CN112518128B - 一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具及方法，包括工作台、第一电机、主轴、夹紧机构、转盘、自转分度盘、连杆装夹机构、第一齿轮、第二齿轮和第二电机组成；主轴由第一电机驱动，主轴穿过两个转盘的中心孔由两个轴承座固定在工作台上；在两个转盘上分别安装有多个自转分度盘；在两个转盘相对位置的两个自转分度盘之间安装有连杆装夹机构，所述的连杆装夹机构用于夹持待修复的连杆，其中一个转盘上的自转分度盘通过夹紧机构控制其是否可转动；另一个转盘上的自转分度盘与小齿轮相连；所述的第二电机与大齿轮相连，当小齿轮运动至大齿轮位置时，小齿轮可与大齿轮啮合。

Description

一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具及方法
技术领域
本发明涉及再制造修复领域，具体涉及一种高速激光熔覆修复发动机连杆的夹具及方法。
背景技术
曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构，其中连杆处在活塞与曲轴之间，起到传递运动的作用，将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。发动机运行过程中，连杆大头内孔与曲轴相对旋转，在复杂交变应力作用下，连杆大头内孔易出现变形失圆现象，增加了与曲轴间的标准配合间隙，会加剧内孔变形同时也会影响运动传递的平稳性和可靠性。超差无法继续使用时，需要对连杆进行修复或再制造，常用的修复方法有减尺寸修复法与电刷镀再制造等，减尺寸修复法限制了零件的互换性同时使零件强度减弱，电刷镀技术目前仍难以控制镀层表面粗糙度及尺寸精度，同时电刷镀液存在一定污染。
高速激光熔覆技术具有效率高、能量集中、热影响区小、材料利用率高、涂层与基体结合强度高等优点，在零部件再制造修复方面受到广泛关注，但目前还没有高速激光熔覆修复连杆的应用。
发明内容
本发明的目的是实现发动机连杆稳定装夹及可控转动，提供一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具及工作方法，以实现连杆的多工位、高效熔覆再制造。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提出了一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，包括工作台、第一电机、主轴、夹紧机构、转盘、自转分度盘、连杆装夹机构、第一齿轮、第二齿轮和第二电机组成；
所述的主轴由第一电机驱动，主轴穿过两个转盘的中心孔由两个轴承座固定在工作台上；在两个转盘上分别安装有多个自转分度盘；在两个转盘相对位置的两个自转分度盘之间安装有连杆装夹机构，所述的连杆装夹机构用于夹持待修复的连杆，其中一个转盘上的自转分度盘通过夹紧机构控制其是否可转动；另一个转盘上的自转分度盘与小齿轮相连；所述的第二电机与大齿轮相连，当小齿轮运动至大齿轮位置时，小齿轮可与大齿轮啮合。
作为进一步的技术方案，所述第一电机可驱动主轴做90度等角度间歇转动。
作为进一步的技术方案，所述的连杆装夹机构由底座、定位销、压板、螺栓构成；所述底座为一个凹槽状结构，在其两个侧壁的顶部设有若干定位销，所述的压板与螺栓配合，用于将待修复的连杆固定在底座上。
作为进一步的技术方案，在每个自转分度盘上安装有一个安装座，每两个相对的安装座上安装有一个连杆装夹机构。
作为进一步的技术方案，所述的夹紧机构包括气缸、固定板、第一连杆、销轴、夹具体、弹簧夹板构成；所述气缸的活塞杆端部同时铰接两个第一连杆的一端，两个第一连杆的另一端分别铰接一个夹具体，两个夹具体用于夹持分度盘的部分为一个直角臂，直角臂的内壁上安装有弹簧夹板，两个直角臂组合在一起形成矩形夹持空间。
作为进一步的技术方案，所述第二齿轮的直径大于第一齿轮的直径。
作为进一步的技术方案，沿转盘的圆周方向，在每个转盘上均布四个圆形定位孔，所述的定位孔与轴承联接，轴承与自转分度盘连接。
