一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置

技术领域

本发明涉及磁研磨抛光技术领域，具体涉及一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置。

背景技术

发动机作为汽车最重要的零部件之一，发动机的研发水平代表汽车行业的自主创新能力。而在组成发动机的众多机械部件中，曲轴发挥着举足轻重的关键作用。曲轴是发动机的主要旋转机构，它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。因此除了需要具备足够的强度和刚度以承受载荷和力矩作用之外，曲轴的轴颈表面一般都需要经过研磨和抛光工序使其变得足够耐磨且平整，从而确保工作的均匀和平衡性。

保证曲轴的轴颈表面质量的传统方法主要是磨削加工工艺和抛光加光工艺。但是普通的磨床加工由于受到操作人员和加工设备的多方面影响，加工完成质量波动较大，目前多用于曲轴粗加工或者精度要求较低的农机曲轴，而精度和自动化程度都较高的磨床目前多依赖外国进口。而使用砂轮或者毛毡抛光加工则可能破坏轴颈的几何形状，使轴颈尺寸变化过大，并且有较高的安全事故和环境污染的风险。因此，现有对曲轴轴颈多工位磁研磨抛光，仍然存在制作成本高、操作相对复杂、工件的装夹和去磁问题尚未得到解决的问题。

而另一方面，可以注意到磁力研磨加工技术是近年来不断开发研究的一种新技术、新工艺。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置，将磁研磨技术应用于曲轴轴颈研磨抛光工序中，可以适应不同构型的曲轴且具备多工位同时加工能力，其具体技术方案如下：

一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置，包括：钣金制作的主体外壳，所述主体外壳腔内设置安装了多工位磁研磨抛光模块并集成有自动化控制模块，所述自动化控制模块电连接多工位磁研磨抛光模块并通过程序控制多工位磁研磨抛光模块进行曲轴轴颈的研磨和抛光；所述多工位磁研磨抛光模块，包括：多工位联动机构、进给与回转机构和磁研磨抛光机构；所述进给与回转机构上安装放置有曲轴，对曲轴进行平移和回转的操作；所述磁研磨抛光机构对应设置在曲轴侧，对其轴颈表面进行磁研磨抛光；所述多工位联动机构控制连接磁研磨抛光机构进行位移调整。

进一步的，所述进给与回转机构包括进给机构和回转机构，所述进给机构包括：支座、支架组件和进给电机，所述支座上设有横向滑轨并与所述支架组件滑动连接，所述进给电机安装在支座的左或右一侧且通过丝杆与所述支架组件传动连接。

进一步的，所述支架组件包括电机端铸件和回转轴端铸件，所述回转机构包括：回转电机、联轴、三爪卡、回转部件、回转轴、端盖、角接触轴承和密封圈；所述回转电机安装在电机端铸件上，输出轴通过联轴器与所述三爪卡盘转动连接，所述三爪卡盘夹持曲轴的前端轴；所述回转轴端铸件上设有穿孔，所述回转轴与角接触轴承配置连接后安装在所述穿孔内，所述回转轴的前端顶靠回转部件的后端，回转部件的前端则顶靠在曲轴的后端轴上；所述穿孔的前后侧分别通过端盖和密封圈进行封闭。

进一步的，所述多工位联动机构的下方设有底座并与其滑动连接，具体的，所述底座上设有滑轨，底座侧设有控制电机，所述控制电机通过丝杆传动连接多工位联动机构，对其进行横向的控制移动。

进一步的，所述多工位联动机构由两组对称的位移调整平台组成，所述位移调整平台包括：轨道滑块、直线电机载物台、压紧、长连杆、电机鞍座、短连杆，塞打螺栓、锁紧螺母、电机；电机鞍座相对所述底座的滑轨纵向设置，所述轨道滑块位于电机鞍座的下表面，且进给轨道滑块与所述滑轨连接；所述直线电机载物台位于电机鞍座上方，所述电机鞍座与直线电机载物台之间通过设置在电机鞍座上的导轨和设置在直线电机载物台台地底的随动导轨滑块连接，所述直线电机载物台台面设有两个直线电机；所述电机鞍座的一端设有与其一体的遮挡板，所述电机通过螺栓固定安装在遮挡板内侧，电机的输出轴与所述短连杆的一端转动连接，所述短连杆的另一端和长连杆的一端通过塞打螺栓及其对应的锁紧螺母转动连接；所述长连杆的另一端通过压紧盖铰接在直线电机载物台的临近电机的端侧。

