一种正三角形柱塞泵凸轮加工用钻孔装置及加工方法

技术领域

本发明设计柱塞泵领域技术领域，具体为一种正三角形柱塞泵凸轮加工用钻孔装置及加工方法。

背景技术

传统三缸柱塞泵有三个柱塞，这三个柱塞由驱动轴上的偏心凸轮驱动，由于偏心凸轮有偏心，使柱塞可以在柱塞腔中做往复运动，当驱动轴上的偏心凸轮由最低点运动到最高点时，柱塞在驱动轴作用下向上运动；当驱动轴上的偏心凸轮由最高点运动到最低点时，驱动轴上的偏心凸轮带动柱塞向下运动。

由于驱动轴上偏心凸轮有凸起，一般为三凸起，凸起的偏心凸轮驱动柱塞运动。柱塞底部与驱动轴上的偏心凸轮直接接触，驱动轴与柱塞底部纯滑动摩擦，润滑不充分的话容易发生磨损；另外，驱动轴为旋转件，偏心凸轮凸起给加工带来极大困难，也导致加工工时增加；此外，驱动轴及偏心凸轮表面粗糙度要求搞高，因此需要对其表面精磨，而表面的凸起给精磨带来极大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正三角形柱塞泵凸轮加工用钻孔装置及加工方法，解决凸轮加工的不便，容易磨损的问题，并且提供了正三角形柱塞泵凸轮轮廓的详细成型方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种柱塞泵凸轮加工用钻孔装置一种柱塞泵凸轮加工用钻孔装置，包括机架，机架上移动设置有电机座，所述电机座上设置有第一电机；所述机架上设置有升降装置，所述升降装置用于电机座的升降；所述机架的一侧设置有支撑座；所述电机座上设置有第一电机，所述第一电机的输出端连接有连接轴；所述连接轴穿透支撑座，且所述连接轴的底端同轴设置有钻头；所述连接轴的下部套设有第一圆环板，所述第一圆环板的底部圆周均布多个第一弧形板；每一个所述第一弧形板的外环面与第一圆环板外环面共面，且相邻两个第一弧形板之间具有间隙；所述第一圆环板的正下方同轴设置有第二圆环板，所述第二圆环板套设在钻头的外部，且第二圆环板位于第一弧形板的内侧；所述第二圆环板底部圆周均布多个第二弧形板，每一个所述第二弧形板的外环面与第二圆环板外环面共面；所述第二弧形板与第一弧形板数量相等，且多个第一弧形板和多个第二弧形板错开设置，且第一弧形板可完全遮挡相邻两个第二弧形板之间区域；所述第二圆环板的下方沿竖直方向均布多个圆环管，多个圆环管均与第二圆环板同轴设置，且圆环管套设于钻头的外部；每一个圆环管上分别均布多个倾斜设置的喷嘴，且每一个圆环管上喷嘴数量与第二弧形板数量相等，且每一个圆环管上的多个喷嘴分别位于各相邻两第二弧形板之间区域；多个圆环管的外部共同套设有多个U型连接架，所述U型连接架的顶端设置在第二圆环板的底部；相邻两个圆环管之间连接有导气管，且位于最下方的圆环管上连接有进气管，进气管用于与外部气源相连通。

进一步的，所述支撑座与靠近其一侧的第二弧形板之间连接有连接块。

进一步的，所述电机座与机架之间连接有线性导轨。

进一步的，所述升降装置包括固定在电机座一侧的螺纹套筒，所述螺纹套筒内部穿设有与其适配的丝杆，所述丝杆的两端分别转动设于机架上，丝杆的顶端穿透机架外壁且连接有第二电机，所述第二电机安装在机架顶部一侧。

一种柱塞泵凸轮加工方法，包括以下步骤：

步骤S1，计算正三角形柱塞泵凸轮轮廓所有坐标值，其中正三角形柱塞泵凸轮的三个拐角处均设置相同的圆角，具体步骤如下：

步骤S1.1，在正三角形柱塞泵凸轮的外部构建一个滚轮，滚轮与正三角形柱塞泵凸轮轮廓接触并始终沿着正三角形柱塞泵凸轮轮廓线滚动；

步骤S1.2，构建坐标系，以正三角形柱塞泵凸轮的中心为坐标原点O，以经过O点、正三角形柱塞泵凸轮其中一个圆角中心点形成的直线为Y轴，以垂直于Y轴并经过坐标原点的直线为X轴；

