活塞销外圆表面超精密加工专用设备及其加工工艺的制作方法

本发明涉及活塞机械加工技术领域，具体而言，涉及一种活塞销外圆表面超精密加工专用设备和一种活塞销外圆表面超精密加工工艺。

背景技术

发动机运动过程中，活塞将承受的力通过活塞销传给连杆或相反。活塞销在高温条件下承受周期性冲击负荷，且由于活塞销和活塞销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。同时，活塞销的工作条件为承受压比大，变形不协调。为此，活塞销必须有足够高的机械强度和耐磨性，以及良好的表面质量。

随着发动机国v、国ⅵ标准的发布，对发动机活塞销的加工要求越来越高。在活塞销机械强度和耐磨性不断提高的情况下，保证其表明质量极为困难。

相关技术中，活塞销的加工制造过程为毛坯加工、热处理、精磨外圆，表面粗糙度仅可达ra0.4，难以进一步提高活塞销的表面质量，现有的切削加工方式难以进一步提高活塞销的硬度、机械性能、耐磨性以及抗疲劳程度，难以满足发动机活塞销的加工需求。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明将超声波纳米光整系统应用于活塞销加工过程中，提出了一种活塞销外圆表面超精密加工专用设备和一种活塞销外圆表面超精密加工工艺，通过超声波纳米光整系统高频次敲击发动机活塞销，提升了活塞销的机械性能、耐磨性、以及抗疲劳程度，而且活塞销外圆表面粗糙度可达ra0.2以上。

本发明的技术方案提供了一种活塞销外圆表面超精密加工专用设备，包括：机床床身；主轴机构，固定安装于机床床身上；z轴向滑台机构，固定安装于机床床身上，主轴机构与z轴向滑台机构相邻设置；x轴向滑台机构，固定安装于z轴向滑台机构上，z轴向滑台机构带动x轴向滑台机构在z轴向运动；超声波纳米光整机构，固定安装于x轴向滑台机构上，x轴向滑台机构带动超声波纳米光整机构在x轴向运动；动力顶针工装机构，固定安装于主轴机构上，用于容纳待加工活塞销。

本方案中，通过固定安装于机床床身上的主轴机构有利于实现活塞销的亚微米加工，通过固定安装于机床床身上且与主轴机构相邻设置的z轴向滑台机构以及固定安装于z轴向滑台机构上的x轴向滑台机构，有利于实现精确定位，满足亚微米加工对定位精度的要求，通过固定安装于x轴向滑台机构上的超声波纳米光整机构，可以将超声波纳米光整高频次敲击活塞销技术应用于活塞销加工过程中，实现了亚微米加工，活塞销外圆表面粗糙度可达ra0.2以上，而且提升了机械性能、耐磨性以及抗疲劳程度，通过固定安装于主轴机构上的动力顶针工装机构用于容纳待加工活塞销，有利于提升待加工活塞销的放置稳定性，进一步提升超声波纳米光整高频次敲击活塞销的效果，提升活塞销的产品质量，而且本发明提出的活塞销外圆表面超精密加工专用设备的整体性能可靠性高，经本发明提出的活塞销外圆表面超精密加工专用设备加工后的活塞销外圆表面粗糙度提高了15％～30％，活塞销外圆表面硬度提高了5％～15％，活塞销抗疲劳强度提高了20％左右，合格率提高了30％左右，加工效率提升了20％左右，质量稳定性提高了35％左右，而且降低了工作者劳保用品的投入，降低了工作者的工作强度，提升了自动化程度，具有巨大的社会效益和经济效益，适合当前汽车行业不断发展的需求。

具体地，待加工活塞销放置于动力顶针工装机构，主轴机构转动，动力顶针工装机构随主轴机构转动，待加工活塞销由动力顶针工装机构驱动，随动力顶针工装机构、主轴机构共同转动，z轴向滑台机构带动x轴向滑台机构在z轴向运动，x轴向滑台机构带动超声波纳米光整机构在x轴向运动，使得超声波纳米光整机构运动至待加工活塞销的对应位置，主轴机构、z轴向滑台机构、x轴向滑台机构的加工程序联动，进行待加工活塞销的外圆表面的精细加工。