进一步的，所述电机的输出轴上还设有深沟球轴承、推力球轴承和联轴器机加件，所述推力球轴承位于深沟球轴承和联轴器机加件之间，所述深沟球轴承具体位于遮挡板的轴穿孔处，所述联轴器机加件通过螺栓固定在所述短连杆的一端侧。

进一步的，所述磁研磨抛光机构安装连接在所述直线电机的动子上，由两对研磨组件构成，研磨组件包括：相对设置且分别安装在所述两个直线电机动子上的两个磁极壳以及对应安装在磁极壳上的缠线磁体。

进一步的，所述磁极壳分为内外两层壳体，其中在内层壳体上通过螺栓固定安装所述的缠线磁体，缠线磁体的一侧位置为曲轴，则一对研磨组件中的缠线磁体分别位于曲轴的两侧；外层壳体与所述直线电机的动子安装连接，且外层壳体内置有分电路板，分电路板的其中一端与缠线磁体电连接；所述缠线磁体与曲轴之间放置有磁性磨料。

进一步的，所述分电路板对缠线磁体上的线圈进行供电并适配电压电压，产生磁场。

进一步的，所述缠线磁体为矩形，与所述曲轴角度相切。

本发明的优点：

本发明根据曲轴连杆轴颈绕主轴的路径特点设计多工位研磨装置，可以同时加工曲轴的不同曲拐单元，实现作业的自动化和简单化并且基于所述的多工位磁研磨抛光模块具备加工其他构型曲轴的能力；

具体的：（1）本发明向着自动化集成化方向更新和加工技术自身的微细加工极限；（2）引入磁研磨工艺有效提高精度，并为此引用配备了合理的机械结构设计和较为可靠的逻辑控制方案；（3）随动方式研磨曲轴轴颈可以避免在研磨连杆轴颈和研磨主轴颈工序之间的工位切换，使整个工序流程更加顺滑，速度更快，需要的时间更少，降低劳动强度和工序对精力的要求；（4）操作工序得到了优化，更加简便，有效地提升了工序的效率；（5）两组磁研磨组件可以同时进行研磨工作，每一组研磨组件都具备研磨连杆轴颈和主轴颈的能力，可以根据需要使用；可以满足“连杆轴颈+连杆轴颈”、“连杆轴颈+主轴颈”或是“主轴颈+主轴颈”任意工况的适配；（6）在一组轴颈研磨后可以按照设定沿曲轴轴向进给继续下一区间，并且可以满足不同构型、不同轴颈或是不同分布的其他曲轴产品，具有强适应性，打下了自动化和智能化的坚实基础；（7）结构易于拆卸和组装，便于运输，具备较好地灵活性和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例的一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置中的整体的多工位磁研磨抛光模块的主视结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是图1的侧视结构示意图；

图4是本发明实施例的一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置的整体磁研磨抛光模块的立体结构示意图，其中为了显示效果，省略了轨道部分的电机示意图；

图5是本发明实施例的一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置的外壳形态示意图；

图6是本发明实施例的研磨联动机构的位移调整平台的结构示意图；

图7是图6的侧视结构示意图；

图8是本发明实施例的回转机构的结构示意图；

图9是本发明实施例的装置进行电压转换和线圈控制的部分电路原理图；

图中，多工位联动机构1，进给与回转机构2，磁研磨抛光机构3，支座4，支架组件5，进给轨道滑块1-1，导轨1-2，随动导轨滑块1-3，直线电机载物台1-4，压紧盖1-5，长连杆1-6，电机鞍座1-7，短连杆1-8，塞打螺栓1-9，联轴器机加件1-10，推力球轴承1-11，电机1-12，锁紧螺母1-13，深沟球轴承1-14，密封圈2-1，回转轴端铸件2-2，角接触轴承2-3，端盖2-4，回转轴2-5，回转部件2-6，曲轴2-7，三爪卡盘2-8，联轴器2-9，电机端铸件2-10，回转电机2-11，直线电机2-12，磁极壳3-1，缠线磁体3-2。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例的一种用于曲轴轴颈多工位磁研磨抛光的装置，包括如图5所示的主体外壳，采用钣金制作，并集成有自动化控制模块，主体外壳腔内设置安装了多工位磁研磨抛光模块，所述自动化控制模块电连接多工位磁研磨抛光模块并通过程序控制多工位磁研磨抛光模块进行曲轴轴颈的研磨和抛光。