第二方面，本发明还公开了一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的工作方法，包括以下步骤：
步骤1：将安装座固定于自转分度盘上。
步骤2：将发动机连杆体或连杆盖成组装入装夹机构后将装夹机构逐个与安装座固定，调整安装座的位置使连杆体或连杆盖的圆心位于分度盘的圆心处。
步骤3：打开气缸开关，启动气缸工作，驱动夹紧机构夹持自转分度盘，使其在非工作状态保持不动。
步骤4：启动主轴电机，使自转分度盘到达工作位置。
步骤5:使内孔熔覆喷头处于自转分度盘轴线处，在分度盘带动连杆内孔自转时保证熔覆的局部区域与熔覆头间距保持固定值
步骤5：根据激光熔覆速度v，调节齿轮电机转速为
Figure BDA0002826616230000031
(d1为小齿轮直径，d2为大齿轮直径，d为连杆直径)通过齿轮驱动电机带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮，从而实现自转分度盘带动工件转动，由于连杆体或连杆盖是连杆的一半，所以需对电机的正传反转频率进行设置，启动齿轮电机，启动熔覆机构开关，开始修复工件。
步骤6：熔覆喷枪根据搭接率、连杆宽度及连杆摆放间距的设置，沿自转分度盘轴线方向进给，完成熔覆后退出工作位置。
步骤7：齿轮电机停止工作，主轴电机转动90度，将下一工位的工件带入熔覆位置。
本发明的有益效果如下：
1)可实现一次多组装夹熔覆，提高修复效率。
2)行星机构，可通过自转实现同组连杆大头内孔熔覆，通过公转实现下一组连杆熔覆。
3)将连杆内孔的两半分别熔覆，避免两半粘合，简化后续加工。
4)气缸控制夹紧机构灵活迅速开合，公转时夹紧保证连杆位置准确；自转时松开，保证自转轴灵活转动。
5)通过驱动齿轮转动，驱动自转轴和主轴转动，运动传递平稳可靠。
6)通过控制连杆体与连杆盖的转动，实现了在熔覆喷枪不转动的情况下进行内弧再制造熔覆。
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限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明整体结构的右视图；
图3为本发明夹紧机构示意图；
图4为本发明大转盘机构示意图；
图5为本发明自转分度盘机构示意图；
图6为本发明安装座机构示意图；
图7为本发明连杆装夹机构示意图；
其中1.主轴电机，2.轴承座，3.主轴，4.夹紧机构，401.固定板，402.气缸，403.第一连杆，404.销轴，405.夹具体，406.弹簧夹，407.销轴；
5.大转盘，501.定位孔，502.中心孔；
6.自转分度盘，7.安装座，8.连杆装夹机构，801.底座，802.定位销，803.压板，804.螺栓，805.连杆体或连杆盖；
9.小齿轮，10.大齿轮，11.齿轮电机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，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具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“前”“后”字样，仅表示与附图本身的上、下、前、后方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，目前还没有关于连杆高速激光熔覆这一方面的应用,本发明提出了一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具及工作方法。
本申请的一种典型实施方式中，如图1-7所示，本实施例公开了一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，其包括主轴电机1(对应前面的第一电机)，主轴电机1可驱动工作台上的主轴3转动，所述主轴3通过两个大转盘5的中心孔502，两个大转盘5平行布置固定于主轴3上。所述主轴3通过两个轴承座2固定在工作台上，主轴电机1可驱动主轴3做90度等角度间歇转动。