优选地，动力顶针工装机构通过止口定位安装的方式固定安装于主轴机构上。

本方案中，动力顶针工装机构通过止口定位安装的方式固定安装于主轴机构上，有利于精确定位动力顶针工装机构，提升动力顶针工装机构的安装稳定性和牢固性，有利于保障活塞销在加工过程中的稳定性，有利于提升加工专用设备的整体性能可靠性。

优选地，还包括：尾座机构，安装固定于机床床身上，与主轴机构配合设置；随动顶针工装机构，安装固定于尾座机构上，与动力顶针工装机构配合设置，尾座机构驱动随动顶针工装机构伸出或缩回以顶紧或释放待加工活塞销。

本方案中，通过安装固定于机床床身上且与主轴机构配合设置的尾座机构，有利于实现待加工活塞销的装卸，通过安装固定于尾座机构上且与动力顶针工装机构配合设置的随动顶针工装机构可以在尾座机构的驱动下伸出或缩回，可以顶紧或释放待加工活塞销，进一步有利于保障待加工活塞销在加工过程中的稳定性，有利于提升加工专用设备的整体性能可靠性。

优选地，尾座机构通过液压缸或气缸驱动随动顶针工装机构。

本方案中，尾座机构通过液压缸或气缸驱动随动顶针工装机构，结构简单且易于控制，占用体积小，驱动力能够满足需求。

优选地，随动顶针工装机构通过莫氏锥度安装在尾座机构上。

本方案中，随动顶针工装机构通过莫氏锥度安装在尾座机构上，稳固性较强。

优选地，z轴向滑台机构通过直线导轨安装在机床床身上，z轴向滑台机构由第一伺服电机或第一动力轴驱动，第一伺服电机或第一动力轴固定安装于机床床身上，第一伺服电机、第一动力轴分别与主动力机构相连；x轴向滑台机构的滑台底部设有导轨导向，x轴向滑台机构由第二伺服电机或第二动力轴驱动，第二伺服电机或第二动力轴固定安装于机床床身上，第二伺服电机、第二动力轴分别与主动力机构相连。

本方案中，z轴向滑台机构通过直线导轨安装在机床床身上，z轴向滑台机构由第一伺服电机或第一动力轴驱动，第一伺服电机或第一动力轴固定安装于机床床身上，第一伺服电机、第一动力轴分别与主动力机构相连，使得z轴向滑台机构能够比较稳定的滑动，且滑动轨迹可控制，占用体积小，驱动力能够满足需求，x轴向滑台机构的滑台底部设有导轨导向，x轴向滑台机构由第二伺服电机或第二动力轴驱动，第二伺服电机或第二动力轴固定安装于机床床身上，第二伺服电机、第二动力轴分别与主动力机构相连，使得x轴向滑台机构能够比较稳定的滑动而且滑动轨迹可控制，占用体积小，驱动力能够满足需求，z轴向滑台机构以及x轴向滑台机构相互配合能够实现360度立体全方位的位置移动，有利于超声波纳米光整机构的精确定位，提升加工产品质量。

优选地，还包括：主轴伺服电机，固定安装于机床床身上，与主轴机构相连，用于驱动主轴机构，主轴伺服电机还与主动力机构相连。

本方案中，通过固定安装于机床床身上且与主轴机构相连的主轴伺服电机可以驱动主轴机构，为主轴机构的转动提供了驱动力，结构简单，易于控制，占用体积小，驱动力能够满足需求。

优选地，还包括：第三动力轴，固定安装于机床床身上，与主轴机构相连，用于驱动主轴机构，第三动力轴还与主动力机构相连。

本方案中，通过固定安装于机床床身上且与主轴机构相连的第三动力轴可以驱动主轴机构，为主轴机构的转动提供了驱动力，结构简单，易于控制，占用体积小，驱动力能够满足需求。