所述主体外壳构成封闭空间，可通过设置的移门进行开关，可以使工作的整体环境更加可控、更加安全、更加不受干扰。

如图1至图4所示，所述多工位磁研磨抛光模块，包括：多工位联动机构1、进给与回转机构2和磁研磨抛光机构3；所述进给与回转机构2上安装放置有曲轴2-7，对曲轴2-7进行平移和回转的操作；所述磁研磨抛光机构3对应设置在曲轴2-7侧对其轴颈表面进行磁研磨抛光；所述多工位联动机构1控制连接磁研磨抛光机构3进行位移调整。

具体的，在本发明实施例中，所述进给与回转机构2包括了进给机构和回转机构两部分，所述进给机构包括：支座4、支架组件5和进给电机，所述支座4上设有横向滑轨并与所述支架组件5滑动连接，所述进给电机安装在支座4的左或右一侧且通过丝杆与所述支架组件5传动连接，进给电机控制支架组件5在支座4上横向移动。

如图8所示，所述支架组件5包括电机端铸件2-10和回转轴端铸件2-2，所述回转机构包括：回转电机2-11、联轴器2-9、三爪卡盘2-8、回转部件2-6、回转轴2-5、端盖2-4、角接触轴承2-3和密封圈2-1；所述回转电机2-11安装在电机端铸件2-10上，输出轴通过联轴器2-9与所述三爪卡盘2-8转动连接，所述三爪卡盘2-8夹持曲轴2-7的前端轴；所述回转轴端铸件2-2上设有穿孔，所述回转轴2-5与角接触轴承2-3配置连接后安装在所述穿孔内，所述回转轴2-5的前端顶靠回转部件2-6的后端，回转部件2-6的前端则顶靠在曲轴2-7的后端轴上；所述穿孔的前后侧分别通过端盖2-4和密封圈2-1进行封闭。所述回转电机2-11上电后，进行回转运动，使曲轴2-7沿主轴颈以需要的角速度旋转。

所述多工位联动机构1的下方设有底座并与其滑动连接，具体的，所述底座上设有滑轨，底座侧设有控制电机，所述控制电机通过丝杆传动连接多工位联动机构1，对其进行横向的控制移动。

所述多工位联动机构1由两组对称的位移调整平台组成，如图6和图7所示，所述位移调整平台包括：轨道滑块1-1、直线电机载物台1-4、压紧盖1-5、长连杆1-6、电机鞍座1-7、短连杆1-8，塞打螺栓1-9、锁紧螺母1-13、电机1-12；

其中，电机鞍座1-7相对所述底座的滑轨纵向设置，所述轨道滑块1-1位于电机鞍座1-7的下表面，且进给轨道滑块1-1与所述滑轨连接；所述直线电机载物台1-4位于电机鞍座1-7上方，所述电机鞍座1-7与直线电机载物台1-4之间通过设置在电机鞍座1-7上的导轨1-2和设置在直线电机载物台1-4台地底的随动导轨滑块1-3连接，所述直线电机载物台1-4台面设有两个直线电机2-12；所述电机鞍座1-7的一端设有与其一体的遮挡板，所述电机1-12通过螺栓固定安装在遮挡板内侧，电机1-12的输出轴与所述短连杆1-8的一端转动连接，所述短连杆1-8的另一端和长连杆1-6的一端通过塞打螺栓1-9及其对应的锁紧螺母1-13转动连接；所述长连杆1-6的另一端通过压紧盖1-5铰接在直线电机载物台1-4的临近电机1-12的端侧。所述电机1-12的输出轴上还设有深沟球轴承1-14、推力球轴承1-11和联轴器机加件1-10，所述推力球轴承1-11位于深沟球轴承1-14和联轴器机加件1-10之间，所述深沟球轴承1-14具体位于遮挡板的轴穿孔处，所述联轴器机加件1-10通过螺栓固定在所述短连杆1-8的一端侧。所述电机1-12的输出轴转动，通过短连杆1-8和长连杆1-6的传动，使得直线电机载物台1-4在电机鞍座1-7上平移。