沿着每个大转盘5的圆周方向，在每个大转盘5的外围均布四个小圆形定位孔501，小圆定位孔501上固定有轴承，上述轴承可与自转分度盘6连接，从而可实现自转分度盘6的转动。两个大转盘5上分别有8个自转分度盘6，8个自转分度盘6相对安装在两个相对的小圆定位孔501上(此处的相对是指位于同一直线上的两个小圆定位孔501)，自转分度盘6底部通过螺栓固定在一个安装座7上，两个相对位置的安装座7上共同固定一个连杆装夹机构8，即两个大转盘5之间固定安装有四个连杆装夹机构8。
进一步的，所述的连杆装夹机构8如图7所示，其由底座801、定位销802、压板803、螺栓804构成。所述底座801为一个凹槽状结构，在其两个侧壁的顶部设有若干定位销802，定位销802用于连杆体或连杆盖805定位，连杆体或连杆盖805放置于底座801后，在连杆体或连杆盖805顶部设置压板803，将压板803拧入螺栓从而将其固定在底座801上。
进一步的，其中一个大转盘的自转分度盘6一侧与夹紧机构4固定连接，在附图1中是位于主轴电机1侧的大转盘上的自转分度盘6与夹紧机构4固定连接；且夹紧机构4位于自转分度盘6未与安装座7连接的一端，即自转分度盘6的一端连接安装座7，另一端穿过大转盘与夹紧机构4相连；此转盘上的每个自转分度盘6均连接一个夹紧机构4，一共四个夹紧机构。
如图3所示，每个夹紧机构4由气缸402、固定板401、第一连杆403、销轴404、夹具体405、弹簧夹板406、销轴407构成；
所述气缸402的活塞杆端部同时铰接两个第一连杆403的一端，两个第一连杆403的另一端分别铰接一个夹具体405，两个夹具体405用于夹持分度盘6的部分为一个直角臂，直角臂的内壁上安装有弹簧夹板406，两个直角臂组合在一起形成矩形夹持空间，一共设置了四个弹簧夹板406；当所述分度盘6处于非工作状态时，气缸402运动使弹簧夹板406夹紧所述自转分度盘6，保证其不能转动。当工件位于熔覆状态时，气缸402收回，夹紧机构的夹具体405公开自动分度盘6，自转分度盘6可实现转动。进一步的，夹具体405的中间位置处也通过销轴407与固定板401相连。
进一步的，在另外一个大转盘5的自转分度盘6的另一侧安装有小齿轮9，对应图1是在与齿轮电机相邻的大转盘5的自转分度盘6的一侧安装有小齿轮9；以附图1所表示的方位为例，位于后方的大转盘5上的自转分度盘6上安装有小齿轮9，即位于后方的大转盘5上总共有四个自转分度盘6，每个自转分度盘6上安装有一个小齿轮9，总共四个小齿轮9。
进一步的，在位于后方的大转盘5的后侧还设有一个支架，在所述的支架上安装有一个电机11，所述的电机11驱动大齿轮10旋转，所述的大齿轮10可以与上述的小齿轮9啮合，当小齿轮9与大齿轮10啮合后，大齿轮10可在电机11的驱动下实现精确转动，同时熔覆喷枪沿自转分度盘轴线方向进给，完成熔覆工作。
需要说明的是，本实施例中描述的大齿轮和小齿轮没有具体确定的尺寸，“大齿轮”和“小齿轮”仅仅是相对的概念；齿轮传动是为了准确啮合，保证自转分度盘旋转的精度。具体的动作应根据连杆半径、啮合齿轮的参数计算后由电机驱动执行。
本发明还公开了一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的工作方法，包括以下步骤：
步骤1：将安装座7固定于自转分度盘上。
步骤2：将发动机连杆体或连杆盖成组固定于装夹机构后将装夹机构与安装座7固定，调整安装座7的位置使连杆体或连杆盖的圆心位于分度盘的圆心处。
步骤3：启动气缸，驱动夹紧机构夹持自转分度盘，使其在非工作状态保持不动。
步骤4：启动主轴驱动电机，使载有连杆体或连杆盖的自转分度盘到达大转盘的最高位置。
步骤5:将内孔熔覆头布置于自转分度盘轴线处，在分度盘自转时保证熔覆的局部区域处于水平面状态
步骤5：根据激光熔覆速度v，调节齿轮电机11转速为
Figure BDA0002826616230000081
