CN2381421Y - 活塞环内外圆加工装置 - Google Patents

Abstract

一种活塞环内外圆加工装置,由机床、伺服刀架组件和数控组件三部分构成,其中伺服刀架组件为本实用新型的发明特征,伺服刀架组件包括偏心机构、柔性传动链、活动平台、传动比调整机构、直线滚动导轨和小刀架,控制电机转轴与偏心轴一端固连,偏心机构连接柔性传动链,并通过柔性传动链的传动件传动活动平台,小刀架及刀杆固定在活动平台的上盖上。本实用新型利用现代数控技术,其控制精度和加工效率高,技术先进,性能优良。

Description

活塞环内外圆加工装置

本实用新型涉及一种机械加工装置，特别是涉及一种活塞环内外圆车削加工装置。

活塞环是内燃机的重要零件，为了保证活塞环工作时的性能，要求它的自由形状必须符合特定的函数关系，这就使其自由形状变得极为复杂，且难以加工。为了加工这种活塞环的内外圆，目前应用最多、设备较为先进的仍然是传统的凸轮仿形装置。凸形仿形装置其共同特点是首先根据活塞环的自由形状要求，制造出高精度的凸轮，对应于每一型号的活塞环需要制造一种凸轮，或者将活塞环按其形状特征分类，制造出少数几种凸轮，该凸轮与变比例机构配合，可以加工出各种型号的活塞环产品，用上述方法加工活塞环存在以下缺点：凸轮加工要求精度高，加工周期长，费用昂贵；凸轮与传动装置之间存在摩擦损耗，致使活塞环的加工精度降低，再次修复凸轮是一件复杂而周期长的事情；此外，传动机构间的间隙摩擦也是造成降低加工精度的另一个重要原因。近年来曾有人设想用普通数控(计算机——步进电机——滚珠丝杠——刀架)方法来加工活塞环，但由于步进电机难以适应快速往返转动的要求，而没有取得预想的效果。此外，用于加工铝活塞异形外圆的直线式电机(U S4,653,360)可直接控制刀具做快速往复运动，但由于其所提供的输出力和往复位移量都很小，因而不能满足加工活塞环的要求。

本实用新型之目的旨在提供一种摆脱传统凸轮仿形加工方法、利用现代数控技术、加工效率和控制精度高、传动机构柔性连接、寿命长、函数关系在计算机中设定容易、简化活塞环加工工艺的活塞环内外圆加工装置。

本实用新型的技术解决方案是：这种活塞环内外圆加工装置由机床、伺服刀架组件和数控组件三部分构成，其中伺服刀架组件为本实用新型的发明特征，伺服刀架组件包括偏心机构、柔性传动链、活动平台、传动比调整机构、直线滚动导轨和小刀架，偏心机构的偏心轴外圆与轴承内圈相连，偏心轴一端与控制电机转轴固连，轴承安装在轴承座内，柔性传动链包括偏摆件、变比杆和传动件，偏摆件为轴承座、板簧、套筒依次连接的整体，套筒套在变比杆右端，变比杆的左端为一铰支座，铰支座左端固定在伺服刀架的底座上，传动件为套筒、簧片、套筒依次连接的一体结构，两套筒分别与变比杆和连杆组成滑动连接副或固连，活动平台的两侧通过直线滚动导轨副与伺服刀架底座相连，连杆的两端通过固定支座与活动平台连接，传动比调整机构为螺杆两端分别通过轴承座和支座与活动平台相连，螺杆穿过传动件的螺杆孔，形成螺纹副，小刀架固定在活动平台的上盖上，小刀架上装有分别车削活塞环内外圆的刀杆。

本实用新型的机床和数控组件均可采用现有技术及设备，与伺服刀架组件有机地结合在一起，因此，本实用新型和现有技术相比，具有以下优点和显著效果：

1、伺服刀架的输入是电机的转角，而不是凸轮的径向位移，这就摆脱了传统的凸轮仿形加工方法，而为活塞环加工打通了利用现代数控技术的道路；

2、加工不同型号活塞环只要求控制电机沿一个方向按不同规律不断改变运转速度，从而克服了通用数控方案要求电机快速往复旋转的弊病，提高了加工效率；

3、由于不用凸轮，从而提高了控制精度，缩短了加工周期；

4、传动机构使用柔性连接，消除了间隙，减小摩擦，传动精度大大提高，传动机构寿命长；

5、传动机构从电机转角到刀尖位移是非线性变换，它们的函数关系极易在计算机系统中设定，不会造成控制的复杂性。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型工作原理示意图；

