CN1385277A - 摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法及装置。它使摩擦副零件作旋转运动,使用脉冲激光束,使其沿着作旋转运动的摩擦副零件相对移动,经过聚焦的脉冲激光束在摩擦副零件工作表面加工出微坑。本发明的优点:(1)可在摩擦副工作表面形成相互独立、深度一致、数以千计的微坑;(2)它是无接触加工,并且高能量脉冲激光束的能量及其移动速度均可调,摩擦副零件的转动速度也可进行调整,因此可根据摩擦学理论,实现各种摩擦副工作表面储油结构设计;(3)表面微坑激光成型过程中无“工具”磨损,无“切削力”作用于工件,可有效地保证微坑深度的一致性,不会造成零件的变形;(4)微坑加工效率高;(5)可提高摩擦副耐磨性,避免咬合,有显著的经济效益和社会效益。

Description

摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法及装置

                          技术领域

本发明涉及表面加工方法及装置，尤其涉及摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法及装置。

                          背景技术

在各种具有相对运动的摩擦副中，摩擦副工作表面必须生成储油结构，以储存润滑油，减少摩擦与磨损，保证运动副的寿命。通常采用平顶珩磨、超精加工作为摩擦副工作表面最终加工工序，以形成交叉网纹沟槽式平顶储油结构；或者采用松孔镀铬方法对缸套内孔表面镀铬即镀硬铬后进行逆电解，其表面形成网状沟槽式储油结构，再珩磨加工的工艺过程；或者采用振动冲击加工方法在摩擦副工作表面形成相互独立的微坑，再珩磨加工的工艺过程。

平顶珩磨和松孔镀铬方法都可以在一定程度上提高摩擦副的耐磨性。但是，由于网状沟槽互相联通，储存在沟槽里的润滑油将被沿着沟槽挤出去，摩擦副寿命的提高并不显著。振动冲击方法可以在摩擦副工作表面形成相互独立的微坑，但工具头的磨损对微坑深度有一定的影响，且不适宜加工高硬度材料。

                          发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法及装置。

摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法是摩擦副零件作旋转运，使用脉冲激光束，使其沿着作旋转运动的摩擦副零件相对移动，经过聚焦的脉冲激光束在摩擦副零件工作表面加工出微坑。

所说的摩擦副零件为气缸、曲轴、刹车盘、制动鼓、凸轮、齿轮、连杆、轴。

摩擦副工作表面微坑数控激光成型装置是一个电动机通过第一副小齿轮、大齿轮、滚珠丝杠带动激光主轴进行直线运动；另一个电动机通过第二副小齿轮、大齿轮带动传动轴旋转，再通过第三副小齿轮、大齿轮将传动轴的转动传递到机床工作台传动轴，带动工作台的转动；夹具安装在工作台上，气缸安装在夹具中；数控系统控制两个电动机的转速，控制激光主轴和工作台的运动速度。

本发明的优点：

(1)可在摩擦副工作表面形成相互独立、深度一致、数以千计的微坑；

(2)它是无接触加工，并且高能量脉冲激光束的能量及其移动速度均可调，摩擦副零件的转动速度也可进行调整，因此可根据摩擦学理论，实现各种摩擦副工作表面储油结构设计；

(3)表面微坑激光成型过程中无“工具”磨损，无“切削力”作用于工件，可有效地保证微坑深度的一致性，不会造成零件的变形；

(4)微坑加工效率高，可达2000～10000个微坑/秒；

(5)可提高摩擦副耐磨性，避免咬合，有显著的经济效益和社会效益。

                              附图说明

图1是缸套工作表面微坑的结构图；

图2是气缸工作表面微坑数控激光成型方法示意图；

图3是曲轴工作表面微坑数控激光成型方法示意图；

图4是凸轮轴工作表面微坑数控激光成型方法示意图；

图5是表面微坑数控激光成型装置结构示意图。

                      具体实施方式

摩擦副工作表面微坑数控激光成型装置是电动机1通过小齿轮2、大齿轮3、滚珠丝杠4带动激光主轴5进行直线运动；电动机13通过小齿轮15，大齿轮14带动传动轴17旋转，小齿轮12、大齿轮11将传动轴17的转动传递到传动轴10，带动工作台9的转动；夹具8安装在工作台9上，气缸27安装在夹具8中；数控系统控制电动机1、电动机13的转速，控制激光主轴5和工作台9的运动速度。

