一种球支承油线加工装置

摘要

本发明公开了一种球支承油线加工装置，其包括：机床、旋转机构、刻头、离合器和振动机构；被加工球支承安装在机床的卧铣主轴上，被加工球支承能够随水平设置的卧铣主轴绕轴转动；所述旋转机构设置在机床上，可绕垂直于机床的旋转轴旋转；刻头设置在旋转机构上，刻头的刀尖与被加工球支承的中心在同一个水平面上，振动机构与刻头连接，带动刻头做直线往复运动，离合器连接振动机构，离合器中设置弹簧，离合器依靠弹簧通过振动机构使刻头与被加工的球面保持持续稳定的压力。本发明性能可靠，效率高，产品合格率高；油线深度一致，不会与其它部件在相对运动中因摩擦过大而产生高温，与连杆配合面积大，连接强度高。

权利要求

1.一种球支承油线加工装置，其特征在于，包括：机床、旋转机构、刻头、离合器和振动机构；被加工球支承安装在机床的卧铣主轴上，被加工球支承能够随水平设置的卧铣主轴绕轴转动；所述旋转机构设置在机床上，可绕垂直于机床的旋转轴旋转；刻头设置在旋转机构上，刻头的刀尖与被加工球支承的中心在同一个水平面上；振动机构与刻头连接，带动刻头作直线往复运动；离合器连接振动机构，离合器中设置弹簧，离合器依靠弹簧通过振动机构使刻头与被加工的球面保持持续稳定的压力。

2.如权利要求1所述的球支承油线加工装置，其特征在于，所述振动机构包括伺服电机、凸轮和连杆，伺服电机连接凸轮，凸轮连接连杆，刻头设置在连杆端部，伺服电机带动凸轮做偏心运动，凸轮进一步带动刻头做直线往复运动，实现刻头在被加工的球面上形成带有波峰和波谷的油线曲线。

3.如权利要求2所述的球支承油线加工装置，其特征在于，所述离合器包括手柄、弹簧部和连接手柄和弹簧部的连接部，连杆安装在连接部上；连接部上设置有连杆安装槽，连杆安装槽的宽度大于连杆的宽度，使得连杆安装在连接部上之后，连杆与连接部之间留有间隙；弹簧部包括弹簧座和安装在弹簧座上的弹簧，弹簧的轴线垂直于连杆轴线，弹簧一端固定在弹簧座上，另一端抵触在连杆上；弹簧依靠自身弹力作用，通过连杆实现刻头与被加工的球面间保持持续稳定的压力。

4.如权利要求3所述的球支承油线加工装置，其特征在于，所述连接部和连杆上设置升降部件，手柄连接升降部件，在手柄的外力作用时，升降部件锁定或解锁，通过连接部带动连杆和刻头在工作位置和待机位置之间转换。

5.如权利要求1-4中任一项所述的球支承油线加工装置，其特征在于，所述旋转机构上设置连接板，刻头、离合器和振动机构安装在连接板上。

说明书

一种球支承油线加工装置

技术领域

[0001] 本发明属于工艺工装技术领域，涉及一种球支承油线加工装置。

背景技术

[0002] “球支承”油线加工装置是用来加工某型号装甲车油气悬挂装置中的关键零件“球支承”，该零件结构从某国引进，表面规则分布着深度0.01～0.02mm的润滑油线。从原理样车到正样车的试制过程中，球表面润滑油线采用了包括五轴加工中心、雕铣机在内的各种设备加工，但零件加工的一致性差，大都存在断线、深浅不一等缺陷而且其费用很高。在试验过程中，常由于油线加工的不合适，不能充分润滑，导致悬挂系统整体寿命大大降低，严重影响了车辆的整体性能。车辆使用过程中，技术人员发现“球支承”经常与“球座”发生烧结，致使悬挂系统不能正常工作，表现为“球支承”与“球座”有过热痕迹，甚至烧结在一起，使“活塞连杆”受力弯折或断裂。经分析，主要由以下两方面原因：一、表面刻线状态不稳定，刻线过深，在两个零件相对运动过程中，摩擦过大产生高温；二、“球支承”与“连杆”相配合部分接触面小，“球支承”与“连杆”连接强度低。

[0003] 因此，改进球支承的工艺结构是亟待解决的一大难题。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种球支承油线加工装置，以解决现有技术中球支承表面刻线状态不稳定，刻线过深，在两个零件相对运动过程中，摩擦过大产生高温；以及球支承与连杆相配合部分接触面小，球支承与连杆连接强度低的问题。

