CN112536648B

CN112536648B - 适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机及方法

Info

Publication number: CN112536648B
Application number: CN202011415282.3A
Authority: CN
Inventors: 韩冰; 徐良; 朱慧宁; 李强
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN112536648A

Abstract

本发明涉及磁粒研磨技术领域，尤其涉及一种适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机及方法。包括机架以及安装在机架上的驱动装置、升降装置、磁粒研磨随动装置与磁刷；驱动装置与曲轴或非标轴相连，带动曲轴或非标轴做回转运动；升降装置与磁粒研磨随动装置相连，带动磁粒研磨随动装置沿曲轴或非标轴的轴线往复移动；磁粒研磨随动装置与磁刷相连，磁粒研磨随动装置使得磁刷跟随着要研磨的曲轴或非标轴表面，且一直保持在2～3mm的加工距离，从而实现对待加工的曲轴或非标轴表面进行研磨。既能保证曲轴表面的质量、均匀度，又可便捷操作完成对待加工面的加工，成本低，研磨效果好。

Description

适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机及方法

技术领域

本发明涉及磁粒研磨技术领域，尤其涉及一种适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机及方法。

背景技术

超精密加工技术是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一，现已成为机械制造业中最重要的一部分。作为发动机中最主要零件之一，曲轴的精密程度直接决定这发动机的性能，尤其是在高精度、高速领域。而曲轴的表面质量又决定了曲轴的精密程度。因此，由于高速、高精度领域对于曲轴的精度日益苛刻的要求，精密曲轴的超精密研磨加工受到了越来越高的重视。而精密曲轴加工技术作为曲轴精密加工的最有效技术手段之一，在近年来也引起了超精密加工研究领域的广泛关注和重视。目前，国际上工业技术发达的国家超精密加工研究与应用水平远远超过我国，我国现在虽然有数量庞大的精密加工企业，但是多数工厂只能完成简单的研磨加工，并且还存在工件表面质量差等问题，因此研制出具有自主知识产权的精密曲轴加工装置具有重大的意义。

曲轴是发动机中最重要的部件，它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩，通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用，因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴径表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。曲轴成型后，为了使得曲轴的尺寸满足一定精度要求，需要对曲轴磨削加工主要是对曲轴的连杆轴径，主轴颈进行磨削加工。

现有技术中，曲轴通常采用专用磨床进行磨削。专用磨床加工曲轴及非标轴类的时候，砂轮及砂带有效加工区域有限制，只能二维加工对应的轴面；专用磨床具有结构复杂、操作繁琐、设备昂贵等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机及方法。既能保证曲轴表面的质量、均匀度，又可便捷操作完成对待加工面的加工，成本低，研磨效果好。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机，包括机架以及安装在机架上的驱动装置、升降装置、磁粒研磨随动装置与磁刷；驱动装置与曲轴或非标轴相连，带动曲轴或非标轴做回转运动；升降装置与磁粒研磨随动装置相连，带动磁粒研磨随动装置沿曲轴或非标轴的轴线往复移动；磁粒研磨随动装置与磁刷相连，磁粒研磨随动装置使得磁刷跟随着要研磨的曲轴或非标轴表面，且一直保持在2～3mm的加工距离，从而实现对待加工的曲轴或非标轴表面进行研磨。

所述机架包括底部平台、立柱与滑轨；底部平台与水平面平行，立柱竖向垂直固接在底部平台上，滑轨竖向固接在立柱上。

所述驱动装置包括驱动电机、上端支撑件与手动旋紧扳手；上端支撑件安装在立柱上，驱动电机通过电机座竖向垂直安装在底部平台上，驱动电机通过联轴器与曲轴或非标轴类的一端相连，曲轴或非标轴类的另一端通过轴承与上端支撑件转动相连，并通过手动旋紧扳手定位与夹紧。

所述升降装置包括升降电机、丝杠与导向柱；升降电机固接在立柱顶部，导向柱竖向垂直固接在底部平台上，升降电机与丝杠相连，丝杠与磁粒研磨随动装置螺纹相连，升降电机带动磁粒研磨随动装置沿导向柱上下运动。

所述磁粒研磨随动装置包括磁刷导向块、连接架、凸轮电机、凸轮、连杆、铰接杆、滑块与磁刷导向柱；磁刷导向块与丝杠螺纹连接，磁刷导向块与导向柱滑动连接，连接架固接在磁刷导向块上，凸轮电机与滑块固接在连接架上，滑块与滑轨滑动连接。

