CN117161905B - 一种高精度活塞环磨削加工设备及其磨削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度活塞环磨削加工设备及其磨削加工方法，具体涉及磨削设备领域，该加工设备包括壳体，壳体上安装有直线驱动机构一，直线驱动机构一的输出端安装有转动驱动机构，转动驱动机构的输出端安装有安装架，安装架用于夹持活塞环，直线驱动机构一用于驱动转动驱动机构和安装架沿X方向移动；壳体上还安装有直线驱动机构二。本发明通过在圆筒上设置多个吸附磁片，驱动圆筒转动，实现在活塞环磨削时对碎屑进行均匀吸附的效果；通过设置收集盒，在对碎屑进行清理后便于对碎屑进行收集，通过设置有弧形遮挡板，在对碎屑收集完成后可以通过弧形遮挡板对碎屑进行遮挡，防止碎屑外泄。

Description

一种高精度活塞环磨削加工设备及其磨削加工方法

技术领域

本发明涉及磨削设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高精度活塞环磨削加工设备及其磨削加工方法。

背景技术

高精度活塞环是一种用于内燃机活塞系统的关键零部件。活塞环是套在活塞环槽上的闭合环状零件，位于活塞和气缸之间，起到密封气缸和控制润滑油的作用。在高精度活塞环加工过程中需要使用到磨削加工设备，磨削加工设备用于去除工件表面的金属层，以获得所需活塞环的尺寸、表面精度和形状。由于活塞环需要具备高强度、耐磨损、耐高温和耐腐蚀等性能，因此活塞环使用铸铁材料进行加工也最为常见。

现有技术中为了提高加工效率，通常把多个待加工件紧密接触安装在同一安装架上，并驱动砂轮与活塞环相对转动（在活塞环精磨时，砂轮与活塞环的转速相较于粗磨较低），通过砂轮磨削面的转动实现对活塞环外表面的磨削加工。

在磨削过程中通常会使用气动设备去除活塞环表面的碎屑，使碎屑快速脱离活塞环，避免碎屑影响磨削质量，但是在加工铸铁材料时，砂轮通过与铸铁表面的摩擦和切削，因摩擦导致的磁滞效应会使部分铁屑被磁化并具有磁性，而这些含有磁性的铁屑会磁吸在活塞环上，在使用气动设备时产生的气流难以直接将铁屑带离活塞环表面，反而会带动这些铁屑沿活塞环表面产生滑动，进而对活塞环表面造成划痕，影响加工质量。

发明内容

本发明提供的一种高精度活塞环磨削加工设备及其磨削加工方法，所要解决的问题是：现有的高精度活塞环磨削加工设备，在对活塞环进行磨削时难以将铁屑带离活塞环表面，影响加工质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度活塞环磨削加工设备，包括壳体，壳体上安装有直线驱动机构一，直线驱动机构一的输出端安装有转动驱动机构，转动驱动机构的输出端安装有安装架，安装架用于夹持活塞环，直线驱动机构一用于驱动转动驱动机构和安装架沿X方向移动；

壳体上还安装有直线驱动机构二，直线驱动机构二的输出端安装有磨削机构，直线驱动机构二用于驱动磨削机构沿Y轴移动，磨削机构包括砂轮，砂轮用于对活塞环进行打磨；

安装架的一侧设置有杂质磁吸机构，杂质磁吸机构固定安装在直线驱动机构一的输出端，杂质磁吸机构随着直线驱动机构一同步移动，杂质磁吸机构包括吸附磁片，吸附磁片的分布长度大于安装架上夹持的活塞环的总长度，吸附磁片用于吸附砂轮磨削产生的碎屑。

在一个优选的实施方式中，杂质磁吸机构还包括圆筒，圆筒的一端与直线驱动机构一转动连接，吸附磁片设置有多个，多个吸附磁片均匀分布在圆筒的外侧壁上，圆筒的一端设置有电机二，电机二的输出端与圆筒的一端固定连接，电机二固定安装在直线驱动机构一上。

在一个优选的实施方式中，杂质磁吸机构还包括圆盘，圆盘与直线驱动机构一转动连接，圆盘转动套设在圆筒的外侧，圆盘的圆周方向固定连接有多个连接板，其中两个相邻的连接板之间设置有刮板，圆盘的一端设置有电机一，电机一的输出端与圆盘的一端固定连接，电机一固定安装在直线驱动机构一上。

在一个优选的实施方式中，圆筒的一端开设有收集槽，收集槽位于圆筒侧面的位置开口设置，收集槽的内部设置有收集盒，收集盒的入料口与收集槽位于圆筒侧面位置的开口对齐,连接板与圆筒之间具有间隙，刮板与圆筒的外壁贴合。

