一种用于加工柱塞凹坑形非光滑外表面的装置的制作方法

1.本发明涉及一种应用于机械加工技术领域中，对柱塞外表面的加工装置。


背景技术：

2.生物体表不仅在形态上具有非光滑特性，而且体表单元体还具有非光滑表面结构。因此，将生物体具有的非光滑表面结构应用于机械部件表面的研究，已成为国内外学者研究的热点。根据生物体表非光滑形态和结构的特点，将其运用在运动机械部件表面，如，齿轮、活塞等，可明显提高机械部件表面的耐磨性能，并可有效减小该部件的摩擦阻力和粘附力。但是现有的柱塞加工装置大多是加工光滑表面的，尚没有一种成熟可靠的装置能够实现对柱塞外表面实现凹坑形非光滑表面的加工。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种用于加工柱塞凹坑形非光滑外表面的装置，利用该种装置可对柱塞进行非光滑外表面的加工，制备出具有仿生结构的机械部件，可以延长机械部件的使用寿命。
4.本发明的技术方案是：该种用于加工柱塞凹坑形非光滑外表面的装置，包括移动机构、动力机构10、加工机构9、保持架机构8以及工件装夹机构7，其独特之处在于：所述移动机构包括x向和y向的水平移动，包括立板1、工作台2、第二电动机m2、y向滑块导轨3、承载板4、x向滑块导轨5、动板6、y向滚珠丝杠副12、x向滚珠丝杠副13以及摇杆14。
5.其中，工作台2通过立板1固定在地面上，第二电动机m2通过立式固定支座安装在工作台2上,并通过y向滚珠丝杠副12来驱动承载板4的y向水平移运；两列y向滑块导轨3的导轨通过螺栓对称固定在工作台2上；承载板4通过螺栓与y向滑块导轨3的滑块相连；两列x向滑块导轨5的导轨对称安装在承载板4上，动板6通过螺栓与x向滑块导轨5的滑块相连；摇杆14由立式固定支座固定在承载板4上，x向滚珠丝杠副13一端与摇杆14相连，另一端与动板6相连；转动摇杆14经x向滚珠丝杠副13实现动板6的x向水平移运。
6.所述动力机构，包括第一电动机m1、联轴器11、齿轮输入轴101、主齿轮102、双联齿轮103、输出齿轮104、齿轮输出轴105以及装置壳体106。
7.其中，第一电动机m1作为加工时带动各个齿轮旋转的动力来源，通过立式固定支座固定在可x向水平移动的动板6上，第一电动机m1经联轴器11连接齿轮输入轴101，齿轮输入轴101通过键连接带动主齿轮102旋转；两个双联齿轮103一端与主齿轮102相啮合，另一端又分别与两个输出齿轮104相啮合，四个输出齿轮104同方向进行转动，齿轮输出轴105传递扭矩；装置壳体106用于对动力机构起承载固定作用，通过螺栓将装置壳体106底座固定在动板6上。
8.所述加工机构包括万向节传动组件91、输出转轴92、夹头套管93、夹头94、拧紧螺母95以及钻杆96。
9.其中，万向节传动组件91一端的万向节头通过键与齿轮输出轴105相连，后经可伸缩的传动轴传动带动另一侧的万向节头转动，万向节头又通过键连接输出转轴92。夹头套管93的端部内壁上带有螺纹，夹头94一端的圆杆外圆周表面上也带有螺纹，通过螺纹将夹头94拧紧固定在夹头套管93内，夹头94另一端呈现向外张开的三瓣分体式结构，外表面上有螺纹，整体具有一定的倾斜坡度。在夹头94外部设置有拧紧螺母95，当钻杆96在夹头94内被放置好后，通过旋紧拧紧螺母95使夹头的三瓣分体式的结构进行向内收缩，使得钻杆96被夹紧固定。
10.所述保持架机构，包括竖板81、压板82、上弧形弯板83、下弧形弯板84以及固定器85。
11.其中，在上弧形弯板83和下弧形弯板84的弧形部位中间均开有通槽，方便所述加工机构穿出。固定器85用于固定加工机构确保加工方向沿径向，螺栓穿过固定器85上的通槽，将固定器85分别固定在上、下弧形弯板通槽旁的中间板面上；上弧形弯板83端部的凹型结构与下弧形弯板84端部的凸型结构相互配合连接，且在凹凸配合连接端面处开有通孔；压板82上的通孔和上下两个弧形弯板凹凸配合连接端面处的通孔供螺柱穿过，之后，配合螺母将压板82、上弧形弯板83和下弧形弯板84三者固定；压板82对上、下弧形弯板起到压紧固定的作用，同时所述压板的另一端通过螺栓被固定在竖板81上；下弧形弯板84平面处的通孔供螺栓穿过，将所述保持架机构安装在动板6上，可随动板6一同进行x向水平移动；所述工件装夹机构，包括液压缸71、固定板72、伸缩板73、联动杆74、支撑杆75、连接杆76、弹簧77以及夹具78。
12.其中，液压缸71作为工件装夹机构的动力源，通过立式固定支座固定安装在横板18上；伸缩板73通过螺纹与液压缸杆相连，通过控制液压缸杆的伸缩即可控制伸缩板73的位置；联动杆74分别与伸缩板73和支撑杆75相铰接，支撑杆75与固定板72相铰接，固定板72通过螺栓分别固定在液压缸71的两侧；连接杆76一端为带有台阶的圆杆，另一端加工成带有通孔的平面，连接杆76的圆杆端在台阶处连接夹具78并从夹具中间的通孔穿过；在连接杆76的外圆表面设有弹簧77，弹簧77被压紧，底部触碰夹具78，顶部触碰支撑杆75，弹簧77在加工过程中起到缓冲减震的作用；本发明具有如下有益效果：本发明所述装置在经过x向和y向水平移动调整后，可以将加工机构的加工端对准柱塞外表面的待加工位置，再通过摇动摇杆向加工机构提供一定距离的x向水平进给运动，从而实现对柱塞凹坑形非光滑外表面的加工。此外，应用本装置，加工方向可沿柱塞的径向，并且在一次进给加工过程中，能够在柱塞半个圆周面上加工出四个凹坑，相比于一次加工只能加工一个或两个凹坑而言，其效率更高，更能节省人员精力和时间。
