀具进给量，实现偶件的精密配磨。

为了达到配磨的目的，机床配置偶件在线测量仪，在针阀磨削前，将与之配对的针阀体放到配磨量仪的内径测量装置上测量针阀体的内孔尺寸，然后将测量结果自动输入到量仪中，量仪按预定的配磨间隙控制X轴的进给量。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法，其特征在于工件在磨削机床上的装夹方式为以头架上的夹具夹持工件的平端外圆，以头架上的轴向定位杆抵靠工件的平端端面，以尾架上的半缺阴顶尖顶持工件的锥端，工件的待磨削锥面的局部从半缺阴顶尖的缺口处露出，尾架前进，顶尖顶紧工件，利用夹爪、轴向定位杆和半缺阴顶尖实现工件的轴向定位，依次进行工件的待磨削锥面和待磨削外圆的磨削，磨削待磨削锥面时，锥面磨削砂轮通过半缺阴顶尖的缺口与待磨削锥面接触。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于对于工件上的配磨面，在磨削前先通过配磨量仪测量所配磨的工件上的相关数据，确定配磨面的磨削数据，依据配磨面的磨削数据控制相应配磨面的磨削。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于工件的待磨削外圆为配磨面，依据待磨削外圆的配磨数据控制外圆磨削砂轮的X轴进给量，进而控制待磨削外圆的磨削量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于设置在线量仪，用以检测工件的待磨削外圆的实时尺寸，在达到设定的配磨磨削量时，依据在线量仪发出的相应讯号，终止待磨削外圆的磨削。

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于用于安装锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮的砂轮架设有带动其旋转的B轴，通过B轴回转，实现由锥面磨削到外圆磨削的转换，锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮在砂轮架上的分布方式为相互平行，当所述待磨削锥面的设定角度为60°时，由锥面磨削转换为外圆磨削的B轴回转角度为210°。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于砂轮架设有带动其前进、后退的X轴，用于带动砂轮架前进和退出的磨削位置。

7.一种精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削机床，其采用或适应于权利要求1-5任一所述的精密复合磨削偶件外圆、锥面的磨削方法，其床身上设有头架、尾架及砂轮架，所述头架上设有夹具，所述尾架上设有半缺阴顶尖，所述夹具、轴向定位杆和半缺阴顶尖同轴，所述砂轮架上设有锥面磨削砂轮和外圆磨削砂轮，所述砂轮架设有用于带动其回转的B轴。

8.如权利要求7所述的磨削机床，其特征在于所述砂轮架设有用于带动其左右移动的Z轴。

9.如权利要求8所述的磨削机床，其特征在于所述砂轮架设有用于带动所述外圆磨削砂轮和/或锥面磨削砂轮进给运动的X轴。

10.如权利要求7-9任一所述的磨削机床，其特征在于还设有用于检测待磨削外圆的实时尺寸的在线量仪，所述在线量仪的输出接入磨削机床控制系统。