步骤S1.3，滚轮中心从其中一个距离O点最近点运动至任一点B(Bx,By)，且此时滚轮与正三角形柱塞泵凸轮接触点C(Cx,Cy)；

计算B点坐标：Bx＝X

计算C点坐标：Cx＝Bx-r*sin(α+γ)，Cy＝By-r*cos(α+γ)；

S1.4，计算滚轮中心位于B点时滚轮与正三角形柱塞泵凸轮中心距和滚轮中心距离O点最近时滚轮中心与正三角形柱塞泵凸轮中心距之间的差值H；

X

其中，α为滚轮中心位于B点时的相位角，γ为直线l

步骤S1.5，经过C点作直线l

且在三角形OCD中：X

X

其中，X

S1.6，经过B点作垂直于X轴直线、并相交X轴于E点，且线段BC的延长线交X轴于F点，

在三角形BEF中：

其中，X

F点为相对速度瞬心，即

其中，其中v为滚轮的速度，ω为角速度，t为滚轮运动至B点时间；

步骤S1.7，计算tan(α+γ)值，并求出α+γ值，并求出Cx，Cy值；

再将α＝0～360°所有值代入求得正三角形柱塞泵凸轮轮廓所有坐标值；

步骤S2，根据求得的轮廓坐标值，在数控车床上分别进行粗车、半精车、精车工序，完成后对正三角形柱塞泵凸轮外形进行磨削加工；

步骤S3，通过该钻孔装置对正三角形柱塞泵凸轮钻孔，完成中心孔的钻制，钻孔完成后通过数控机床完成键槽加工；

步骤S4，对正三角形柱塞泵凸轮进行涂层处理，涂层处理的工序过程如下：

步骤S4.1，对正三角形柱塞泵凸轮表面进行粉末冶金铜层的涂覆；

步骤S4.2，对正三角形柱塞泵凸轮表面注塑PEEK/PTFE混合涂层。

进一步的，在步骤S4.2中，具体过程如下，将PEEK颗粒和PTFE颗粒按照质量分数1：2投入到搅拌机进行拌料，直到搅拌均匀为止；然后将混合好的样品烘干，投入到注塑机中；最后调整模温机上的参数，使注塑温度分别保持在200℃，将PEEK/PTFE混合颗粒注塑到正三角形柱塞泵凸轮的铜层表面。

进一步的，在步骤S2中，预先设置好刀具半径补偿，刀具半径补偿＝刀具半径+工序间余量-r。

与现有技术相比，本发明所达到的有益如下。

1、本发明的凸轮采用分体式，方便单独加工，节约加工时间，节约加工材料，方便驱动轴和凸轮的精磨。

2、在凸轮表面加耐磨涂层，可以降低凸轮和柱塞之间的磨损，不需要单独安装轴承，提高凸轮和柱塞之间运动的可靠性。

3、在对正三角形柱塞泵凸轮进行打孔的过程中，方便吹动碎屑脱离钻头，有助于提升钻孔精度。

4、此外，便于跟随时间满足对工作时间越长表面发热越严重的钻头进行持续增强的冷却效果，与此同时，经过第一弧形板折射导向至钻头上的气流有助于保持钻头的竖直状态，进而有助于减少钻头的振幅，进一步提升钻孔质量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明柱塞泵凸轮加工用钻孔装置的整体结构示意图；

图2是本发明升降装置的安装示意图；

图3是本发明第一弧形板、第二弧形板的安装示意图；

图4是本发明第一弧形板、第二弧形板的排布示意图；

图5是本发明第一圆环板的安装示意图；

图6是本发明圆环管的安装示意图；

图7是本发明喷嘴的安装示意图；

图8是本发明加工方法原理图；

图中：1、机架；11、电机座；12、线性导轨；13、支撑座；131、连接块；2、第一电机；21、连接轴；3、钻头；4、升降装置；41、第二电机；42、螺纹套筒；43、丝杆；5、第一圆环板；51、第一弧形板；6、第二圆环板；61、第二弧形板；62、圆环管；621、进气管；622、喷嘴；623、导气管；63、U型连接架；7、滚轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明提供技术方案：一种柱塞泵凸轮加工用钻孔装置，包括机架1，机架1上设置有电机座11，电机座11上设置有第一电机2；具体地，电机座11通过线性导轨12移动设置在机架1上，电机座11可上下移动，与此同时，机架1上设置有升降装置4，该升降装置4用于带动电机座11的升降；机架1的一侧还设置有支撑座13，支撑座13整体呈U型，且两端长度不等；电机座11上安装有第一电机2，第一电机2的输出端连接有连接轴21；连接轴21穿透支撑座13，且连接轴21的底端同轴设置有钻头3。