本发明的技术方案还提供了一种活塞销外圆表面超精密加工工艺，包括：放置待加工活塞销至动力顶针工装机构上；控制尾座机构推动随动顶针工装机构伸出顶紧待加工活塞销；当接收到待加工活塞销顶紧到位信号时，控制主轴伺服电机带动主轴机构转动；控制z轴向滑台机构带动x轴向滑台机构在z轴向运动以及x轴向滑台机构带动超声波纳米光整机构在x轴向运动，以使超声波纳米光整机构运动至待加工活塞销的对应位置；控制主轴机构、z轴向滑台机构、x轴向滑台机构联动加工，进行待加工活塞销的外圆表面加工；当检测到外圆表面加工完成时，控制主轴机构停止转动，随动顶针工装机构缩回，取下已加工活塞销。

本方案中，将超声波纳米光整机构融入到活塞销外圆表面超精密加工工艺中，实现了亚微米加工，活塞销外圆表面粗糙度可达ra0.2以上，而且提升了机械性能、耐磨性以及抗疲劳程度，控制z轴向滑台机构带动x轴向滑台机构在z轴向运动以及x轴向滑台机构带动超声波纳米光整机构在x轴向运动实现了精确定位，满足了亚微米加工对定位精度的要求，加工过程的稳定性、可靠性强，可重复性强，加工产品的质量好，采用本发明提出的加工工艺加工的活塞销外圆表面粗糙度提高了15％～30％，活塞销外圆表面硬度提高了5％～15％，活塞销抗疲劳强度提高了20％左右，合格率提高了30％左右，加工效率提升了20％左右，质量稳定性提高了35％左右，而且降低了工作者劳保用品的投入，降低了工作者的工作强度，提升了自动化程度，具有巨大的社会效益和经济效益，适合当前汽车行业不断发展的需求。

优选地，待加工活塞销为铸钢合金材质、铸铝合金材质中的至少一种。

本方案中，待加工活塞销为铸钢合金材质、铸铝合金材质中的至少一种，本发明提出的活塞销外圆表面超精密加工工艺适用于多种材质的活塞销的加工。

通过以上技术方案，采用超声波纳米光整机构等实现了在加工过程中由超声波纳米光整系统高频次敲击发动机活塞销，提升了活塞销的机械性能、耐磨性、以及抗疲劳程度，而且活塞销外圆表面粗糙度可达ra0.2以上，采用z轴向滑台机构以及x轴向滑台机构等实现了活塞销亚微米加工过程中的精确定位，能够满足活塞销亚微米加工的定位精度要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的活塞销外圆表面超精密加工专用设备的结构示意图；

图2示出了图1中的活塞销外圆表面超精密加工专用设备的主视图；

图3示出了图1中的活塞销外圆表面超精密加工专用设备的右视图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的活塞销外圆表面超精密加工专用设备的加工产品活塞销的结构示意图；

图5示出了图4中的活塞销的剖视图，

其中，图1至图5中附图标记与部件之间的对应关系为：

102机床床身，104主轴机构，106z轴向滑台机构，108x轴向滑台机构，110超声波纳米光整机构，112动力顶针工装机构，114尾座机构，116随动顶针工装机构，118主轴伺服电机，202活塞销，2022外圆表面。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1至图5所示，根据本发明的实施例的活塞销外圆表面超精密加工专用设备，包括：机床床身102；主轴机构104，固定安装于机床床身102上；z轴向滑台机构106，固定安装于机床床身102上，主轴机构104与z轴向滑台机构106相邻设置；x轴向滑台机构108，固定安装于z轴向滑台机构106上，z轴向滑台机构106带动x轴向滑台机构108在z轴向运动；超声波纳米光整机构110，固定安装于x轴向滑台机构108上，x轴向滑台机构108带动超声波纳米光整机构110在x轴向运动；动力顶针工装机构112，固定安装于主轴机构104上，用于容纳待加工活塞销202。

