CN105689905B - 一种曲轴激光加工的装置及对曲轴进行激光加工的方法 - Google Patents

一种曲轴激光加工的装置及对曲轴进行激光加工的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种曲轴激光加工的装置及对曲轴进行激光加工的方法，包括：曲轴，三抓卡盘，滑块，步进电机，滚珠丝杠，轴承，支座，工作台，导柱，丝杠支座，支座，联轴器，电机支座，步进电机，传动轴，轴承，激光器。采用本发明的曲轴激光加工装置对曲轴进行激光加工，可以使曲轴主轴轴颈和连杆轴轴颈的旋转轴心均可调，而且调节更加精确；同时采用PLC控制***，可以更加精确地控制三个步进电机的转动角度，以及两个滑块的位移，减小回转误差，提高加工精度，达到对曲轴的主轴轴颈和连杆轴轴颈的精确激光加工处理的目的。

Description

一种曲轴激光加工的装置及对曲轴进行激光加工的方法
技术领域
本发明涉及激光加工曲轴技术领域，特指一种曲轴激光加工的装置及对曲轴激光加工的方法。
背景技术
汽车行业的蓬勃发展对汽车制造业提出了更高的要求和期望，新一代国IV/V 排放标准汽车要求具有更好的安全性、更高的运行可靠性、更环保、更智能。发动机作为整个汽车的核心部件，对汽车的运行可靠性和使用性能具有决定性影响。曲轴是汽车发动机受力最集中、受力情况最复杂的部件，也是最容易发生问题的部件，曲轴的质量直接决定发动机的整体质量。曲轴的失效形式主要表现为轴颈磨损和疲劳断裂。在高速旋转过程中，由于承受交变弯曲与交变扭转载荷的共同作用，曲轴的各危险断面尤其是轴颈与曲柄间过渡圆角处，经常因应力集中造成曲轴断裂。因此，提高曲轴的疲劳强度和寿命对提高发动机的整体可靠性和安全性具有非常重要的意义。目前，发动机行业企业主要采取圆角滚压与喷丸强化对曲轴进行强化处理，提高曲轴的疲劳强度和安全使用寿命。但是圆角滚压由于受到曲轴加工工艺的限制，各轴颈圆角很难与滚轮吻合，往往造成圆角的啃切现象，而且滚压后曲轴变形较大，效果不佳。喷丸强化可以有效避免上述情况发生，但是喷丸过程对曲轴的表面粗糙度影响较大，且喷丸形成的残余压应力一般只有0.1—0.8mm。
强脉冲激光诱导的冲击波可以在材料表面形成较深的残余压应力层，改变材料的显微结构组织和力学性能，使材料屈服强度产生明显的提高，因此也适用于曲轴加工技术领域。目前在激光加工处理领域内，曲轴激光加工处理的新型装置所用的定位装夹新型装置是五坐标联动新型装置，但是精度不是很高。尤其由于曲轴的特殊结构，其主轴轴颈和连杆轴轴颈不在同一条中心线上，很难在加工时实现曲轴主轴轴颈和连杆轴轴颈的回转轴心的调节，使得激光加工处理的效率和精度大大降低。此外激光加工处理曲轴过程中还存在曲轴弯曲变形、加工装置精度低、加工处理不均匀、加工处理效果不明显的问题。因此研究一个高效高能的激光加工处理的新型装置有着非常重大的意义。
发明内容
目前激光加工处理曲轴过程中由于主轴轴颈和连杆轴轴颈不在同一条中心线上，很难在加工时实现对曲轴主轴轴颈和连杆轴轴颈的回转轴心的调节，造成激光加工处理的效率和精度大大降低。为解决上述技术问题，本发明提供了一种曲轴激光加工的装置及对曲轴进行激光加工的方法。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种曲轴激光加工的装置，包括激光器和工作台，所述工作台的两端安装有第一支座和第二支座，所述第一支座顶端设有第一传动轴，所述第一传动轴与所述第一支座转动副连接；所述第二支座顶端设有第二传动轴，所述第二传动轴与所述第二支座转动副连接；所述第一传动轴上固定安装有第一导柱，所述第一导柱上端设有第一步进电机，下端设有第一丝杠支座，第一滚珠丝杠安装在所述第一步进电机和所述第一丝杠支座之间，所述第一滚珠丝杠上安装有第一滑块，第一滑块上安装有第一三抓卡盘；所述第二传动轴上设有第二导柱，所述第二导柱上端设有第二步进电机，下端设有第二丝杠支座，第二滚珠丝杠安装在所述第二步进电机和所述第二丝杠支座之间，所述第二滚珠丝杠上安装有第二滑块，第二滑块上安装有第二三抓卡盘。
上述方案中，所述第一支座与所述第一传动轴通过第一轴承连接；所述第二支座与所述第二传动轴通过第二轴承连接。
上述方案中，所述第二传动轴依次通过第一半联轴器、第二半联轴器与第三步进电机连接。
上述方案中，所述第三步进电机安装在电机支座上，所述电机支座安装在所述工作台上。
上述方案中，所述工作台上设有T型槽，所述第一支座与所述T型槽移动副连接。
上述方案中，所述第一导柱、所述第二导柱、所述第一滑块和所述第二滑块上均设有刻度线。
上述方案中，所述第一步进电机、所述第二步进电机、所述第三步进电机和所述激光器均与PLC控制装置连接。