在一个优选的实施方式中，圆筒的一端固定安装有微型电动推杆，圆筒位于收集盒的入料口处设置有弧形槽，弧形槽的内部滑动连接有弧形遮挡板，微型电动推杆的输出端通过连杆结构驱动弧形遮挡板在弧形槽的内部滑动，从而使弧形遮挡板将收集盒的入料口打开或关闭。

在一个优选的实施方式中，连杆结构包括调节座，调节座的一端与圆筒的端部铰接，调节座沿长度方向依次开设有矩形孔二和矩形孔一，弧形遮挡板上固定连接有圆轴，圆轴在矩形孔一的内部滑动，微型电动推杆的输出端固定连接有固定座，固定座上安装一销轴，销轴在矩形孔二的内部滑动。

在一个优选的实施方式中，安装架包括支撑辊、定位座一以及定位座二，定位座一以及定位座二均螺纹连接在支撑辊上，多个活塞环通过定位座一以及定位座二安装在安装架上。

在一个优选的实施方式中，磨削机构包括马达，砂轮固定安装在马达的输出轴上，马达的外侧固定套设有保护壳，保护壳上固定安装有保护罩，砂轮位于保护罩内。

在一个优选的实施方式中，活塞环磨削加工设备还包括机械臂，机械臂包括主转轴，主转轴上转动设置有摆动臂一，摆动臂一上转动设置有摆动臂二，摆动臂二上转动设置有摆动臂三，摆动臂三上固定安装有支撑轴，支撑轴用于对安装架进行支撑并对安装架进行转移。

在一个优选的实施方式中，高精度活塞环磨削加工设备的磨削加工方法，包括以下步骤：

步骤一、将多个活塞环安装在安装架上，再将安装架安装在转动驱动机构的输出端；

步骤二、通过转动驱动机构带动安装架转动，通过直线驱动机构一带动转动驱动机构和安装架沿X方向移动；

步骤三、通过直线驱动机构二带动磨削机构沿Y轴移动，砂轮对活塞环的外表面进行磨削，磨削过程中，吸附磁片对打磨出的磨屑进行吸附。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过在圆筒上设置多个吸附磁片，驱动圆筒转动，实现在活塞环磨削时对碎屑进行均匀吸附的效果，通过设置有刮板，可以在吸附磁片表面吸附一定的杂质后驱动刮板对碎屑进行清理。

2、本发明通过设置收集盒，在对碎屑进行清理后便于对碎屑进行收集，通过设置有弧形遮挡板，在对碎屑收集完成后可以通过弧形遮挡板对碎屑进行遮挡，防止碎屑外泄。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的杂质磁吸机构的立体结构示意图。

图3为本发明的杂质磁吸机构的立体结构示意图。

图4为本发明的连接板的立体结构示意图。

图5为本发明的连接板主视的剖视结构示意图。

图6为本发明的圆筒的立体结构示意图。

图7为本发明的圆筒的主视图。

图8为本发明的传动轴的立体结构示意图。

图9为本发明的传动轴与活塞环的立体结构示意图。

图10为本发明的方法流程示意图。

附图标记为：1、壳体；2、机械臂；3、直线驱动机构一；4、直线驱动机构二；5、转动驱动机构；6、磨削机构；61、砂轮；7、整形机构；8、杂质磁吸机构；811、圆盘；812、连接板；813、圆环；814、刮板；815、电机一；816、转轴；821、圆筒；822、收集槽；823、导向槽；824、弧形槽；825、吸附磁片；826、收集盒；827、连接座；828、导向轴；829、电机二；831、弧形遮挡板；832、圆轴；833、调节座；834、矩形孔一；835、矩形孔二；836、微型电动推杆；837、固定座；9、安装架；91、活塞环。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

参照说明书附图1-图10，一种高精度活塞环磨削加工设备，包括壳体1，壳体1上安装有直线驱动机构一3，直线驱动机构一3的输出端安装有转动驱动机构5，转动驱动机构5的输出端安装有安装架9，安装架9用于夹持活塞环91，直线驱动机构一3用于驱动转动驱动机构5和安装架9沿X方向移动；壳体1上还安装有直线驱动机构二4，直线驱动机构二4的输出端安装有磨削机构6，直线驱动机构二4用于驱动磨削机构6沿Y轴移动，磨削机构6包括砂轮61，砂轮61用于对活塞环91进行打磨；安装架9的一侧设置有杂质磁吸机构8，杂质磁吸机构8固定安装在直线驱动机构一3的输出端，杂质磁吸机构8随着直线驱动机构一3同步移动，杂质磁吸机构8包括吸附磁片825，吸附磁片825的分布长度大于安装架9上夹持的活塞环91的总长度，吸附磁片825用于吸附砂轮61磨削产生的碎屑。

