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发明专利案例

[案例]表面微坑加工方法——国家发明专利说明书

本发明涉及表面加工方法及装置，尤其涉及表面微坑加工方法及装置。

在许多具有相对运动的摩擦副中，摩擦内孔表面必须生成储油结构，以储存润滑油，减少摩擦与磨损，保证运动副的寿命。

通常采用平顶珩磨加工作为内孔表面最终加工工序，以形成交叉网纹沟槽式平顶储油结构；或者采用松孔镀铬方法对缸套内孔表面镀铬即镀硬铬后进行逆电解，其表面形成网状沟槽式储油结构，再珩磨加工的工艺过程。

平顶珩磨和松孔镀铬方法都可以在一定程度上提高摩擦副的耐磨性。

但是，由于网状沟槽互相联通，储存在沟槽里的润滑油将被沿着沟槽挤出去，摩擦副寿命的提高并不显著。

本发明的目的是提供一种结构简单、易于制造、效率高的表面微坑加工方法及装置。

为了达到上述目的，本发明采取下列措施：

表面微坑加工方法是使用一个或多个球形工具头，使其沿着加工平面或曲面相对移动，同时在工具头上施加低频振动，依靠振动冲击在待加工表面形成微坑。

表面微坑加工装置具有机架，在机架上设有电机、刀杆，电机经皮带轮及皮带接传动轮，传动轮偏心轴与滑块相接，刀杆一端设有滑道并与滑块相接，刀杆另一端设有刀具，刀杆与机架由转动轴相接。

本发明的优点：

（1）微坑均匀分布在内孔表面上，且所有微坑互相独立，互不贯通，储存在微坑内的润滑油在摩擦副运动过程中不会被挤出去。

（2）微坑加工方法效率高。

对于内径Ø93mm、长度181mm的工件来说，可在2min～3min内完成数以万计的微坑加工。

（3）可以取代平顶珩磨和松孔镀铬方法。

采用松孔镀铬方法约需4h（镀层厚0.05mm～0.06rnrn），采用镀硬铬加上微坑加工方法只需2.5h。

（4）大大节约电力能源。

（5）显著延长了摩擦后的运动寿命。

（6）微坑加工装置结构简单，易于制造、装配和调整，生产成本低。

（7）机床改装简单。

圆柱形工件表面的微坑加工通常可在普通车床上改装实现。

下面结合附图作详细说明：

图1是表面微坑加工装置结构主视图；图2是表面微坑加工装置结构俯视图。

表面微坑加工方法是使用一个或多个球形工具头，使其沿着加工平面或曲面相对移动，同时在工具头上施加低频振动，依靠振动冲击在待加工表面形成一定深度的微坑。

为了形成有规律的数以万计的微坑，工件转速、工具头进给量、工具头直径、振动频率、振幅等参数必须合理匹配。

对薄壁缸套内壁来说，形成微坑后再镀硬铬，根据电镀原理，仍可使电镀层形成凹坑面，即微坑。

表面微坑加I装置具有机架2，在机架上设有电机4、刀杆1，电机经皮带轮及皮带3接传动轮，传动轮偏l心轴5与滑块6相接，刀杆一端设有滑道并与滑块相接，刀杆另一端设有刀具7，刀杆与机架由转动轴相接。