[0006] (二)技术方案

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种球支承油线加工装置，其包括：机床、旋转机构、刻头、离合器和振动机构；被加工球支承安装在机床的卧铣主轴上，被加工球支承能够随水平设置的卧铣主轴绕轴转动；所述旋转机构设置在机床上，可绕垂直于机床的旋转轴旋转；刻头设置在旋转机构上，刻头的刀尖与被加工球支承的中心在同一个水平面上；振动机构与刻头连接，带动刻头作直线往复运动；离合器连接振动机构，离合器中设置弹簧，离合器依靠弹簧通过振动机构使刻头与被加工的球面保持持续稳定的压力。

[0008] 其中，所述振动机构包括伺服电机、凸轮和连杆，伺服电机连接凸轮，凸轮连接连杆，刻头设置在连杆端部，伺服电机带动凸轮做偏心运动，凸轮进一步带动刻头做直线往复运动，实现刻头在被加工的球面上形成带有波峰和波谷的油线曲线。

[0009] 其中，所述离合器包括手柄、弹簧部和连接手柄和弹簧部的连接部，连杆安装在连接部上；连接部上设置有连杆安装槽，连杆安装槽的宽度大于连杆的宽度，使得连杆安装在连接部上之后，连杆与连接部之间留有间隙；弹簧部包括弹簧座和安装在弹簧座上的弹簧，弹簧的轴线垂直于连杆轴线，弹簧一端固定在弹簧座上，另一端抵触在连杆上；弹簧依靠自身弹力作用，通过连杆实现刻头与被加工的球面间保持持续稳定的压力。

[0010] 其中，所述连接部和连杆上设置升降部件，手柄连接升降部件，在手柄的外力作用时，升降部件锁定或解锁，通过连接部带动连杆和刻头在工作位置和待机位置之间转换。

[0011] 其中，所述旋转机构上设置连接板，刻头、离合器和振动机构安装在连接板上。

[0012] (三)有益效果

[0013] 上述技术方案所提供的球支承油线加工装置，性能可靠，效率高，产品合格率高；油线深度一致，不会与其它部件在相对运动中因摩擦过大而产生高温，与连杆配合面积大，连接强度高；不仅可以用于军品任务的生产，亦可应用于民品中类似零件表面油线的加工，具有一定的市场应用前景。

附图说明

[0014] 图1为球支承的结构示意图。

[0015] 图2为图1中I区域的放大图。

[0016] 图3为现有技术中车加工工装的结构示意图。

[0017] 图4为本发明实施例球支承油线加工装置的俯视图，其中，b图为a图的侧视图。

[0018] 图中，1-旋转机构；2-连接板；3-振动机构；4-离合器；5-刻头。

具体实施方式

[0019] 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

[0020] 球支承是某军品项目油气弹簧中的关键零件，其典型结构如图1和图2所示，该润滑油线是采用正弦曲线螺旋绕球，从而布满工作区域的形式。通过计算，在计算机中用三维软件利用球坐标方程进行模拟，反复调整和修正参数，得出该曲线的数学方程如下式：

[0021] Rho＝r

[0022] Theta＝t×β+ω+a×sin(t×360×p×n)

[0023] Phi＝t×360×p

[0024] 其中：r为球直径，β为油线覆盖角，ω为油线起始位置角，a为油线振幅高度，p为所需油线圈数，n为油线每圈波形个数。

[0025] 曲线以ω角开始在β角内连续绕球螺旋正弦曲线，每圈波形个数为固定n个，共p圈。

[0026] 在球支承油线加工工艺中，要求油线刻线深度0.01～0.02mm，且刻线的边沿修圆。为此，对球支承进行油线加工时，提出了以下注意事项。

[0027] 第一，基准统一，控制球支承的形位公差。

[0028] 因为球支承表面刻线深度要求很浅(0.01～0.02mm)，为了使刻线宽度、深度均匀连续，就必须保证刻线时球面跳动不能过大(理论上跳动0.01mm则低点将刻不上线，对应高点则刻线过深)，这就要求加工球面的基准与刻线所使用的基准要统一起来，保证球面轮廓相对基准的全跳动要在0.01mm以内。为此，要求球支承油线加工过程中所使用的车加工工装、刻线工装和检验工装，按基准统一原则，所有工装以30°锥面作为基准，从而使球面的加工基准、刻线所用基准和使用基准一致，即30°锥面。其中，车加工工装的结构示意图如图3所示。

[0029] 第二，着色检验，保证球支承与配件连杆相配合处接触面积大于70％。

[0030] 为达到该目标，在连杆加工时，工艺上要求30°锥面与紧固螺纹一次装夹车出，保证同轴，并在批量生产中增加了用红丹粉着色检验工序，使锥面与标准锥面接触面大于70％，以确保加工质量的稳定可靠。