13.附图说明：图1是本发明所述装置整体结构示意图。
14.图2是本发明所述装置整体结构俯视示意图。
15.图3是本发明所述装置中动力机构的结构示意图。
16.图4是本发明所述装置中保持架机构的结构示意图。
17.图5是本发明所述装置中保持架机构的a向视结构示意图。
18.图6是图5中b
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b阶梯剖视图。
19.图7是本发明所述装置的保持架机构中固定器的结构剖视图。
20.图8是本发明所述装置的加工机构的结构示意图。
21.图9是本发明所述装置的工件装夹机构的结构示意图。
22.图中1
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立板，2
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工作台，3
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y向滑块导轨，4
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承载板，5
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x向滑块导轨，6
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动板，7
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工件装夹机构，8
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保持架机构，9
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加工机构，10
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动力机构，11
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联轴器，12
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y向滚珠丝杠副，13
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x向滚珠丝杠副，14
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摇杆，15
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柱塞，16
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液压三爪卡盘，17
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连接板，18
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横板，19
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固定插销，20
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直线导轨副，m1
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第一电动机，m2
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第二电动机，71
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液压缸、72
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固定板、73
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伸缩板、74
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联动杆、75
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支撑杆、76
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连接杆、77
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弹簧、78
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夹具，81
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竖板、82
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压板、83
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上弧形弯板、84
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下弧形弯板、85
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固定器，91
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万向节传动机构、92
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输出转轴、93
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夹头套管、94
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夹头、95
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拧紧螺母、96
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钻杆，101
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齿轮输入轴，102
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主齿轮，103
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双联齿轮，104
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输出齿轮，105
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齿轮输出轴，106
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装置壳体。
23.具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步说明：由图1至图9所示，本种柱塞外表面凹坑形非光滑外表面的加工装置主要包括移动机构、动力机构、保持架机构、加工机构以及工件装夹机构。
24.移动机构包括x向和y向的水平移动，具体包括立板1、工作台2、电动机m2、y向滑块导轨3、承载板4、x向滑块导轨5、动板6、y向滚珠丝杠副12、x向滚珠丝杠副13、摇杆14等。所述工作台2通过立板1固定在地面上。电动机m2通过y向滚珠丝杠副12来驱动承载板4的y向水平移运，电动机m2作为驱动电源，通过立式固定支座安装在工作台2上。两列y向滑块导轨3的导轨通过螺栓对称固定在工作台2上。承载板4通过螺栓与y向滑块导轨3的滑块相连。两列x向滑块导轨5的导轨对称安装在承载板4上，动板6又通过螺栓与x向滑块导轨5的滑块相连。摇杆14由立式固定支座固定在承载板4上，并与x向滚珠丝杠副13相连，x向滚珠丝杠副13的另一端与动板6固连，转动摇杆14经x向滚珠丝杠副13可实现动板6的x向水平移动。
25.动力机构包括电动机m1、联轴器11、齿轮输入轴101、主齿轮102、双联齿轮103、输出齿轮104、齿轮输出轴105、装置壳体106。所述的电动机m1作为加工时带动各个齿轮旋转的动力来源，通过立式固定支座固定安装在可x向移运的动板6上。电动机m1经联轴器11连接齿轮输入轴101，输入轴101通过键连接带动主齿轮102旋转。两个对称的双联齿轮103一端与主齿轮102相啮合，另一端又与输出齿轮104相啮合，四个输出齿轮104同时且同向进行转动，齿轮输出轴105用于传递扭矩。装置壳体106对齿轮传动机构起承载固定作用，螺栓通过壳体底座上的孔将装置壳体固定安装在动板6上。
26.加工机构包括万向节传动组件91、输出转轴92、夹头套管93、夹头94、拧紧螺母95以及钻杆96；万向节传动组件91一端的万向节头通过键与齿轮输出轴105相连，后经可伸缩的传动轴传动带动另一侧的万向节头转动，万向节头又通过键连接输出转轴92。夹头套管93的端部内壁上带有螺纹，夹头94一端的圆杆外圆周表面上也带有螺纹，通过螺纹将夹头94拧紧固定在夹头套管93内，夹头94另一端呈现向外张开的三瓣分体式结构，外表面上有螺纹，整体具有一定的倾斜坡度。在夹头94外部设置有拧紧螺母95，当钻杆96在夹头94内被放置好后，通过旋紧拧紧螺母95使夹头的三瓣分体式的结构进行向内收缩，使得钻杆96被夹紧固定。
27.保持架机构包括竖板81、压板82、上弧形弯板83、下弧形弯板84以及固定器85。在