图3为本实用新型铰支点实施例示意图；

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明：

参见图1，本实用新型由机床、伺服刀架组件和数控组件三部分构成，其中伺服刀架组件为本实用新型的发明核心。

伺服刀架组件包括偏心机构、柔性传动链、活动平台、传动比调整机构、直线滚动导轨和小刀架等部分。

偏心机构主要是一个偏心轴2，其一端与控制电机的转轴1固连，外圆与轴承3的内圈相连。控制电机旋转时，偏心轴2的几何中心的轨迹是一个半径为e的圆，e是电机轴心与偏心轴几何中心的距离(偏心轴的偏心量)。

柔性传动链由偏摆件4、变比杆6和传动件10组成。

偏摆件包括轴承座5、板簧7和套筒9等部分。轴承座5内安装轴承3，板簧上端与轴承座固连，下端与套筒固连。套筒9套在变比杆6上，并通过螺钉40紧固在变比杆上。偏摆件的作用是将偏心轴2几何中心的圆运动转换为变比杆的摆动。

变化杆6的左端为一铰支座，由两个圆孔和开口槽形成铰支点11，通过螺钉13将铰支座的左端固定在伺服刀架的底座20上。当变比杆6的右端受垂直于其轴线的作用力时，变比杆将以铰支点11为圆心产生摆动(角位移)。必要时，铰支点11也可以改为簧片，如图3所示。

传动件10由簧片12、可调整的套筒42、43、螺钉15、14和螺栓孔44等组成。簧片12是长方形板簧，其作用是传递变比杆的Y向位移。套筒42、43与簧片12为一体结构，分别与变比杆6和连杆16组成滑动连接副。螺钉15，14拧紧时，传动件分别与变比杆6和连杆16形成固连状态。

活动平台41的两侧通过直线滚动导轨副22和23与伺服刀架底座20相连。因而活动平台41只能相对底座20沿Y向运动。连杆16的两端通过固定支座24和25与活动平台连接。

传动比调整机构：螺杆17的轴线与连杆16的轴线平行。其两端通过轴承座18、和支座25与活动平台相连。轴承座18限制螺杆17沿其轴向运动。螺杆穿过传动件的螺杆孔44形成螺纹副。当松开螺钉15和14时，转动螺杆右端的手柄21将迫使传动件10沿螺杆的轴向移动。

小刀架26固定在活动平台的上盖36上，随活动平台沿Y向作往复运动。在小刀架上装有两付刀杆55和54，其上各装有粗、精车刀57和58，分别车削活塞环的内外圆。

伺服刀架的工作过程如下述：

电机27固定在底座20的顶盖35上。当电机27转动时，带动偏心轴2转动，偏心轴2的几何中心运动轨迹是一个圆，通过轴承3又将这种运动传递到偏摆件4。就是说，电机旋转时迫使偏摆件4的上端做圆运动，圆半径就是偏心轴的偏心量e。将偏摆件上端的圆运动分解为垂直分量Y和水平分量X，其中水平分量X将造成簧片7的弯曲，而垂直分量Y则迫使变比杆6绕其铰支点11往复摆动。

传动件簧片12的上端点8随变比杆6的摆动而沿Y向产生往复运动，此外，点8沿X向尚有微小运动。X向的运动变为簧片12的弯曲，Y向运动将会推动连杆16运动，这种运动又通过活动平台41，上盖板36，小刀架26传递给车刀57、58。

概括起来说，控制电机27的旋转运动最终造成车刀57、58的进退刀运动。电机旋转一周，车刀往返一次且有严格的位置对应关系。由于活塞环内外圆的自由形状加工主要是通过改变车刀的位置来实现，根据上述对应关系，一定的活塞环自由形状将会对应一定的电机转角。就是说，控制电机的转角规律，就能加工出不同的活塞环自由形状。