需要说明的是，直线驱动机构二4可以使用电机驱动的方式，电机的输出端固定安装螺纹杆，螺纹杆的外侧螺纹连接有移动台，直线驱动机构二4上安装有整形机构7，整形机构7包括电驱动机构，电驱动机构可以采用电机驱动的方式，电机的输出端固定安装有整形轮，整形轮用于对砂轮61进行整形。

还需要说明的是，直线驱动机构一3可以使用气缸驱动的方式，使用气缸的输出端驱动滑台移动，转动驱动机构5安装在滑台上，转动驱动机构5可以采用电机驱动的方式，电机的输出端固定设置有驱动轴，驱动轴与定位座一相卡装。

还需要说明的是，安装架9的可以使用一个辅助轴，辅助轴上螺纹连接有端盖，将多个活塞环91套设在辅助轴上，通过端盖对活塞环91进行定位。

具体实施场景为：将多个活塞环91安装在安装架9上，再将安装架9安装在转动驱动机构5的输出端，通过转动驱动机构5输出轴的转动带动安装架9转动，安装架9再带动多个活塞环91转动，再通过直线驱动机构一3的输出端带动转动驱动机构5和安装架9沿X方向移，通过直线驱动机构二4带动磨削机构6沿Y轴移动，砂轮61对活塞环91的外表面进行磨削，磨削过程中，活塞环91被安装架9带动转动，吸附磁片825对打磨出的磨屑进行吸附。

如图2与图3所示，为了对吸附磁片825表面的杂质进行自动清理，提高吸附磁片825表面磁性吸附能力，具体地，杂质磁吸机构8还包括圆筒821，圆筒821的一端与直线驱动机构一3转动连接，吸附磁片825设置有多个，多个吸附磁片825均匀分布在圆筒821的外侧壁上，圆筒821的一端设置有电机二829，电机二829的输出端与圆筒821的一端固定连接，电机二829固定安装在直线驱动机构一3上。

需要说明的是，收集槽822的内壁上开设有两个导向槽823，收集盒826上固定安装有两个连接座827，连接座827滑动设置在相对应的导向槽823上，不仅可以对收集盒826的移动起到导向的效果，还可以对收集盒826进行定位，弧形槽824的内壁上固定设置有导向轴828，弧形遮挡板831滑动套设在导向轴828上。

还需要说明的是，启动电机二829，电机二829输出轴的转动带动圆筒821转动，圆筒821的转动带动多个吸附磁片825转动，使磨削产生的碎屑被均匀的吸附在多个吸附磁片825上。

如图4与图5所示，杂质磁吸机构8还包括圆盘811，圆盘811与直线驱动机构一3转动连接，圆盘811转动套设在圆筒821的外侧，圆盘811的圆周方向固定连接有多个连接板812，其中两个相邻的连接板812之间设置有刮板814，圆盘811的一端设置有电机一815，电机一815的输出端与圆盘811的一端固定连接，电机一815固定安装在直线驱动机构一3上。

需要说明的是，多个连接板812上固定设置有同一个圆环813，圆环813可以对连接板812起到稳定支撑的效果。

还需要说明的是，在对碎屑进行吸附时启动电机一815，使电机一815的转动速度与电机二829的转速相同，当需要对吸附磁片825表面吸附的碎屑进行清理时，当刮板814位于圆筒821的上方时，关闭电机一815并启动电机二829，电机二829的转动带动圆筒821转动，圆筒821的转动调动吸附磁片825转动，吸附磁片825表面的杂质会被刮板814刮下，实现清理吸附磁片825表面杂质的效果。

如图6所示，圆筒821的一端开设有收集槽822，收集槽822位于圆筒821侧面的位置开口设置，收集槽822的内部设置有收集盒826，收集盒826的入料口与收集槽822位于圆筒821侧面位置的开口对齐,连接板812与圆筒821之间具有间隙，刮板814与圆筒821的外壁贴合。

需要说明的是，被刮板814刮下的碎屑会落在收集槽822内，然后碎屑会被落在收集盒826内，实现对碎屑进行收集的效果，并且便于在维护设备时取出收集盒826并对杂质进行统一清理。

如图7所示，圆筒821的一端固定安装有微型电动推杆836，圆筒821位于收集盒826的入料口处设置有弧形槽824，弧形槽824的内部滑动连接有弧形遮挡板831，微型电动推杆836的输出端通过连杆结构驱动弧形遮挡板831在弧形槽824的内部滑动，从而使弧形遮挡板831将收集盒826的入料口打开或关闭。