所述凸轮电机与凸轮相连，连杆一端与凸轮相连，另一端与铰接杆铰接，铰接杆与磁刷螺纹相连；磁刷导向柱固接在磁刷导向块上，磁刷与磁刷导向柱相连；凸轮电机带动凸轮旋转，进而带动磁刷沿磁刷导向柱往复移动。

所述连杆一端设有滚轮，凸轮外表面设有沟槽，滚轮内嵌在沟槽内，沿沟槽运动。

所述驱动电机、升降电机与凸轮电机均采用伺服电机。

一种曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研方法，具体包括如下步骤：

1)将曲轴或非标轴装夹在驱动装置上，首先将联轴器通过螺栓紧固在曲轴或非标轴的一端，然后将联轴器通过螺栓紧固在驱动电机的输出轴端；

2)旋转曲轴或非标轴的另一端的手动旋紧扳手，将曲轴或非标轴进行定位夹紧；

3)水基研磨液与磁性研磨粒子以1:2的比例混合后吸附在磁刷内部磁极上；

4)开启驱动电机，通过联轴器带动曲轴或非标轴进行旋转，转速为600～1500r/min；

5)开启升降电机，升降电机带动丝杠进行旋转，丝杠带动磁刷调整上下位置，确定磁刷与待加工曲轴表面的横向进给方向；

6)开启凸轮电机，凸轮电机带动凸轮进行旋转，凸轮通过连杆带动磁刷跟着曲轴或非标轴旋转运动，确定磁刷与曲轴或非标轴表面距离保持在2～3mm；

7)当第一加工表面完成预定的加工时间后，凸轮带动磁刷退回极限位置后，通过升降装置，带动磁刷移动到下加工表面的预定位置，凸轮继续带动磁刷进行横向进给跟随加工作业；

8)待所有加工表面加工完成后，凸轮带动磁刷退回极限位置，升降装置升至初始位置，驱动电机停机，旋转曲轴或非标轴的另一端的手动旋紧扳手，将曲轴卸下；

9)对设备进行断电，并清洗磁刷上的磁粒和工作台表面。

与现有方法相比，本发明的有益效果是：

磁粒研磨法具有自锐性和研磨精度高等优点，且磁粒研磨本身属于一种微量切削加工方式，在实现降低工件表面粗糙度提高表面质量的同时，保证了工件加工区域的形状精度。而通过磁粒刷可以一次加工曲轴轴面、轴侧面及配重块侧面，并且可以加工到面与面的连接处，达到了曲轴的整体表面加工，避免了砂轮及砂带的加工局限。

本发明通过驱动装置带动曲轴或者非标轴旋转，通过升降装置带动磁刷调整上下位置，确定磁刷与待加工曲轴表面的横向进给方向，利用磁粒研磨随动装置实现对复杂回转轴面的整周研磨加工，进而适应各种轴径的加工。本发明可用于加工不同轴径的曲轴或者非标轴类表面研磨，通过磁粒研磨实现轴类外表面的光整加工，整体结构简单合理，设计巧妙，操作简单，能够实现可调控研磨，工作效率高，研磨效果显著。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图；

图2是本发明另一角度立体结构示意图；

图3是本发明驱动装置立体结构示意图；

图4是本发明升降装置立体结构示意图；

图5是本发明升降装置另一角度立体结构示意图；

图6是本发明磁粒研磨随动装置立体结构示意图。

图中：1-机架 2-驱动装置 3-升降装置 4-磁粒研磨随动装置 5-磁刷 6-曲轴11-底部平台 12-立柱 13-滑轨 21-驱动电机 22-上端支撑件 23-手动旋紧扳手 24-驱动电机座 31-升降电机 32-丝杠 33-导向柱 34-升降电机座 41-磁刷导向块 42-连接架43-凸轮电机 44-凸轮 45-连杆 46-铰接杆 47-滑块 48-磁刷导向柱

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本发明的范围：

实施例:

如图1、图2所示，适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机，包括机架1以及安装在机架1上的驱动装置2、升降装置3、磁粒研磨随动装置4与磁刷5。

如图1-4所示，机架1包括底部平台11、立柱12与滑轨13；底部平台11为与水平面平行的平台，立柱12竖向垂直固接在底部平台11上，滑轨13竖向固接在立柱12，滑轨13与底部平台11垂直。

