一种精密零件深孔内壁自动化打磨设备及其加工方法与流程

本发明涉及精密机械加工，具体为一种精密零件深孔内壁自动化打磨设备及其加工方法。

背景技术：

1、在精密机械加工行业中，液压阀套、模具型芯、精密轴类等零件的深孔内壁通常需要进行打磨处理，用以保证孔径的尺寸精度与内壁的表面粗糙度要求。目前常规的深孔内壁打磨设备多采用卧式布置结构，由驱动电机通过连轴构件带动打磨杆旋转，配合滑座沿导轨的轴向进给运动，使打磨杆端部的磨头逐步伸入深孔内部，完成内壁的磨削加工。现有设备的转速管控多以电机输出端的预设转速为基准，部分改进方案通过选用高刚性磨杆材料、增大磨杆截面直径的方式，减小加工过程中磨杆的扭转变形量。

2、但在小直径、大长径比的深孔加工工况下，细长打磨杆受磨削阻力作用会产生明显的扭转变形，导致打磨杆作业端的实际转速低于电机输出端的转速，且随着进给深度增加，打磨杆的悬臂长度逐渐变大，扭转刚度随之下降，转速衰减幅度会持续发生变化，造成深孔轴向不同位置的材料去除率不一致，容易出现孔口加工过量、孔底加工不足的精度偏差。现有基于电机端的转速管控方式无法适配阻力波动与孔深变化带来的动态转速衰减，难以保证全孔深的加工质量稳定性；若将检测构件伸入深孔内部采集转速，又会受孔径尺寸的限制，且易与孔壁发生运动干涉，整体结构复杂度高，适用范围有限，因此，现在提出一种精密零件深孔内壁自动化打磨设备及其加工方法解决此类问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、本发明所要解决的技术问题是现有精密深孔打磨过程中，细长打磨杆受磨削阻力产生扭转变形，导致打磨端实际转速随孔深与阻力波动发生变化，造成深孔轴向加工精度一致性差的问题，据此提供一种精密零件深孔内壁自动化打磨设备及加工方法，通过随动检测打磨端实际转速并动态补偿扭转衰减，提升深孔打磨的尺寸均匀性与表面质量稳定性。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一方面，本发明提供一种精密零件深孔内壁自动化打磨设备，包括工作台，所述工作台的台面上分别固定设置有导轨与夹持结构，所述导轨沿工作台长度方向水平铺设，所述导轨上滑动装配有打磨结构；所述打磨结构包括滑座、电机、连轴杆以及打磨杆，所述滑座滑动连接在所述导轨上，所述电机固定安装在所述滑座上，所述电机为可调速驱动电机，所述电机的输出端通过所述连轴杆与所述打磨杆的一端传动连接，所述打磨杆的另一端朝向所述夹持结构水平延伸；所述滑座朝向所述夹持结构的一侧固定设置有检测结构，所述检测结构包括呈z字形的安装架与检测仪，所述安装架的各处弯折位置均设置有加强筋，所述检测仪固定安装在所述安装架上，所述检测仪的检测端正对所述打磨杆的外周面布置；还包括控制系统，所述控制系统分别与所述检测仪以及所述电机信号连接。

5、优选地，所述检测仪为非接触式转速检测仪，所述检测仪的检测位置对应所述打磨杆靠近打磨端的外露杆段，所述安装架随所述滑座沿所述导轨同步移动过程中，所述检测仪的检测点始终处于所述打磨杆的外露杆段范围内。具体采集过程中，所述检测仪通过识别打磨杆杆身预先设置的标识特征，捕捉打磨杆每旋转一周产生的脉冲触发信号，经内部运算单元换算得到对应杆段的实时转动转速；转速数值通过单位时间内采集到的脉冲数量计算得到，单位时间长度由检测仪预设，检测点全程不伸入工件深孔内部，避免与孔壁或工件装夹结构发生运动干涉，同时可最大程度贴近打磨作业位置，提升转速数据的代表性。