传动件10的主要作用有两个，一是将变比杆6的摆动转换为活动平台41沿Y向的往复运动，另一个作用是改变这两种运动的比例。调整比例的步骤是：先松开螺母15和14。旋转手柄21使传动件10沿变比杆6和连杆16的轴向运动。传动件靠近偏摆件4时，比例增大，即车刀的往复运动幅度增大；反之，车刀的往复运动幅度减小。车刀运动的最大幅度取决于偏心轴2的偏心量e。调整完毕后应拧紧螺钉15和14。

图2为活塞环内外圆加工装置的典型系统方案：

车床部分可根据需要选用普通车床或通用数控车床进行改造，也可以设计专用的活塞环车床。图2所示为普通车床。它包括床身32、主轴箱30、中拖板48、车床导轨34等部分。活塞环工装夹具31是根据所加工工件的型号和加工方法专门设计的。工件可以是筒体型也可以是叠片型的。

伺服刀架组件连同底座20一起装在车床的中拖板上。

数控组件包括工业控制计算机系统37、控制电机27及其驱动器46、主轴角编码器47和电机角编码器28等部分。

活塞环内外圆加工装置的工作过程如下：

启动机床主轴电机以后，工件33随同主轴同步旋转，其旋转角由编码器47测量。同时中拖板48带动伺服力架沿机床导轨34纵向走刀。计算机37定时测量编码器47的角度，并根据该角度从内存中早已设定的函数表38中查出该时刻所要求的控制电机27的转角。同时控制电机27在此时的实际转角也由编码器28测出并通过电缆29输入计算机。计算机减法器39计算出差值，由闭环控制程序49根据控制策略对差值进行处理计算出控制信号。闭环控制程序的作用是保证整个系统正常工作并有最优的控制精度。输出元件45的形式取决于所用的控制电机，可以是脉冲序列也可以是模拟电压输出。该信号加到驱动器46，从而控制电机27按要求的规律旋转。

不同的活塞环型号只需改变计算机中的函数表。事实上可以是工厂所有活塞环型号的函数表都放在计算机中，改变型号只需调用对应的函数表。

将本实用新型中伺服刀架组件中的小刀架取下换成高速磨头组合，即可用于非圆零件如凸轮、异型轴、孔类零件的磨削加工。

Claims (5)

1、一种活塞环内外圆加工装置，具有机床、数控组件，其特征在于还具有伺服刀架组件，伺服刀架组件包括偏心机构、柔性传动链、活动平台、传动比调整机构、直线滚动导轨和小刀架，偏心机构的偏心轴(2)外圆与轴承(3)内圈相连，偏心轴(2)一端与控制电机(27)转轴(1)固连，轴承(3)安装在轴承座(5)内，柔性传动链包括偏摆件(4)、变比杆(6)和传动件(10)，偏摆件(4)为轴承座(5)、板簧(7)、套筒(9)依次连接的整体，套筒(9)套在变比杆(6)右端，变比杆(6)的左端为一铰支座，铰支座左端固定在伺服刀架的底座(20)上，传动件(10)为套筒(42)、簧片(12)、套筒(43)依次连接的一体结构，两套筒(42、43)分别与变比杆(6)和连杆(16)组成滑动连接副或固连，活动平台(41)的两侧通过直线滚动导轨副(22、23)与伺服刀架底座(20)相连，连杆(16)的两端通过固定支座(24、25)与活动平台(41)连接，传动比调整机构为螺杆(17)两端分别通过轴承座(18)和支座(25)与活动平台(41)相连，螺杆(17)穿过传动件(10)的螺杆孔(44)，形成螺纹副，小刀架(26)固定在活动平台(41)的上盖(36)上，小刀架(26)上装有分别车削活塞环内外圆的刀杆(54、55)。

2、根据权利要求1所述的活塞环内外圆加工装置，其特征在于偏心轴(2)的几何中心的轨迹是一个半径为e的圆，e是电机轴心与偏心轴几何中心的距离。

3、根据权利要求1所述的活塞环内外圆加工装置，其特征在于变比杆(6)左端铰支座具有由两个圆孔和开口槽形成的铰支点(11)。

4、根据权利要求3所述的活塞环内外圆加工装置，其特征在于铰支点(11)也可改为簧片。

5、根据权利要求1所述的活塞环内外圆加工装置，其特征在于传动件(10)上安装有螺钉(15、14)调松或拧紧。

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