[0031] 第三，浮动刻线，维持恒定的刻线深度。

[0032] 由于球支承表面刻线深度要求很浅(0.01～0.02mm)，考虑到机床精度、重复定位误差的影响，即使球面跳动很小，也不可能为零。经过对刻线方式的研究分析，可以改变油线加工装置的主轴结构，设计浮动刻线刀具，依靠弹簧的作用，使刻刀与被加工的球面保持持续稳定的压力，以消除球面变化带来的影响，进而维持恒定的刻线深度。

[0033] 第四，设计专用加工装置，实现油线运动轨迹。

[0034] 所述专用加工装置即本实施例球支承油线加工装置，参照图4所示，本实施例油线加工装置包括：机床、旋转机构1、刻头5、离合器4和振动机构3；被加工球支承安装在机床的卧铣主轴上，被加工球支承能够随水平设置的卧铣主轴绕轴转动；所述旋转机构1设置在机床上，可绕垂直于机床的旋转轴旋转；刻头5设置在旋转机构1上，刻头5的刀尖与被加工球支承的中心在同一个水平面上，振动机构3包括伺服电机、凸轮和连杆，伺服电机连接凸轮，凸轮连接连杆，刻头5设置在连杆端部，通过振动机构使刻头5形成直线往复运动；连杆中部设置离合器4，离合器4中设置弹簧，使刻头5与被加工的球面间保持持续稳定的压力。

[0035] 振动机构3中，由于凸轮的偏心结构，伺服电机带动凸轮做偏心运动，凸轮进一步带动刻头5做直线往复运动，从而实现刻头5能够在被加工的球面上形成带有波峰和波谷的油线曲线。

[0036] 离合器4包括手柄、弹簧部和连接手柄和弹簧部的连接部，连杆安装在连接部上，连接部上设置有连杆安装槽，连杆安装槽的宽度大于连杆的宽度，使得连杆安装在连接部上之后，连杆与连接部之间还留有一定间隙；弹簧部包括弹簧座和安装在弹簧座上的弹簧，弹簧的轴线垂直于连杆轴线，弹簧一端固定在弹簧座上，另一端抵触在连杆上；这样，弹簧依靠自身弹力作用，能够通过连杆实现刻头与被加工的球面间保持持续稳定的压力。

[0037] 进一步地，离合器中的手柄能够通过连接部带动连杆和刻头5在工作位置和待机位置之间转换。具体地，扳动手柄，即可带动连接部在工作位置和待机位置之间转换；进一步带动连杆和刻头5在工作位置和待机位置之间转换。该功能可具体通过在连接部和连杆上设置升降部件，手柄连接升降部件，在手柄的外力作用时，升降部件锁定或解锁，即可以实现刻头5在工作位置和待机位置之间转换。

[0038] 旋转机构1的绕轴旋转通过伺服电机控制实现，刻头5的直线往复运动也是通过振动机构3上设置的伺服电机控制实现。

[0039] 为了提高旋转机构1上所安装部件的稳定性，在旋转机构1上设置连接板2，刻头5、振动机构3和离合器4等都安装在连接板2上。

[0040] 本实施例油线加工装置工作原理为：①卧铣主轴通过刻线工装，带动被加工球支承工件绕轴圆周运动，实现线痕布满球支承上需要刻线的区域；②伺服电机驱动旋转机构绕轴做圆周运动，实现刻头始终正交于球支承的球心；③伺服电机驱动刻头做直线往复运动，实现刻线的波形条纹；④安装在油线加工装置上的振动机构保证了刻头与球支承工件球面的恒定压力，从而控制使刻线深浅一致。

[0041] 本实施例油线加工装置工作过程为：控制被加工球支承球头先行自转，同时调整刻头运动轨迹以及刻头旋转速度，拉紧离合器，刻头紧贴球面，刻制球面拟合曲线，形成球支承油线。

[0042] 本实施例球支承油线加工装置于2010年初加工调试完成并投产。目前，在国家重点武器装备等科研项目中，已全部使用了该设备加工的球支承零件。同时，该设备的使用也给单位节省了大量外协成本，以前使用雕铣机加工费用为380元/件，用五轴联动加工中心加工费用约1000元/件，且产品质量无法保证，油线深度不均，常有断线情况，废品率高。而现在的加工费用仅为10元/件，且质量可靠，加工周期仅为其它加工方式的约1/20。

[0043] 实践证明，球支承油线加工装置性能可靠，效率高，产品合格率100％。该装置不仅可以用于军品任务的生产，亦可应用于民品中类似零件表面油线的加工，具有一定的市场应用前景。

[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。