6、优选地，所述夹持结构包括立柱、气缸、第一安装夹板以及第二安装夹板，所述立柱竖直固定在所述工作台上，所述立柱朝向所述打磨结构的侧壁开设有导向槽，所述气缸固定安装在所述立柱的顶部，所述气缸的输出端伸入所述导向槽内并与所述第一安装夹板相连接，所述第一安装夹板滑动配合在所述导向槽内，所述第二安装夹板固定设置在所述立柱的侧壁上且位于所述第一安装夹板的下方，所述第一安装夹板与所述第二安装夹板相对布置；所述第一安装夹板与所述第二安装夹板的相对面均装配有适配不同规格零件的装夹夹具，装夹后零件的深孔与所述打磨杆保持同轴对应。装夹夹具采用可拆卸的方式固定在夹板表面，可根据待加工零件的外形、尺寸更换对应规格的定位夹具，适配不同类型的精密零件加工需求；所述导向槽沿竖直方向延伸，对第一安装夹板的上下移动起到导向限位作用，保证夹紧过程中夹板位置不发生偏斜，维持零件装夹的同轴度精度。

7、另一方面，本发明提供一种精密零件深孔内壁自动化打磨加工方法，应用于上述打磨设备，包括以下步骤：步骤一、将待加工精密零件装夹固定在所述夹持结构上，校准所述打磨杆与零件深孔的同轴度，在所述控制系统内预设打磨目标转速与进给速度参数；步骤二、启动设备，所述电机通过所述连轴杆带动所述打磨杆旋转，所述滑座沿所述导轨向零件方向匀速进给，所述打磨杆逐步伸入深孔内部对内壁进行磨削加工；步骤三、打磨进给全过程中，所述检测仪随所述滑座同步移动，持续采集所述打磨杆靠近打磨端位置的实际转动转速，并将转速数据实时反馈至所述控制系统；步骤四、所述控制系统将接收的实际转速与预设目标转速进行比对运算，得到转速偏差值，根据转速偏差值动态调整所述电机的输出转速；步骤五、所述滑座进给至预设孔深位置后，所述滑座沿所述导轨退回至初始位置，所述电机停止运转，松开所述夹持结构取出工件。

8、优选地，所述步骤一之前还包括标定步骤，预先对对应规格的所述打磨杆进行扭转特性标定，获取不同悬臂长度下所述打磨杆受标准磨削阻力的转速衰减基准数据并存入所述控制系统；所述步骤四执行过程中，所述控制系统实时读取所述滑座的当前进给位置，换算得到所述打磨杆当前的有效悬臂长度，调用对应基准数据计算出理论转速补偿量作为前馈值，再与实时检测得到的转速偏差修正量相叠加，共同调整所述电机的输出转速。扭转特性标定通过标准磨削力试验台完成，依次设置多组不同的打磨杆悬臂长度，每组长度下施加与实际打磨工况一致的标准磨削阻力，记录电机输出端转速与打磨杆端部转速的差值，整理形成悬臂长度与转速衰减量的对应映射数据表；所述理论转速补偿量通过当前有效悬臂长度乘以单位悬臂长度转速衰减系数计算得到，单位悬臂长度转速衰减系数由标定数据拟合得出并存入控制系统；所述转速偏差修正量通过转速偏差值乘以实时修正比例系数计算得到；最终电机输出转速为预设目标转速、理论转速补偿量与转速偏差修正量三者的叠加值。加工过程中控制系统根据滑座的实时位置坐标换算打磨杆的伸出长度，匹配数据表中的对应衰减数值计算前馈补偿量，提前抵消刚度变化带来的转速衰减，配合实时检测的偏差修正提升转速控制的响应速度。

9、优选地，所述步骤四中，所述控制系统进行转速调整时，当实际转速低于预设目标转速时，按照转速偏差的比例对应提高所述电机的输出转速，当实际转速高于预设目标转速时，按照转速偏差的比例对应降低所述电机的输出转速，将打磨端的实际转速波动控制在预设的允许偏差范围内。所述转速偏差值由所述控制系统将预设目标转速减去实时采集的实际转速计算得到，计算结果为正值表示实际转速低于目标转速，计算结果为负值表示实际转速高于目标转速；转速补偿比例系数预先通过工艺调试确定并存入控制系统，偏差数值的绝对值越大，电机转速的调整幅度对应越大，偏差数值的绝对值越小，调整幅度对应越小，避免转速调整过度引发震荡；允许偏差范围根据加工精度要求预设，不同加工阶段可分别设置对应的偏差阈值，兼顾加工效率与加工精度。