上弧形弯板83和下弧形弯板84的弧形部位中间均开有通槽，方便所述加工机构穿出。固定器85用于固定加工机构确保加工方向沿径向，螺栓穿过固定器85上的通槽，将固定器85分别固定在上、下弧形弯板通槽旁的中间板面上；上弧形弯板83端部的凹型结构与下弧形弯板84端部的凸型结构相互配合连接，且在凹凸配合连接端面处开有通孔；压板82上的通孔和上下两个弧形弯板凹凸配合连接端面处的通孔供螺柱穿过，之后，配合螺母将压板82、上弧形弯板83和下弧形弯板84三者固定；压板82对上、下弧形弯板起到压紧固定的作用，同时所述压板的另一端通过螺栓被固定在竖板81上；下弧形弯板84平面处的通孔供螺栓穿过，将所述保持架机构安装在动板6上，可随动板6一同进行x向水平移动。
28.工件装夹机构包括液压缸71、固定板72、伸缩板73、联动杆74、支撑杆75、连接杆76、弹簧77以及夹具78。所述液压缸71作为工件装夹机构的动力源，通过立式固定支座固定安装在横板18上。伸缩板73通过螺纹与液压缸杆相连，通过控制液压缸杆的伸缩即可控制伸缩板73的位置。联动杆74分别与伸缩板73和支撑杆75相铰接，支撑杆75与固定板72相铰接，固定板72通过螺栓分别固定在液压缸71的两侧。连接杆76一端为带有台阶的圆杆，另一端加工成带有通孔的平面，连接杆76的圆杆端在台阶处连接夹具78并从夹具中间的通孔穿过。在连接杆76的外圆表面设有弹簧77，弹簧77被压紧，底部触碰夹具78，顶部触碰支撑杆75，弹簧77在加工过程中起到缓冲减震的作用。
29.应用时，待加工的柱塞底端装夹在工作台上的卧式液压三爪卡盘上。电动机m2通过y向滚珠丝杠副驱动承载板及其上动板进行y向水平移动，转动摇杆通过x向滚珠丝杠副使动板及动板上的加工装置及动力机构进行x向水平移动。由电动机m1带动输入轴上的主齿轮进行转动，位于主齿轮两侧的两个双联齿轮，一端与主齿轮相互啮合，另一端又分别带动四个输出齿轮进行同向转动。齿轮输出轴传递扭矩的同时又分别与加工装置相连。保持架对加工机构起到固定导向的作用，确保加工位置沿柱塞的径向。连接板通过螺栓固定在动板的一侧，可随动板一同进行x向水平移动，连接板上装设有直线导轨副，滑块可在直线导轨上移动，液压缸作为工件装夹机构的动力源安装在与滑块相连的横板上，控制液压缸即可实现对柱塞的装夹，夹具上设置的弹簧对柱塞在加工过程中产生的震动起到缓冲的作用。
30.另外，经过x向和y向水平移动调整后，加工端对准柱塞外表面的待加工位置，打开电动机m1开关使加工端获得动力进行转动，控制液压缸使夹具装夹住柱塞，并拔开固定横板位置的固定插销，此时正转摇杆再对动板及加工机构提供一定距离的x向水平进给运动，实现真正加工。
31.一次加工进程结束后，控制液压缸使工件装夹机构松开柱塞，反转摇杆使加工装置在x向反方向水平移动远离柱塞加工表面。液压三爪卡盘装夹柱塞转过180
°
的同时，再次控制液压缸使夹具再次夹紧柱塞，正转摇杆对柱塞另外半个圆周外表面进行加工。此次加工结束后，控制夹具松开柱塞，打开电动机m2开关将整个装置再次进行y向水平移动，至下一工作位置时关闭电动机m2，重复之前加工步骤直至整个身长的柱塞外表面都完成加工使用时，本种装置可以按照如下步骤操作：1. 首先将柱塞15装夹到卧式的液压三爪卡盘16上，启动电动机m2，整个承载板4开始进行y向水平移动，至加工装置9的轴线与柱塞外表面待加工凹坑的位置处于同一平面时停止，关闭电动机m2。然后手动正转摇杆14使动板6及连接板17一同进行x向水平移动，至
连接板17上的工件装夹机构7中的夹具78运动到柱塞的中心垂直位置时，停止摇动摇杆14。
32.2. 启动液压缸71，控制液压缸杆进行回缩，在伸缩板73及联动杆74的带动作用下，支撑杆75向内收紧直到夹具78夹紧柱塞15后，停止液压缸71工作。
33.3. 启动电动机m1带动动力机构10开始运转，带动加工装置9的钻杆96进行转动。拔开连接板机构上用于固定横板18位置的固定插销19。此时手动正转摇杆14对加工机构再提供一定距离的x向水平进给，实现对柱塞凹坑形非光滑外圆周表面的真正加工。此时，夹具78已经夹住柱塞15。由于固定插销19已经被拔开，又由于直线导轨副20的存在，连接板17水平移动的同时工件装夹机构7的位置固定不变。
34.4. x向水平进给加工过程结束后，反转摇杆14，使钻杆96在x反方向离开柱塞15外表面一定距离。控制液压缸71伸出液压缸杆的同时，带动夹具78松开柱塞15。
35.5. 打开液压三爪卡盘16的控制开关，液压三爪卡盘转过180
°
后，再次控制液压缸71使液压缸杆回缩至夹具78装夹柱塞15，液压缸71停止工作。然后再正转摇杆14，使加工装置9再次对柱塞15的外表面实现凹坑形非光滑表面的加工。此次加工结束后，重复第4步骤使夹具78松开柱塞15。
36.6. 启动电动机m2将整个承载板4继续y向水平移动至下一个工作位置，然后关闭电动机m2。重复步骤2、3、4、5，直至整个身长的柱塞外表面都加工结束后，关闭电动机m1和液压缸71，将横板18通孔位置处的固定插销19插回，反转摇杆14将动板6及其连接板17一同进行x反向移动，远离柱塞15，加工结束。
37.经过实验性应用后，已证明：本种装置可以实现对工件的可靠固定以及加工机构能够实现准确地定位导向，从而降低了对柱塞非光滑表面的加工误差。