需要说明的是，当碎屑收集完成后，为防止碎屑外泄，弧形遮挡板831对碎屑进行遮挡。

如图7所示，连杆结构包括调节座833，调节座833的一端与圆筒821的端部铰接，调节座833沿长度方向依次开设有矩形孔二835和矩形孔一834，弧形遮挡板831上固定连接有圆轴832，圆轴832在矩形孔一834的内部滑动，微型电动推杆836的输出端固定连接有固定座837，固定座837上安装一销轴，销轴在矩形孔二835的内部滑动。

需要说明的是，启动微型电动推杆836，微型电动推杆836输出端的移动带动调节座833转动，调节座833的转动带动圆轴832移动，圆轴832的移动使弧形遮挡板831在弧形槽824内滑动，实现对收集槽822进行闭合的效果，防止碎屑外泄。

如图1所示，安装架9包括支撑辊、定位座一以及定位座二，定位座一以及定位座二均螺纹连接在支撑辊上，多个活塞环91通过定位座一以及定位座二安装在安装架9上。

需要说明的是，取下定位座一后，将多个活塞环91套设在支撑辊上，再对定位座一进行复位安装，通过定位座一以及定位座二对多个活塞环91起到定位夹持的效果。

如图1所示，磨削机构6包括马达，砂轮61固定安装在马达的输出轴上，马达的外侧固定套设有保护壳，保护壳上固定安装有保护罩，砂轮61位于保护罩内。

需要说明的是，马达输出轴的转动带动砂轮61转动，保护壳对马达起到良好的保护，保护罩减小砂轮61暴露在外的面积，防止砂轮61的转动造成工作人员受伤。

如图1所示，活塞环磨削加工设备还包括机械臂2，机械臂2包括主转轴，主转轴上转动设置有摆动臂一，摆动臂一上转动设置有摆动臂二，摆动臂二上转动设置有摆动臂三，摆动臂三上固定安装有支撑轴，支撑轴用于对安装架9进行支撑并对安装架9进行转移。

需要说明的是，机械臂2驱动摆动臂一、摆动臂二以及摆动臂三移动，通过支撑轴将安装架9转移到直线驱动机构一3上，降低工作人员的工作量。

参照附图1-图10，一种高精度活塞环磨削加工设备的磨削加工方法，包括以下步骤：

步骤一、将多个活塞环91安装在安装架9上，再将安装架9安装在转动驱动机构5的输出端；

步骤二、通过转动驱动机构5带动安装架9转动，通过直线驱动机构一3带动转动驱动机构5和安装架9沿X方向移动；

步骤三、通过直线驱动机构二4带动磨削机构6沿Y轴移动，砂轮61对活塞环91的外表面进行磨削，磨削过程中，吸附磁片825对打磨出的磨屑进行吸附。

壳体1由7吨FC30铸铁铸造而成，经过时效处理，低重心设计，床身整体震动幅度小，稳定性强。搭配X轴，Z轴，双西门子直线电机，海德汉光栅尺，及THK直线导轨，双轴进给精度高达0.001mm。砂轮61头主轴内置动平衡及AE消空程防碰撞系统，能对加工过程中对砂轮61震动产生的重心偏移，自动校正，维持砂轮61平衡，使砂轮61一直保持在一个平衡稳定的状态达到最好的磨削效果。AE消空程防碰撞系统，能提有效防止砂轮61碰撞，提高砂轮61在退刀进刀的速度，减少在安全距离砂轮61进给所消耗的时间。砂轮61配备后置式成型滚轮修砂，使机床在加工后里面得到修正，加工节拍大幅提高。活塞环91工件采用带旋转伸缩的定制工作头，搭配六轴机器人实现定位装夹。重复定位精度0.002mm。加工使用马波斯外径量仪实时监控，使加工进给精度高达0.002mm内。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高精度活塞环磨削加工设备，其特征在于，包括壳体（1），所述壳体（1）上安装有直线驱动机构一（3），所述直线驱动机构一（3）的输出端安装有转动驱动机构（5），所述转动驱动机构（5）的输出端安装有安装架（9），所述安装架（9）用于夹持活塞环（91），所述直线驱动机构一（3）用于驱动转动驱动机构（5）和安装架（9）沿X方向移动；

所述壳体（1）上还安装有直线驱动机构二（4），所述直线驱动机构二（4）的输出端安装有磨削机构（6），所述直线驱动机构二（4）用于驱动磨削机构（6）沿Y轴移动，所述磨削机构（6）包括砂轮（61），所述砂轮（61）用于对活塞环（91）进行打磨；