本发明还提供了一种利用曲轴激光加工的装置进行激光加工的方法，包括如下步骤：A.除去曲轴氧化层，涂抹吸收层和约束层，调节好激光器的各项参数；B.通过PLC控制装置，控制步进电机第一步进电机和第二步进电机转动，使得第一滑块和第二滑块移动，使第一导柱、第二导柱、第一滑块和第二滑块上的零刻度线重合；C.通过PLC控制装置控制第一步进电机和第二步进电机转动，使第一滑块、第二滑块向上移动距离L，L为曲轴主轴颈与曲轴连杆轴颈的中心距；D.调节第一支座的到合适的位置，并用第一三抓卡盘和第二三抓卡盘将曲轴装夹好； E.用PLC控制装置调节激光器和第三步进电机以合适的速度转动,对曲轴的连杆轴颈进行激光加工处理；F.用同样的方法，通过控制第一滑块、第二滑块的移动距离来实现对主轴轴颈和另外一个连杆轴轴颈的激光加工处理。
本发明的有益效果：（1）采用前后两个三抓卡盘固定，可以更好的减小激光加工处理过程中的弯曲变形,有助于提高安装、调节精度。（2）采用自动调心***可以在装夹定位的同时，使曲轴主轴轴颈和连杆轴轴颈的旋转轴心均可调，而且调节更加精确，且能适用于各种尺寸的曲轴的加工，应用范围更加广泛。（3）本发明采用PLC控制***，可以更加精确地控制三个步进电机的转动角度，以及两个滑块的位移，减小回转误差，提高加工精度。（4）本发明采用PLC控制***能够更加精确的控制整个加工***，提高了曲轴激光加工处理的精度和效率。（5）本发明的两个滑块以及两个导轨都设有刻度线，0刻度线在滑块或导轨的正中间，能够精确控制上下的位移。（6）本发明激光器在PLC***的控制下可以上下、左右移动，到达更加准确的加工位置，实现对主轴轴颈和连杆轴轴颈的精确的激光加工处理。
附图说明
图1是本发明所述曲轴激光加工处理装置的结构示意图。
图中：1.曲轴，2.第一三抓卡盘，3.第一滑块，4.第一步进电机，5.第一滚珠丝杠，6.第一传动轴，7.第一轴承，8.第一支座，9.工作台，10.第一导柱，11.第一丝杠支座，12.第二三抓卡盘，13.第二丝杠支座，14.第二滚珠丝杠，15.第二导柱，16.第二支座，17.第一半联轴器，18.第二半联轴器，19.电机支座，20.第三步进电机，21.第二传动轴，22.第二轴承,23.第二步进电机，24.第二滑块，25.激光器。L1：曲轴上其中一根连杆轴的轴颈中心线，L3：曲轴上另外一根连杆轴的轴颈中心线，L2：曲轴主轴轴颈中心线。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，曲轴激光加工处理的新型装置包括激光器25和工作台9，所述工作台9的两端安装有第一支座8和第二支座16，所述第一支座8顶端设有第一轴承7，第一传动轴6通过第一轴承7与所述第一支座转动副连接；所述第二支座16顶端设有第二轴承22，所述第二传动轴21通过第二轴承22与所述第二支座16转动副连接；
所述第一传动轴6上固定安装有第一导柱10，所述第一导柱10上端设有第一步进电机4，下端设有第一丝杠支座11，第一滚珠丝杠5安装在所述第一步进电机4和所述第一丝杠支座11之间，所述第一滚珠丝杠5上安装有第一滑块3，第一滑块3上安装有第一三抓卡盘2；所述第二传动轴21上设有第二导柱15，所述第二导柱15上端设有第二步进电机23，下端设有第二丝杠支座13，第二滚珠丝杠14安装在所述第二步进电机23和所述第二丝杠支座13之间，所述第二滚珠丝杠14上安装有第二滑块24，第二滑块24上安装有第二三抓卡盘12。所述第二传动轴21输入端依次通过第一半联轴器17、第二半联轴器18与第三步进电机20连接。所述第三步进电机20安装在电机支座19上，所述电机支座19安装在所述工作台9上。所述工作台9上设有T型槽，所述第一支座8与所述T型槽移动副连接。所述第一导柱10、所述第二导柱15、所述第一滑块3和所述第二滑块24上均设有刻度线。所述第一步进电机4、所述第二步进电机23、所述第三步进电机20和所述激光器25均与PLC控制装置连接。
利用上述曲轴激光加工处理的装置对曲轴进行激光加工处理的方法如下：A.除去曲轴1氧化层，涂抹吸收层和约束层，调节好激光器的各项参数。B.通过PLC控制装置，控制第一步进电机4和第二步进电机23的转动，使得第一滑块3和第二滑块24移动，使两个滑块的零刻度线与两个导柱的零刻度线重合。C.通过PLC控制装置控制第一步进电机4和第二步进电机23转动，使第一滑块滑块3和第二滑块24向上移动L，L=曲轴主轴轴颈与曲轴连杆轴轴颈的中心距，即使曲轴连杆轴轴颈的中心线L3与第二传动轴21的轴中心线重合。 D.调节第一支座8的到合适的位置。E.用第一三抓卡盘2和第二三抓卡盘12将曲轴1装夹好。F.用PLC控制装置调节激光器25到合适的位置。G.用PLC控制装置控制第三步进电机20以合适的速度转动,即可对连杆轴轴颈进行激光加工处理；H.用同样的方法，调节第一滑块滑块3和第二滑块24的移动距离，可以对主轴轴颈和另外一个连杆轴轴颈进行激光加工处理。