请参阅图3-图5，连接轴21的下部套设有第一圆环板5，第一圆环板5与连接轴21同轴设置；第一圆环板5的底部圆周均布多个第一弧形板51，每一个第一弧形板51的外环面与第一圆环板5外环面共面，且相邻两个第一弧形板51之间具有间隙；第一圆环板5的正下方同轴设置有第二圆环板6，第二圆环板6套设在钻头3的外部，且第二圆环板6位于第一弧形板51的内侧；第二圆环板6的内环面直径均设置为略大于钻头3直径，具体可设置为钻头3直径的1.2倍；第二圆环板6底部圆周均布多个第二弧形板61，每一个第二弧形板61的外环面与第二圆环板6外环面共面；第二弧形板61与第一弧形板51数量相等，具体地，第一弧形板51和第二弧形板61的数量可设置为8个，且8个第一弧形板51和8个第二弧形板61呈错开设置，每一个第二弧形板61设于各相邻两个第一弧形板51之间位置处，且第一弧形板51可完全遮挡住相邻两个第二弧形板61之间区域；第二弧形板61的外环面靠近第一弧形板51的内环面、但不接触第一弧形板51内环面，即第一弧形板51内环面与第二弧形板61外环面之间具有一定间隙，因此在第一弧形板51旋转时，不会与第二弧形板61之间发生摩擦或干涉。

请参阅图6-图7，另外，第二圆环板6的下方沿竖直方向均布多个圆环管62，多个圆环管62均与第二圆环板6同轴设置，且圆环管62套设于钻头3的外部；如图6所示，圆环管62的数量为三个；三个圆环管62共同通过四个U型连接架63固定在第二圆环板6上，四个U型连接架63圆周均布，四个U型连接架63与其中四个第二弧形板61内侧相对应，且各U型连接架63的顶端设置在第二圆环板6的底部；每一个圆环管62上分别均布多个倾斜设置的喷嘴622，每一个喷嘴622喷口方向朝向斜下方，喷嘴622轴线与竖直方向夹角可设置为15度；且每一个圆环管62上喷嘴622数量与第二弧形板61数量相等，即数量也设置为八个，每一个圆环管62上的多个喷嘴622分别位于各相邻两个第二弧形板61之间区域，相邻两个圆环管62之间连通有多个导气管623，且位于最下方的圆环管62上连接有进气管621，进气管621用于与外部气源相连通，当接通外部气源后，各喷嘴622即可喷射气体；并且，相邻两第一弧形板51之间区域可容纳喷嘴622通过，即当相邻两第一弧形板51之间区域与喷嘴622对应时，喷嘴622可完全露出。

再次参阅图3，支撑座13与靠近其一侧的第二弧形板61之间连接有连接块131，因此可方便对第二圆环板6、第二弧形板61等的固定；此外，进气管621从其中相邻的两个第二弧形板61之间区域穿出，该两个第二弧形板61的外部共同连接有一个限位块，限位块位于进气管621的上方；限位块用于对第一弧形板51下降位置的限位，同时防止第一弧形板51下降时对进气管621的挤压或磨损。

再次参阅图2，升降装置4包括固定在电机座11远离第一电机2一侧的螺纹套筒42，螺纹套筒42内部穿设有丝杆43，丝杆43与螺纹套筒42之间通过螺纹配合连接；丝杆43的两端分别转动设于机架1上，丝杆43的顶端穿透机架1外壁且连接有第二电机41，第二电机41安装在机架1顶部一侧；通过控制第二电机41的正反转实现带动丝杆43的正反转，在线性导轨12、螺纹套筒42作用下，即可实现电机座11的升降，从而实现对钻头3位置下降，从而实现钻孔工作。