10、优选地，打磨过程中所述控制系统实时监测转速偏差的波动幅度，当转速波动幅度超出预设的稳定阈值时，所述控制系统根据超出阈值的幅度对应降低所述滑座的进给速度数值。所述转速偏差的波动幅度通过设定单位采样时长内，所述控制系统采集到的所有转速偏差值中的最大值与最小值的差值计算得到；单位采样时长由控制系统预先设定，稳定阈值根据打磨杆刚性与加工精度要求对应设定。超出阈值的幅度为当前波动幅度与稳定阈值的差值，差值越大，进给速度的下调比例对应越大，通过减小单位时间内的材料去除量降低磨削阻力，辅助抑制转速波动，待转速波动回落至稳定阈值范围内后，再逐步恢复至原设定进给速度。

11、优选地，打磨进给过程中所述检测仪的检测点始终位于工件孔口外侧的所述打磨杆外露段，不伸入深孔内部，全程对所述打磨杆靠近打磨端的杆段进行非接触式转速采集。检测过程中检测仪与打磨杆之间无物理接触，不会对打磨杆的转动状态产生额外干扰，也不会磨损打磨杆表面；检测点始终贴近工件孔口位置，最大程度缩短检测点与打磨头之间的杆段距离，减小该段杆体扭转变形带来的检测误差，保证采集数据更接近打磨作业端的真实转速。

12、优选地，打磨加工分为粗磨阶段与精磨阶段，粗磨阶段设置较高的目标转速与进给速度，对应设置较宽的转速允许偏差范围，精磨阶段设置较低的目标转速与进给速度，对应设置较窄的转速允许偏差范围，两个阶段均执行实时转速补偿控制。粗磨阶段以快速去除余量为主要目标，采用较高的加工参数提升加工效率，放宽转速偏差要求适配大余量磨削的阻力波动；精磨阶段以保证表面质量与尺寸精度为主要目标，采用较低的加工参数减小磨削阻力，收窄转速偏差要求提升加工稳定性，两个阶段根据预设的进给位置自动切换，无需人工中途调整参数。

13、优选地，所述步骤五中，当所述滑座进给至预设的孔深终点位置后，保持所述打磨杆的实际转速稳定在目标转速值，停止进给并进行设定时长的恒速打磨，完成后所述滑座以匀速退回初始位置，退回过程中维持所述打磨杆旋转状态。孔底位置的恒速打磨用于对孔底内壁进行光整加工，消除进给到位瞬间的转速波动带来的加工痕迹；退回过程中打磨杆保持旋转状态，避免打磨头与已加工孔壁发生刮擦损伤，保证深孔内壁的加工表面质量。

14、有益效果

15、本发明具有以下有益效果：

16、1、本发明中，检测结构随滑座同步移动，直接采集打磨杆靠近作业端外露杆段的实时转速，检测位置贴近打磨作业位置，数据准确度高，无需伸入深孔内部，不会与工件或孔壁产生干涉，适配小直径深孔的加工工况。

17、2、基于实时采集的打磨端实际转速与预设目标转速的偏差值，动态调整电机的输出转速，直接抵消打磨杆受磨削阻力产生的扭转变形转速衰减，使打磨端实际转速在全进给过程中保持稳定，保证深孔轴向各位置的材料去除率一致，提升孔径尺寸精度与内壁表面质量的均匀性。

18、3、结合打磨杆扭转特性预标定得到的前馈补偿量与实时检测得到的偏差修正量，可适配不同孔深位置下打磨杆悬臂长度变化带来的扭转刚度差异，提升转速控制的响应速度与控制精度。

19、4、通过监测转速偏差的波动幅度联动调整滑座进给速度，可在阻力波动较大时通过降低进给量减小磨削阻力，辅助维持打磨杆的转速稳定，适配不同加工余量与不同材料的打磨工况。

20、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。