如图3所示，驱动装置2包括驱动电机21、上端支撑件22、手动旋紧扳手23与驱动电机座24。上端支撑件22以拆卸方式固接在立柱12上部，上端支撑件22与底面平台11平行。驱动电机座24固接在底面平台1上，驱动电机21固接在驱动电机座24上，驱动电机21通过联轴器与曲轴6的一端相连，曲轴6的另一端通过轴承安装在上端支撑件22上，并通过手动旋紧扳手23定位与夹紧。驱动电机21采用伺服电机，驱动电机21带动曲轴6按指定转速和方向进行回转运动，

如图4、图5所示，升降装置3包括升降电机31、丝杠32、导向柱33与升降电机座34。升降电机座34固接在立柱12顶部，升降电机31固接在升降电机座34上，升降电机31的输出轴与丝杠32相连，丝杠32竖向安装，丝杠32与立柱12平行。导向柱33一端竖向垂直固接在底部平台11上，另一端垂直固接在上端支撑件22上，丝杠32与磁粒研磨随动装置4螺纹相连，升降电机31采用伺服电机，升降电机31带动磁粒研磨随动装置4沿导向柱33上下运动。

如图5、图6所示，磁粒研磨随动装置4包括磁刷导向块41、连接架42、凸轮电机43、凸轮44、连杆45、铰接杆46、滑块47与磁刷导向柱48。

磁刷导向块48为长方体，磁刷导向柱48固接在磁刷导向块48的后面，连接架42固接在磁刷导向块48的侧面，凸轮电机43与滑块47固接在连接架42上，位于磁刷导向块48的前面。

凸轮电机43与凸轮44相连，凸轮电机43采用伺服电机，凸轮电机43带动凸轮44转动。连杆45一端与凸轮44相连，连杆45一端设有滚轮，凸轮外表面设有沟槽，沟槽的走向由曲轴的支撑轴面的运动规律设计，滚轮内嵌在沟槽内，沿沟槽运动，减少了应力集中和死点位置的形成。凸轮电机43带动凸轮44进行旋转，凸轮44通过连杆45带动磁刷5跟着曲轴6旋转运动，确定磁刷5与曲轴6表面距离保持在2～3mm，从而实现对待加工的曲轴表面进行研磨。

连杆45另一端与铰接杆46铰接，铰接杆46与磁刷5螺纹相连，安装深度可调节，进而可调节磁刷5的前后位置。磁刷5设有导向孔，磁刷导向柱48穿过导向孔，凸轮电机43带动凸轮44旋转，进而带动磁刷5沿磁刷导向柱48前后往复移动。

如图1、图2所示，磁刷导向块41与丝杠32螺纹连接，磁刷导向块41上设有两个导向孔，两个导向柱33分别穿过两个导向孔，滑块47安装在滑轨13上，升降电机31带动丝杠32旋转，进而带动磁刷导向块41沿两个导向柱33及滑轨13平稳的上下移动。

如图1、图2所示，一种曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研方法，具体包括如下步骤：

1)将曲轴6夹在驱动装置2上，首先将联轴器通过螺栓紧固在曲轴6的一端，然后将联轴器通过螺栓紧固在驱动电机21的输出轴端；

2)旋转曲轴6另一端的手动旋紧扳手23，将曲轴6进行定位夹紧；

3)水基研磨液与磁性研磨粒子以1:2的比例混合后吸附在磁刷5内部磁极上；

4)开启驱动电机21，通过联轴器带动曲轴6进行旋转，转速为600～1500r/min；

5)开启升降电机31，升降电机31带动丝杠32进行旋转，丝杠32带动磁刷5调整上下位置，确定磁刷5与待加工曲轴6表面的横向进给方向；

6)开启凸轮电机43，凸轮电机43带动凸轮44进行旋转，凸轮44通过连杆45带动磁刷5跟着曲轴6旋转运动，确定磁刷5与曲轴6表面距离保持在2～3mm；

7)当第一加工表面完成预定的加工时间后，凸轮44带动磁刷5退回极限位置后，通过升降装置3，带动磁刷5移动到下加工表面的预定位置，凸轮44继续带动磁刷5进行横向进给跟随加工作业；