(d1为小齿轮直径，d2为大齿轮直径，d为连杆直径)通过驱动轴带动大齿轮10转动，大齿轮10带动小齿轮9，从而实现自转分度盘带动工件转动，由于连杆体或连杆盖是连杆的一半，所以需对电机的正传反转频率进行设置，启动齿轮驱动电机，启动熔覆机构开关，开始修复工件。
步骤6：熔覆喷枪根据搭接率、连杆宽度及连杆摆放间距的设置，沿自转分度盘轴线方向进给，完成后熔覆后退出工作位置。
步骤7：齿轮驱动电机停止工作，主轴电机转动90度，将熔覆完成的工件带离，将下一工位的工件带入熔覆位置。
最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，其特征在于，包括工作台、第一电机、主轴、夹紧机构、转盘、自转分度盘、连杆装夹机构、第一齿轮、第二齿轮和第二电机；
所述的主轴由第一电机驱动，主轴穿过两个转盘的中心孔由两个轴承座固定在工作台上；在两个转盘上分别安装有多个自转分度盘；在两个转盘相对位置的两个自转分度盘之间安装有连杆装夹机构，所述的连杆装夹机构用于夹持待修复的连杆，其中一个转盘上的自转分度盘通过夹紧机构控制其是否可转动；另一个转盘上的自转分度盘与小齿轮相连；所述的第二电机与大齿轮相连，当小齿轮运动至大齿轮位置时，小齿轮可与大齿轮啮合，在每个自转分度盘上安装有一个安装座，每两个相对的安装座上安装有一个连杆装夹机构，所述的连杆装夹机构由底座、定位销、压板、螺栓构成；所述底座为一个凹槽状结构，在其两个侧壁的顶部设有若干定位销，所述的压板与螺栓配合，用于将待修复的连杆固定在底座上。
2.如权利要求1所述的用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，其特征在于，所述第一电机可驱动主轴做90度等角度间歇转动。
3.如权利要求1所述的用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，其特征在于，所述的夹紧机构包括气缸、固定板、第一连杆、销轴、夹具体、弹簧夹板；所述气缸的活塞杆端部同时铰接两个第一连杆的一端，两个第一连杆的另一端分别铰接一个夹具体，两个夹具体用于夹持分度盘的部分为一个直角臂，直角臂的内壁上安装有弹簧夹板，两个直角臂组合在一起形成矩形夹持空间。
4.如权利要求1所述的用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，其特征在于，所述第二齿轮的直径大于第一齿轮的直径。
5.如权利要求1所述的用于发动机连杆高速激光熔覆再制造的夹具，其特征在于，沿转盘的圆周方向，在每个转盘上均布四个圆形定位孔，所述的定位孔与轴承连 接，轴承与自转分度盘连接。
6.如权利要求1-5任一所述的用于发动机连杆高速激光熔覆再制造夹具的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将安装座固定于自转分度盘上；
步骤2：将待修复的连杆成组装入装夹机构后，将装夹机构逐个与安装座固定，调整安装座的位置使连杆体或连杆盖的圆心位于分度盘的圆心处；
步骤3：驱动夹紧机构夹持自转分度盘，使其在非工作状态保持不动；
步骤4：启动第一电机，使自转分度盘到达工作位置；
步骤5:使内孔熔覆喷头处于自转分度盘轴线处，在自转分度盘带动连杆内孔自转时保证熔覆的局部区域与熔覆头间距保持固定值；
步骤5：根据激光熔覆速度v，调节第二电机转速，通过第二驱动电机带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮转动，从而实现自转分度盘带动待修复的连杆转动，启动熔覆机构开关，开始修复待修复的连杆；
步骤6：熔覆喷枪根据搭接率、连杆宽度及连杆摆放间距的设置，沿自转分度盘轴线方向进给，完成熔覆后退出工作位置；
步骤7：第二电机停止工作，第一电机转动90度，将下一工位的待修复的连杆带入熔覆位置。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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