如图1所示，机床的工作参数与缸套微坑各参数之间的关系由下面的关系式确定： $a=\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{4\mathrm{\α}}}\·d-----\left(1\right)$ $n=\frac{60\mathrm{fa}}{\mathrm{\πD}}-----\left(2\right)$ 式中  α—微坑间距(mm)

  α—有微坑的工作面积

      与整个工作表面积之比

      α＝(25～35)％

  d—微坑孔口直径(mm)

  n—机床转速(r/min)

  f—激光脉冲重复频率(Hz)

  D—工件的内径(mm)微坑孔口直径d的取值可根据活塞环的宽度而定，一般可取活塞环宽度的(30～70)％，由微坑的分布及结构参数可得出缸套微坑数量N的似计算公式： $N=\frac{60\mathrm{fl}}{\mathrm{nS}}-----\left(3\right)$ 式中N—缸套工作表面的微坑数量

l—有微坑的缸套工作表面长度(mm)

S—轴向进给量(mm/r)

改变微坑结构参数(微坑口部直径d、微坑深度h、气缸轴向微坑间距α)及微坑加工长度l，可获得不同的储油量。

如图2所示，激光输出头要进入气缸内孔中。脉冲激光束经过聚焦后使气缸材料加热急剧汽化，产生高压蒸汽，在气缸工作表面上形成微坑。为了在气缸工作表面制造出按一定规律分布的微坑，可使气缸旋转，脉冲激光束沿气缸轴线方向进行直线运动。通过数控系统来控制气缸转动和脉冲激光束直线运动速度。

如图3所示，脉冲激光束经过聚焦后使曲轴材料加热急剧汽化，产生高压蒸汽，在曲轴工作表面上形成微坑。为了在曲轴工作表面形成按一定规律分布的微坑，可使曲轴旋转，脉冲激光束沿曲轴轴线方向移动。通过数控系统来控制曲轴转动和脉冲激光束直线运动速度。

如图4所示，脉冲激光束经过聚焦后使曲轴材料加热急剧汽化，产生高压蒸汽，在凸轮轴工作表面上形成微坑。为了在凸轮轴工作表面形成按一定规律分布的微坑，可使凸轮轴旋转，脉冲激光束沿凸轮轴线方向移动。通过数控系统来控制凸轮轴转动和脉冲激光束直线运动速度。

数控激光成型方法可以用于气缸、曲轴、刹车盘、制动鼓、凸轮、齿轮、连杆、轴等摩擦副零件工作表面微坑加工。

Claims (3)

1.一种摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法，其特征在于摩擦副零件作旋转运动，使用脉冲激光束，使其沿着作旋转运动的摩擦副零件相对移动，经过聚焦的脉冲激光束在摩擦副零件工作表面加工出微坑。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦副工作表面微坑数控激光成型方法，其特征在于所说的摩擦副零件为气缸、曲轴、刹车盘、制动鼓、凸轮、齿轮、连杆、轴。

3.一种摩擦副工作表面微坑数控激光成型装置，其特征在于电动机1通过小齿轮2、大齿轮3、滚珠丝杠4带动激光主轴5进行直线运动；电动机13通过小齿轮15，大齿轮14带动传动轴17旋转，小齿轮12、大齿轮11将传动轴17的转动传递到传动轴10，带动工作台9的转动；夹具8安装在工作台9上，气缸7安装在夹具8中；数控系统控制电动机1、电动机13的转速，控制激光主轴5和工作台9的运动速度。

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