说明书附图

权利要求书

一种表面微坑加工方法，其特征在于使用一个或多个球形工具头，使其沿着加工平面或曲面相对移动，同时在工具头上施加低频振动，依靠振动冲击在待加工表面形成微坑。

说明书摘要

本发明公开了一种表面微坑加工方法。

它是使用一个或多个球形工具头，使其沿着加工平面或曲面相对移动，同时在工具头上施加低频振动，依靠振动冲击在待加工表面形成微坑。

本发明微坑加工方法效率高，对于内径Ø93mm、长度181mm的工件来说．可在2min~3min内完成数以万计的内壁微坑加工。

微坑加工装置结构简单，易于制造、装配、调整，生产成本低。

[案例]数控恒力进给超声波珩磨机——实用新型专利说明书

本实用新型涉及珩磨机，尤其涉及数控恒力进给超声波珩磨机。

普通珩磨是利用安装在珩磨头圆周上的若干条油石，由油石胀开机构将油石沿径向胀开，使其压向工件孔壁，形成面接触。

珩磨头工作时，作旋转运动和往复直线运动，以完成对孔壁的低速磨削。

普通珩磨时，由于珩磨头的旋转运动和往复直线运动，使油石上磨粒在孔的表面上的切削轨迹成交又而又不重复的网纹。

普通珩磨存在两大问题：

（1）普通珩磨效率较低，尤其是珩磨薄壁零件、韧性材料和硬脆材料时加工效率极低。

珩磨铜、铝、钛合金等韧性材料时，油石极易堵塞，表面质量很差，加工效率极低。

（2）定压进给时，油石胀开压力变化较大；定程进给时，油石胀开压力凭操作者的经验和手感来控制，导致油石异常破损，工件变形乃至报废。

本实用新型的目的是提供一种效率高、油石胀开压力恒定、油石不易破损、阻抗匹配容易、频率易于跟踪、加工质量高的数控恒力进给超声波珩磨机。

为了达到上述目的，本实用新型采取下列措施：

数控恒力进给超声波珩磨机具有超声珩磨装置，超声珩磨装置上端设有回转式气接头，下设油石，油石与油石之间设有喷嘴，从喷嘴来的压力信号经气电转换器转换，由主动测量仪表发给计算机，同时光电开关将检测信号发给计算机，控制步进电机及油缸，通过小齿轮、大齿轮、联轴器、转矩转速传感器带动超声珩磨装置的油石胀开。

本实用新型的优点：

（1）超声珩磨具有珩磨力小、珩磨温度低、油石不易堵塞、生产效率高、加工质量好等一系列优点，可以解决普通珩磨存在的问题，尤其是铜、铝、钛合金等韧性材料、薄壁缸套及陶瓷、淬火钢等硬脆材料零件的珩磨问题。

（2）采用数控恒力进给系统可以有效地防止油石因压力过大而产生的异常破损问题，减少零件加工变形，提高加工精度。

（3）油石胀开压力恒定，可以有效地解决超声换能器和发生器之间的阻抗匹配问题，对超声珩磨声学系统谐振频率实施有效的自动跟踪。

（4）超声珩磨声学系统传声效率高，油石更换和修整方便。

（5）超声珩磨装置采用中间有圆柱孔的夹芯式压电换能器和变幅杆，在机床不停机的条件下可使油石沿径向自动胀开。

数控恒力进给超声波珩磨机可以广泛地用于汽车、拖拉机、摩托车、坦克、装甲车、船舶、飞机、广播电视设备、油缸、减震器、注塑机、炮管、驻退筒、煤矿液压支架等圆柱孔的强力珩磨、粗珩、精珩和光珩加工。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

图1是数控恒力进给超声波珩磨机结构示意图；图2是超声珩磨装置结构示意图；图3是超声珩磨装置结构A向视图。

图1数控恒力进给超声波珩磨机结构示意图

数控恒力进给超声波珩磨机是集机电声一体化技术和信息化技术于一体的高新全自动化珩磨机。

它由超声波发生器、超声珩磨装置、闭环在线测量系统、数控和仿真系统、珩磨头库、机器人、夹具及珩磨机床床身组成。

给油石施加纵向超声波振动，振动频率f≥18kHz。

超声珩磨声学系统的工作原理是超声波发生器将220V／380V的交流电源转化成超声频的电振荡信号，超声换能器将超声波发生器输出的电振荡信号转化为超声频纵向机械振动，变幅杆将换能器的纵向振动放大后传给弯曲振动圆盘，挠性杆将弯曲振动圆盘的弯曲振动转换成纵向振动后传给油石座，油石座带动与其连接在一起的油石进行纵向振动。