所述安装架（9）的一侧设置有杂质磁吸机构（8），所述杂质磁吸机构（8）固定安装在直线驱动机构一（3）的输出端，所述杂质磁吸机构（8）随着直线驱动机构一（3）同步移动，所述杂质磁吸机构（8）包括吸附磁片（825），所述吸附磁片（825）的分布长度大于安装架（9）上夹持的活塞环（91）的总长度，所述吸附磁片（825）用于吸附砂轮（61）磨削产生的碎屑；

所述杂质磁吸机构（8）还包括圆筒（821），所述圆筒（821）的一端与直线驱动机构一（3）转动连接，所述吸附磁片（825）设置有多个，多个所述吸附磁片（825）均匀分布在圆筒（821）的外侧壁上，所述圆筒（821）的一端设置有电机二（829），所述电机二（829）的输出端与圆筒（821）的一端固定连接，所述电机二（829）固定安装在直线驱动机构一（3）上；

所述杂质磁吸机构（8）还包括圆盘（811），所述圆盘（811）与直线驱动机构一（3）转动连接，所述圆盘（811）转动套设在圆筒（821）的外侧，所述圆盘（811）的圆周方向固定连接有多个连接板（812），其中两个相邻的连接板（812）之间设置有刮板（814），所述圆盘（811）的一端设置有电机一（815），所述电机一（815）的输出端与圆盘（811）的一端固定连接，所述电机一（815）固定安装在直线驱动机构一（3）上；

所述圆筒（821）的一端开设有收集槽（822），所述收集槽（822）位于圆筒（821）侧面的位置开口设置，所述收集槽（822）的内部设置有收集盒（826），所述收集盒（826）的入料口与收集槽（822）位于圆筒（821）侧面位置的开口对齐,所述连接板（812）与圆筒（821）之间具有间隙，所述刮板（814）与圆筒（821）的外壁贴合；

所述圆筒（821）的一端固定安装有微型电动推杆（836），所述圆筒（821）位于收集盒（826）的入料口处设置有弧形槽（824），所述弧形槽（824）的内部滑动连接有弧形遮挡板（831），所述微型电动推杆（836）的输出端通过连杆结构驱动弧形遮挡板（831）在弧形槽（824）的内部滑动，从而使弧形遮挡板（831）将收集盒（826）的入料口打开或关闭；

连杆结构包括调节座（833），所述调节座（833）的一端与圆筒（821）的端部铰接，所述调节座（833）沿长度方向依次开设有矩形孔二（835）和矩形孔一（834），所述弧形遮挡板（831）上固定连接有圆轴（832），所述圆轴（832）在矩形孔一（834）的内部滑动，所述微型电动推杆（836）的输出端固定连接有固定座（837），所述固定座（837）上安装一销轴，销轴在矩形孔二（835）的内部滑动。

2.根据权利要求1所述的一种高精度活塞环磨削加工设备，其特征在于：安装架（9）包括支撑辊、定位座一以及定位座二，所述定位座一以及所述定位座二均螺纹连接在所述支撑辊上，多个活塞环（91）通过定位座一以及定位座二安装在所述安装架（9）上。

3.根据权利要求1所述的一种高精度活塞环磨削加工设备，其特征在于：磨削机构（6）包括马达，砂轮（61）固定安装在马达的输出轴上，马达的外侧固定套设有保护壳，所述保护壳上固定安装有保护罩，所述砂轮（61）位于所述保护罩内。

4.根据权利要求1所述的一种高精度活塞环磨削加工设备，其特征在于：活塞环磨削加工设备还包括机械臂（2），所述机械臂（2）包括主转轴，所述主转轴上转动设置有摆动臂一，所述摆动臂一上转动设置有摆动臂二，所述摆动臂二上转动设置有摆动臂三，所述摆动臂三上固定安装有支撑轴，所述支撑轴用于对所述安装架（9）进行支撑并对安装架（9）进行转移。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高精度活塞环磨削加工设备的磨削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将多个活塞环（91）安装在安装架（9）上，再将安装架（9）安装在转动驱动机构（5）的输出端；

步骤二、通过转动驱动机构（5）带动安装架（9）转动，通过直线驱动机构一（3）带动转动驱动机构（5）和安装架（9）沿X方向移动；

步骤三、通过直线驱动机构二（4）带动磨削机构（6）沿Y轴移动，砂轮（61）对活塞环（91）的外表面进行磨削，磨削过程中，吸附磁片（825）对打磨出的磨屑进行吸附。