8)待所有加工表面加工完成后，凸轮44带动磁刷5退回极限位置，升降装置3升至初始位置，驱动电机21停机，旋转曲轴6的另一端的手动旋紧扳手23，将曲轴6卸下；

9)对设备进行断电，并清洗磁刷5上的磁粒和底部平台11工作台表面。

本发明可用于加工不同轴径的曲轴或者非标轴类表面研磨，通过磁粒研磨实现轴类外表面的光整加工，整体结构简单合理，设计巧妙，操作简单，能够实现可调控研磨，工作效率高，研磨效果显著。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机，其特征在于，包括机架以及安装在机架上的驱动装置、升降装置、磁粒研磨随动装置与磁刷；驱动装置与曲轴或非标轴相连，带动曲轴或非标轴做回转运动；升降装置与磁粒研磨随动装置相连，带动磁粒研磨随动装置沿曲轴或非标轴的轴线往复移动；磁粒研磨随动装置与磁刷相连，磁粒研磨随动装置使得磁刷跟随着要研磨的曲轴或非标轴表面，且一直保持在2~3mm的加工距离，从而实现对待加工的曲轴或非标轴表面进行研磨；

所述机架包括底部平台、立柱与滑轨；底部平台与水平面平行，立柱竖向垂直固接在底部平台上，滑轨竖向固接在立柱上；

所述驱动装置包括驱动电机、上端支撑件与手动旋紧扳手；上端支撑件安装在立柱上，驱动电机通过电机座竖向垂直安装在底部平台上，驱动电机通过联轴器与曲轴或非标轴类的一端相连，曲轴或非标轴类的另一端通过轴承与上端支撑件转动相连，并通过手动旋紧扳手定位与夹紧；

所述升降装置包括升降电机、丝杠与导向柱；升降电机固接在立柱顶部，导向柱竖向垂直固接在底部平台上，升降电机与丝杠相连，丝杠与磁粒研磨随动装置螺纹相连，升降电机带动磁粒研磨随动装置沿导向柱上下运动；

所述磁粒研磨随动装置包括磁刷导向块、连接架、凸轮电机、凸轮、连杆、铰接杆、滑块与磁刷导向柱；

磁刷导向块为长方体，磁刷导向柱固接在磁刷导向块的后面，连接架固接在磁刷导向块的侧面，凸轮电机与滑块固接在连接架，位于磁刷导向块的前面；

凸轮电机与凸轮相连，凸轮电机带动凸轮转动；连杆一端与凸轮相连，连杆一端设有滚轮，凸轮外表面设有沟槽，滚轮内嵌在沟槽内，沿沟槽运动；凸轮电机带动凸轮进行旋转，凸轮通过连杆带动磁刷跟着曲轴旋转运动，确定磁刷与曲轴表面距离保持在2~3mm，从而实现对待加工的曲轴表面进行研磨；

连杆另一端与铰接杆铰接，铰接杆与磁刷螺纹相连；磁刷设有导向孔，磁刷导向柱穿过导向孔，凸轮电机带动凸轮旋转，进而带动磁刷沿磁刷导向柱前后往复移动；

所述驱动电机、升降电机与凸轮电机均采用伺服电机。

2.一种基于权利要求1所述适用于曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研磨机的曲轴及非标轴类实体表面的磁粒研方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）将曲轴或非标轴装夹在驱动装置上，首先将联轴器通过螺栓紧固在曲轴或非标轴的一端，然后将联轴器通过螺栓紧固在驱动电机的输出轴端；

2）旋转曲轴或非标轴的另一端的手动旋紧扳手，将曲轴或非标轴进行定位夹紧；

3）水基研磨液与磁性研磨粒子以1:2的比例混合后吸附在磁刷内部磁极上；

4）开启驱动电机，通过联轴器带动曲轴或非标轴进行旋转，转速为600~1500r/min;

5）开启升降电机，升降电机带动丝杠进行旋转，丝杠带动磁刷调整上下位置，确定磁刷与待加工曲轴表面的横向进给方向；

6）开启凸轮电机，凸轮电机带动凸轮进行旋转，凸轮通过连杆带动磁刷跟着曲轴或非标轴旋转运动，确定磁刷与曲轴或非标轴表面距离保持在2~3mm；

7）当第一加工表面完成预定的加工时间后，凸轮带动磁刷退回极限位置后，通过升降装置，带动磁刷移动到下加工表面的预定位置，凸轮继续带动磁刷进行横向进给跟随加工作业；

8）待所有加工表面加工完成后，凸轮带动磁刷退回极限位置，升降装置升至初始位置，驱动电机停机，旋转曲轴或非标轴的另一端的手动旋紧扳手，将曲轴卸下；

9）对设备进行断电，并清洗磁刷上的磁粒和工作台表面。