珩磨头每往复运动一次时，油石沿径向胀开一次。

油石每次沿径向胀开0.3µm～5µm，通过测量油石胀开压力或珩磨力确定油石胀开速度．通过主动测量装置确定珩磨过程是否终止。

机床设有两个数据库，一个是珩磨头往复运动一次时油石沿径向的胀开量数据库，另一个是声阻抗和频率自动跟踪系统数据库。

本实用新型珩磨头的油石11与油石之间设有喷嘴10，将珩磨头作为测头使用，因测头在珩磨加工中不停地旋转，所以需要有一回转式气接头13，如图1所示。

从测量喷嘴10来的压力信号由气电转换器变换成电信号，然后进入主动测量仪表。

当珩磨至需要尺寸时，主动测量仪表发出信号给计算机，控制步进电机4反转，油石胀开系统收缩，并控制珩磨头退出工件。

图2是超声珩磨装置结构示意图；图3是超声珩磨装置结构A向视图

光电开关9用于检测珩磨头的往复运动次数。

光电开关9将信号送至计算机，控制步进电机4正转，通过小齿轮5、大齿轮6、联轴器7、转矩转速传感器8，带动油石胀开系统，使油石11沿径向胀开。

油石径向胀开量与珩磨头运动次数相适应。

转矩转速传感器8用于检测珩磨力作用在油石胀开系统上的力矩，并将信号送至计算机。

当力矩大于设定值时，珩磨头在继续进行往复运动，计算机会发出信号控制步进电机4，使油石沿径向收缩。

当力矩小于设定值时，在珩磨头做往复运动时，计算机会发出信号控制步进电机，使油石沿径向胀开。

超声珩磨装置包括珩磨头体14，珩磨头体外设油石座16、油石11、弹簧17，油石座上设有防转销15、顶销19，珩磨头体内设有胀芯体18，油石座经挠性杆20与弯曲振动圆盘33相连，胀芯体18与连接螺栓21、短顸杆22、拉杆28、长顶杆38相连，短顶杆22外设浮动球27、钢球26、衬套25、压紧螺母24、锁紧螺母23，浮动球27后端与连接套32前端连接处设有螺母29、销30、地片31，弯曲振动圆盘33外设连接套32并与过渡套34、换能器罩36相连，长顶杆38穿过变幅杆35和换能器37中心，所说挠性杆20与弯曲振动圆盘33为一体，挠性杆20与油石座16之间用螺栓连接。

权利要求书

1．一种数控恒力进给超声波珩磨机，其特征在于它具有超声珩磨装置12，超声珩磨装置上端设有回转式气接头13，下设油石11．油石与油石之间设有喷嘴10，从喷嘴来的压力信号经气电转换器l变换，由主动测量仪表2发给计算机3，同时光电开关9将检测信号发给计算机3，控制步进电机4及油缸，通过小齿轮5、大齿轮6、联轴器7、转矩转速传感器8带动超声珩磨装置的油石胀开。

2．根据权利要求1所述的一种数控恒力进给超声波珩磨机，所说的超声珩磨装置包括珩磨头体14，珩磨头体外设油石座16、油石11、弹簧17，油石座上设有防转销15、顶销19，珩磨头体内设有胀芯体18，油石座经挠性杆20与弯曲振动圆盘33相连，胀芯体18与连接螺栓21、短顶杆22、拉杆28、长顶杆38相连，短顶杆22外设浮动球27、钢球26、衬套25、压紧螺母24、锁紧螺母23，浮动球27后端与连接套32前端连接处设有螺母29、销30、垫片31，弯曲振动圆盘33外设连接套32并与过渡套34、换能器罩36相连，长顶杆38穿过变幅杆25和换能器37中l心，所说挠性杆20与弯曲振动圆盘33为一体，挠性杆20与油石座16之间用螺栓连接。

说明书摘要

本实用新型公开了一种数控恒力进给超声波珩磨机。

它具有超声珩磨装置，超声珩磨装置上端设有回转式气接头，下设油石．油石与油石之间设有喷嘴，从喷嘴来的压力信号经气电转换器变换，由主动测量仪表发给计算机，同时光电开关将检测信号发给计算机，控制步进电机及油缸，通过小齿轮、大齿轮、联轴器、转矩转速传感器带动超声珩磨装置的油石胀开。

本实用新型具有珩磨力小、珩磨温度低、油石不易堵塞、生产效率高、加工质量好等优点。