该钻孔装置工作时，首先将正三角形柱塞泵凸轮的打孔部位对准在钻头3下方，且正三角形柱塞泵凸轮可通过外部夹持工装或装置进行夹持固定；之后，启动第一电机2，第一电机2带动连接轴21，连接轴21带动第一圆环板5、钻头3旋转，此外通过控制第二电机41启动，并使得第二电机41带动电机座11向下移动，从而带动第一电机2、连接轴21、钻头3等的下降；与此同时，进气管621接通外部气源，各喷嘴622喷射气体，且朝向钻头3的四周，方便在钻孔过程中将碎屑丝状屑吹向钻头3四周位置，便于减少碎屑对钻头3或正三角形柱塞泵凸轮的干涉，从而便于提升钻孔质量；此外，由于第一圆环板5带动各第一弧形板51的旋转，同时第一弧形板51跟随连接轴21下降，又由于第一弧形板51与第二弧形板61错开设置，且第一弧形板51可完全遮盖相邻两第二弧形板61之间区域，因此在各第一弧形板51旋转、下降的过程中，不断循环遮盖和露出喷嘴622，当某一个或多个圆环管62上的某个喷嘴622被遮盖时，该一个或多个圆环管62上的所有喷嘴622均被遮盖，由于第一弧形板51内环面与第二弧形板61外环面靠近，因此当喷嘴622被遮盖过程中，第一弧形板51起导流作用，方便将倾斜喷射的气体折射导向至钻头3的表面，因此还实现钻头3的降温冷却作用；而当喷嘴622不被遮盖过程中，可正常朝斜下方喷射气体，用于吹散碎屑从钻头3脱离；且第一弧形板51下降过程中，第一弧形板51与第二弧形板61重叠部分逐渐增大，即在第一弧形板51旋转过程中遮盖的喷嘴622数量增大，因此导向钻头3表面的气流强度也增大，冷却效果明显，刚好跟随时间满足对工作时间越长表面发热越严重的钻头3进行持续增强的冷却效果；另外，由于各圆环管62上的喷嘴622呈圆周均布，当各喷嘴622被遮盖过程中，各个第一弧形板51均具有导向作用，因此从钻头3四周导向的气流还便于实现钻头3整体保持竖直状态，有助于减少钻头3的振幅，进而也有助于提升钻孔质量；此外，限位块靠近第二弧形板61的底端位置处，且在第一弧形板51下降至接触限位块之前，即可完成钻透三角形凸轮。

请参阅图8，一种正三角形柱塞泵加工方法，计算正三角形柱塞泵凸轮轮廓所有坐标值，其中正三角形柱塞泵凸轮的三个拐角处均设置相同的圆角，具体步骤如下，在正三角形柱塞泵凸轮的外部构建一个滚轮7，滚轮7与正三角形柱塞泵凸轮轮廓接触并始终沿着正三角形柱塞泵凸轮轮廓线滚动；构建坐标系，以正三角形柱塞泵凸轮的中心为坐标原点O，以经过O点、正三角形柱塞泵凸轮其中一个圆角中心点形成的直线为Y轴，以垂直于Y轴并经过坐标原点的直线为X轴；滚轮7中心从其中一个距离O点最近点运动至任一点B(Bx,By)，且此时滚轮7与正三角形柱塞泵凸轮接触点C(Cx,Cy)。

计算B点坐标：Bx＝X

计算C点坐标：Cx＝Bx-r*sin(α+γ)，Cy＝By-r*cos(α+γ)。

计算滚轮7中心位于B点时滚轮7与正三角形柱塞泵凸轮中心距和滚轮7中心距离O点最近时滚轮7中心与正三角形柱塞泵凸轮中心距之间的差值H。

则X

其中，α为滚轮7中心位于B点时的相位角，γ为直线l

根据公式H＝f(α)＝a

其中，Loss为最小二乘法拟合的目标，a

通过经过C点作直线l

且在三角形OCD中：X

X

其中，X

通过经过B点作垂直于X轴直线、并相交X轴于E点，且线段BC的延长线交X轴于F点。

在三角形BEF中：

其中，X

F点为相对速度瞬心，即

其中，其中v为滚轮的速度，ω为角速度，t为滚轮运动至B点时间。

通过计算tan(α+γ)值，并求出α+γ值，并求出Cx，Cy值，再将α＝0～360°所有值代入求得正三角形柱塞泵凸轮轮廓所有坐标值。

之后，根据求得的轮廓坐标值，在数控车床上分别进行粗车、半精车、精车工序，完成后对正三角形柱塞泵凸轮外形进行磨削加工，在此加工中预先设置好刀具半径补偿，刀具半径补偿＝刀具半径+工序间余量-r。

然后通过本发明钻孔装置对正三角形柱塞泵凸轮钻孔，完成中心孔的钻制，钻孔完成后通过数控机床完成键槽加工；再对正三角形柱塞泵凸轮进行涂层处理，涂层处理的工序过程如下：首先对正三角形柱塞泵凸轮表面进行粉末冶金铜层的涂覆；之后对正三角形柱塞泵凸轮表面注塑PEEK/PTFE混合涂层。

在正三角形柱塞泵凸轮表面注塑PEEK/PTFE混合涂层中，具体过程可将PEEK颗粒和PTFE颗粒按照质量分数1：2投入到搅拌机进行拌料，直到搅拌均匀为止；然后将混合好的样品烘干，投入到注塑机中；最后调整模温机上的参数，使注塑温度分别保持在200℃，将PEEK/PTFE混合颗粒注塑到正三角形柱塞泵凸轮的铜层表面。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。