所述磁研磨抛光机构3安装连接在所述直线电机2-12的动子上，通过直线电机2-12的运动，可以有效避免在轴向进给时与曲拐或者其他部件干涉碰撞。

具体的，磁研磨抛光机构3由两对研磨组件构成，研磨组件包括：相对设置且分别安装在所述两个直线电机2-12动子上的两个磁极壳3-1以及安装在磁极壳3-1上的缠线磁体3-2，可根据工况需要进行开合运动控制；单个磁极壳3-1分为内外两层壳体，其中内层壳体上通过螺栓固定安装所述的缠线磁体3-2，缠线磁体3-2为矩形，缠线磁体3-2的一侧位置为曲轴2-7，因此，一对研磨组件中的缠线磁体3-2分别位于曲轴2-7的两侧，通过同时或单独控制各个直线电机2-12均可实现缠线磁体3-2相对曲轴2-7的远离和靠近；外层壳体与所述直线电机2-12的动子安装连接，且外层壳体内置有分电路板，分电路板的其中一端与缠线磁体3-2电连接；所述缠线磁体3-2与曲轴2-7之间放置有磁性磨料。所述分电路板对缠线磁体3-2上的线圈进行供电并配给合适的电压，产生磁场，从而达到设定的曲轴2-7轴颈表面磨削效果。由于缠线磁体为矩形，因此研磨组件与曲轴2-7之间是采用直线与圆相切的设计，该设计可以很好的解决杆颈表面上各点磨削速度与受力状态的不同会导致各点实际切入深度不同的问题。

成对的两个磁极壳3-1的内层壳体上配置有距离限位约束结构，防止失控或错控情况下出现磁研磨距离过近，影响研磨效果或导致缠线磁体损坏。

所述自动化控制模块内烧录有预设的运行指令，当自动化控制模块内的程序运行到输出指令时，其中的核心板向分电路板输送直流电，各分电路板做出响应，所述分电路板对应控制的研磨组件开始运行。其中，所述自动化控制模块运用了大疆公司的RoboMaster开发板A型、变压器、线性稳压器LM7805、二极管、mos管；核心芯片采用STM32F427IIH6，拥有三个拓展串口接口、两路CAN通信、四路可控的24V电源输出、18路PWM输出以及MPU6600的陀螺仪；四个二极管相互交错连接组成一个桥形结构，每个二极管只有正半波或者负半波进行导通，如图9所示。

装置启动后，先通过一个变压器对交流电进行降压，后接桥式整流和滤波电路将交流电转化为纹波较小的直流电路；然后通过线性稳压器LM7805将24V直流电压降压为5V；当交流电输入时，二极管组成的桥会根据输入电流方向，选择导通的二极管，使其输出电流的方向与负载电路一致，从而将交流电转换为直流电；而输出端加入的电容器，可以有效平滑输出的电流，消除输出端的纹波噪声；通过mos管搭建控制回路来使研磨组件的线圈通上所需要的电压；当分电路板接收到电路信号时，mos管导通使Vcc和Vout相连，线圈接在Vout上，可以根据曲轴轴颈抛光工艺对其表面的压力需要来调整Vcc的电压值，从而改变研磨组件产生的磁感应强度，进而对曲轴2-7进行磁研磨；同时分电路板接收到电路信号，控制回转电机、直线电机运行，完成曲轴的进给与回转。

当遇到紧急情况，可按下配置的急停开关，待修复故障后打开急停开关，继续急停前的动作。当所有研磨工作结束后，断开总开关。

由此可见，本发明曲轴轴颈磁研磨抛光装置运动简明，操作简单，能够完成自动研磨的工作，且环境适应性强，能够满足大量快速的曲轴轴颈磁研磨抛光工作。

本发明具有操作简单、容易上手，制造成本低、环境适应性强的特点；相对于现有的磁研磨装置，本发明体积更小，长宽高为2735mm×1805mm×1725mm，造价更低，非常适合相关工厂对曲轴轴颈进行磁研磨抛光的工作需求；本发明采用成熟的钣金工艺制成，在满足安装需求的同时极大地降低制造成本。

以上所述，仅为本发明的优选实施案例，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然前文对本发明的实施过程进行了详细说明，对于熟悉本领域的人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明精神和原则之内所做修改、同等替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。