一种理想圆柱孔珩磨头装置及其构造方法

摘要

本发明涉及一种理想圆柱孔珩磨头装置及其构造方法，装置包括空心的圆柱状结构，周向交替错位开设有基座孔的磨头架，设在磨头架的中心位置的进给杆，安装在基座孔内的油石基座，固定在油石基座上的油石，通过计算出各曲线对应的磨头行程范围与油石的长度，计算出各条油石间的相互位置关系，设计制造出满足该结果的油石分布的珩磨头装置。与现有技术相比，本发明通过调整油石的分布，调节各油石条作用区域，达到整体磨粒轨迹分布均匀，能够实现缸孔壁面材料珩磨磨去量趋于均匀的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高缸孔圆柱度的珩磨工艺改进方法与珩磨头结构装置，尤其是涉及一种针对现有珩磨头运动轨迹分布存在缺陷，采用油石条错位分布结构，实现油石珩磨轨迹的均匀分布，从而提高缸孔加工精度的工艺控制方法与装置。

背景技术

在发动机制造工艺中，珩磨加工是最重要的一道工序，用以保证缸孔最终的精度指标。珩磨头上装载着珩磨油石，珩磨时带动油石不断的进行往复旋转，从而精密切除圆柱孔材料。因此珩磨头的结构、运动性能必将对珩磨精度产生直接影响。

目前发动机生产厂家所采用的珩磨头是多条油石平行于磨头轴线方向，以相同的夹角均匀分布在珩磨头的圆周上。该对称结构可以保证珩磨头在工作过程中所受的力对称分布，从而避免振动带来的对加工精度的影响。

然而油石上磨粒的运动轨迹分布直接决定缸孔表面材料的去除情况，轨迹分布越密，材料去除得越多；轨迹分布越稀，材料去除得越少。改变珩磨轨迹，主要是靠调整磨头运动参数实现，但是在磨头的运动参数中，往复速度和旋转速度只能改变磨粒的轨迹沿缸孔圆周上的分布，这是由于磨头的往复速度和旋转速度改变，会引起磨头往复周期内的磨头旋转相位角θ的变化，从而改变磨粒轨迹沿缸孔圆周上的分布均匀性；下端点停留时间除了改变相位角θ外，也只能改变缸孔下端部分区域内被珩磨的程度；上下端越程量在改变相位角θ的同时，还可以改变磨粒轨迹在缸孔轴向方向上的分布情况，当油石的上下越程大于或等于油石的长度-即磨头上的油石在缸孔上下两端均全部超出缸孔时，整个缸孔高度上磨粒轨迹分布才会均匀，而实际生产中这是不可能的。因此磨粒轨迹沿缸孔高度方向上分布的不均匀性是无法通过调节磨头运动参数得到改善。将这种磨粒轨迹分布的不均匀性缺陷称之为珩磨过程中的原理性缺陷。

经对现有技术的文献检索发现，均未涉及一种从磨粒轨迹重构研究出发，用于改善珩磨原理性缺陷的磨头结构与设计方法。例如“大直径珩磨头”(参见中国发明专利，公开号CN201872070A)，涉及一种用于大直径孔的磨头结构；“多功能珩磨头”(参见中国发明专利，公开号CN101758450A)，涉及一种仅用一个珩磨头来使被加工工件经过车削后直接加工出高精度、高表面粗糙度的表面；“涨缩式珩磨头，，(参见中国发明专利，公开号CN101633148A)，涉及一种用于加工带有宽度大于单条油石的凹槽或缺口的工件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种达到整体磨粒轨迹分布均匀，能够实现缸孔壁面材料珩磨磨去量趋于均匀的效果的理想圆柱孔珩磨头装置及其构造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种理想圆柱孔珩磨头装置，该装置包括：

磨头架：空心的圆柱状结构，周向交替错位开设有基座孔；

进给杆：设在磨头架的中心位置；

油石基座：安装在基座孔内；

油石：固定在油石基座上。

所述的基座孔开设有两排，相邻的基座孔为上下交错排列。

所述的进给杆呈圆锥形结构。

所述的油石基座可沿基座孔的导向槽滑动。

所述的油石基座为楔形块，内侧的斜面与进给杆的锥面相贴合。

所述的油石为砂条。

一种理想圆柱孔珩磨头装置的构造方法，包括以下步骤：

第一步，利用现有的珩磨装置，重构珩磨过程中的轨迹；

第二步，沿缸孔的轴向取一剖面，统计得出该剖面上磨粒轨迹分布曲线；

第三步，另绘多条步骤二中的分布曲线，沿着横坐标即缸孔的轴向分别将这些曲线的中心移到适当位置，改变油石行程；同时沿着横坐标伸缩每一条分布曲线的作用宽度，改变的油石长度；