Claims (8)

1.一种曲轴激光加工的装置，包括激光器（25）和工作台（9），其特征在于，所述工作台（9）的两端安装有第一支座（8）和第二支座（16），所述第一支座（8）顶端设有第一传动轴（6），所述第一传动轴（6）与所述第一支座转动副连接；所述第二支座（16）顶端设有第二传动轴（21），所述第二传动轴（21）与所述第二支座（16）转动副连接；所述第一传动轴（6）上固定安装有第一导柱（10），所述第一导柱（10）上端设有第一步进电机（4），下端设有第一丝杠支座（11），第一滚珠丝杠（5）安装在所述第一步进电机（4）和所述第一丝杠支座（11）之间，所述第一滚珠丝杠（5）上安装有第一滑块（3），第一滑块（3）上安装有第一三抓卡盘（2）；所述第二传动轴（21）上设有第二导柱（15），所述第二导柱（15）上端设有第二步进电机（23），下端设有第二丝杠支座（13），第二滚珠丝杠（14）安装在所述第二步进电机（23）和所述第二丝杠支座（13）之间，所述第二滚珠丝杠（14）上安装有第二滑块（24），第二滑块（24）上安装有第二三抓卡盘（12）。
2.根据权利要求1所述的一种曲轴激光加工的装置，其特征在于，所述第一支座（8）与所述第一传动轴（6）通过第一轴承（7）连接；所述第二支座（16）与所述第二传动轴（21）通过第二轴承（22）连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种曲轴激光加工的装置，其特征在于，所述第二传动轴（21）依次通过第一半联轴器（17）、第二半联轴器（18）与第三步进电机（20）连接。
4.根据权利要求3所述的一种曲轴激光加工的装置，其特征在于，所述第三步进电机（20）安装在电机支座（19）上，所述电机支座（19）安装在所述工作台（9）上。
5.根据权利要求3所述的一种曲轴激光加工的装置，其特征在于，所述工作台（9）上设有T型槽，所述第一支座（8）与所述T型槽移动副连接。
6.根据权利要求3所述的一种曲轴激光加工的装置，其特征在于，所述第一导柱（10）、所述第二导柱（15）、所述第一滑块（3）和所述第二滑块（24）上均设有刻度线。
7.根据权利要求3所述的一种曲轴激光加工的装置，其特征在于，所述第一步进电机（4）、所述第二步进电机（23）、所述第三步进电机（20）和所述激光器（25）均与PLC控制装置连接。
8.一种利用权利要求3所述的曲轴激光加工的装置进行激光加工的方法，包括如下步骤：
A.除去曲轴（1）氧化层，涂抹吸收层和约束层，调节好激光器(25)的各项参数；
B.通过PLC控制装置，控制第一步进电机（4）和第二步进电机（23）转动，使得第一滑块（3）和第二滑块（24）移动，使第一导柱（10）、第二导柱（15）、第一滑块（3）和第二滑块（24）上的零刻度线重合；
C.通过PLC控制装置控制第一步进电机（4）和第二步进电机（23）转动，使第一滑块（3）、第二滑块（24）向上移动距离L，L为曲轴主轴颈与曲轴连杆轴颈的中心距；
D.调节第一支座（8）的到合适的位置，并用第一三抓卡盘（2）和第二三抓卡盘（12）将曲轴（1）装夹好；
E.用PLC控制装置调节激光器（25）和第三步进电机（20）以合适的速度转动,对曲轴的连杆轴颈进行激光加工处理；
F.用同样的方法，通过控制第一滑块（3）、第二滑块（24）的移动距离来实现对主轴轴颈和另外一个连杆轴轴颈的激光加工处理。
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