第四步，分别计算出步骤三中各曲线对应的磨头行程范围与油石的长度，计算出各条油石间的相互位置关系；

第五步，根据步骤四的计算结果，设计制造出满足该结果的油石分布的珩磨头装置。

所述的缸孔的圆柱度和圆度是由珩磨头装置结构和运动轨迹决定。

与现有技术相比，本发明的珩磨头针对现有珩磨工艺中存在的加工缺陷，提出一种改善磨粒轨迹在缸孔高度方向上分布不均的方法。通过调整油石的分布，调节各油石条作用区域，达到整体磨粒轨迹分布均匀，能够实现缸孔壁面材料珩磨磨去量趋于均匀的效果，具体包括以下优点：

一、改善了现有珩磨头的不足：现有珩磨头上油石条是细长条状的砂条，平行于珩磨头轴线分布，因此砂条上磨粒的空间位置存在高度上的差别。基于磨粒轨迹重构的方法可知，磨粒间的这种高度上的差别导致了在珩磨过程中各磨粒的作用区域沿孔高度方向上分布的差别，各磨粒的作用区域在孔高度方向上不重合，本发明基于磨粒轨迹均匀性的珩磨头结构设计理念，采用油石条错位分布的方法来改善现有珩磨头工作时磨粒轨迹分布不均的现象。

二、提高了加工效率：该发明采用油石条错位分布的方法，既保证珩磨时磨粒轨迹分布的均匀性，又增多了油石条的数目，使得单位时间内加工区域增多，从而提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为图2中A-A向的剖视结构示意图；

图4为图2中B-B向的剖视结构示意图；

图5为本发明的原理示意图(即调整前磨粒点沿缸孔轴向分布二维展开图)；

图6为实际生产数据统计图(即缸孔轴向上中下三截面珩磨加工磨削量)；

图7为本发明中轨迹分布统计图(即步骤二中磨粒轨迹分布曲线)；

图8为本发明中轨迹分布调整方法图(即步骤三中分布曲线图，这里取两条)；

图9为本发明中轨迹调整后轨迹作用区域示意图。

图中：1-磨头架，2-进给杆，3-油石基座，4-油石。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种理想圆柱孔珩磨头装置，其结构如图1-4所示，该装置包括磨头架1、进给杆2、油石基座3及油石4。其中，磨头架1为空心的圆柱状结构，在磨头架1的周向交替错位开设有基座孔，基座孔开设有两排，相邻的基座孔为上下交错排列。进给杆2呈圆锥形结构，设在磨头架1的中心位置。油石基座3安装在基座孔内，可沿基座孔的导向槽滑动。使用的油石基座3为楔形块，内侧的斜面与进给杆2的锥面相贴合。油石4固定在油石基座3上，使用的油石4为砂条。

理想圆柱孔珩磨头装置在构造时，采用以下步骤：如图5所示，现有珩磨头结构在工作过程中的轨迹分布是中间多、两端少。图5的左侧中将磨粒的作用区域分为三个部分，反映的是磨粒的轨迹点在缸孔径向方向上的分布，其中区域1和区域3中只有部分磨粒经过，且从中心线到端面线，经过的磨粒依次减少，区域2中油石上所有磨粒都经过。因此可以知道区域2中磨粒的轨迹分布最多，区域1和区域3中油石的轨迹分布情况是从缸孔高度中心线沿两端面依次减少。由右侧也可知，缸孔高度上，中间部分磨粒轨迹点密集，而上下两端位置变稀疏。

如图6所示，实际生产中缸孔中间截面上的磨削量大，而上、下端面的磨削量小。

如图7所示，在缸孔高度方向上，中间部分油石轨迹分布最多，该区域对应图5中的区域2，这部分区域材料去除率必然是最多的。越往缸孔端面，磨粒轨迹分布越少，因而材料去除量变小，从而最后珩磨结束时，按照材料去除率的多少来预测缸孔形状，则缸孔必然呈现腰鼓形-即中间孔径大，两端孔径小。这是由于油石条上磨粒沿缸孔轴向分布所照成的，也就是说，在油石条珩磨时，必然会存在有的磨粒在上面，有的磨粒在下面，因而磨粒沿高度方向上运动的区域各不一样，无数颗沿高度方向上分布的磨粒运动的区域合起来就形成了图7所示的情况。

如图8所示，图中显示了两条油石磨粒轨迹点的分布曲线，其中心位置不重合，这样第一条油石的作用区域3与第二条油石的作用区域1重合，油石的轨迹点叠加可使该区域上磨粒轨迹的分布数量与区域2接近，改善磨粒轨迹点在缸孔高度方向上分布不均，改善缸孔表面材料去除率的分布，最终改善缸孔的形状精度。

如图9所示，通过不同油石条作用区域的叠加效果，实现缸孔高度上磨粒轨迹分布的均匀性。

根据各油石条的长度与相对位置，计算并设计出满足该结果的油石条分布的珩磨头装置，其最终结构就如图1-4所示。