本实施例中，通过固定安装于机床床身102上的主轴机构104有利于实现活塞销202的亚微米加工，通过固定安装于机床床身102上且与主轴机构104相邻设置的z轴向滑台机构106以及固定安装于z轴向滑台机构106上的x轴向滑台机构108，有利于实现精确定位，满足亚微米加工对定位精度的要求，通过固定安装于x轴向滑台机构108上的超声波纳米光整机构110，可以将超声波纳米光整高频次敲击活塞销202技术应用于活塞销202加工过程中，实现了亚微米加工，活塞销202外圆表面2022粗糙度可达ra0.2以上，而且提升了机械性能、耐磨性以及抗疲劳程度，通过固定安装于主轴机构104上的动力顶针工装机构112用于容纳待加工活塞销202，有利于提升待加工活塞销202的放置稳定性，进一步提升超声波纳米光整高频次敲击活塞销202的效果，提升活塞销202的产品质量，而且本发明提出的活塞销202外圆表面2022超精密加工专用设备的整体性能可靠性高，经本发明提出的活塞销202外圆表面2022超精密加工专用设备加工后的活塞销202外圆表面2022粗糙度提高了15％～30％，活塞销202外圆表面2022硬度提高了5％～15％，活塞销202抗疲劳强度提高了20％左右，合格率提高了30％左右，加工效率提升了20％左右，质量稳定性提高了35％左右，而且降低了工作者劳保用品的投入，降低了工作者的工作强度，提升了自动化程度，具有巨大的社会效益和经济效益，适合当前汽车行业不断发展的需求。

具体地，待加工活塞销202放置于动力顶针工装机构112，主轴机构104转动，动力顶针工装机构112随主轴机构104转动，待加工活塞销202由动力顶针工装机构112驱动，随动力顶针工装机构112、主轴机构104共同转动，z轴向滑台机构106带动x轴向滑台机构108在z轴向运动，x轴向滑台机构108带动超声波纳米光整机构110在x轴向运动，使得超声波纳米光整机构110运动至待加工活塞销202的对应位置，主轴机构104、z轴向滑台机构106、x轴向滑台机构108的加工程序联动，进行待加工活塞销202的外圆表面2022的精细加工。

需要说明的是，本发明提出的活塞销外圆表面超精密加工专用设备不但可以加工活塞销202，还可以加工与活塞销202结构类似的其他产品。

动力顶针工装机构112通过止口定位安装的方式固定安装于主轴机构104上。

本实施例中，动力顶针工装机构112通过止口定位安装的方式固定安装于主轴机构104上，有利于精确定位动力顶针工装机构112，提升动力顶针工装机构112的安装稳定性和牢固性，有利于保障活塞销202在加工过程中的稳定性，有利于提升加工专用设备的整体性能可靠性。

如图1至图3所示，活塞销外圆表面超精密加工专用设备还包括：尾座机构114，安装固定于机床床身102上，与主轴机构104配合设置；随动顶针工装机构116，安装固定于尾座机构114上，与动力顶针工装机构112配合设置，尾座机构114驱动随动顶针工装机构116伸出或缩回以顶紧或释放待加工活塞销202。

本实施例中，通过安装固定于机床床身102上且与主轴机构104配合设置的尾座机构114，有利于实现待加工活塞销202的装卸，通过安装固定于尾座机构114上且与动力顶针工装机构112配合设置的随动顶针工装机构116可以在尾座机构114的驱动下伸出或缩回，可以顶紧或释放待加工活塞销202，进一步有利于保障待加工活塞销202在加工过程中的稳定性，有利于提升加工专用设备的整体性能可靠性。

另外，尾座机构114以及主轴机构104的位置可以对换，也可以根据机床床身102的实际情况进行位置的调整。

尾座机构114通过液压缸或气缸驱动随动顶针工装机构116。

本实施例中，尾座机构114通过液压缸或气缸驱动随动顶针工装机构116，结构简单且易于控制，占用体积小，驱动力能够满足需求。

随动顶针工装机构116通过莫氏锥度安装在尾座机构114上。

本实施例中，随动顶针工装机构116通过莫氏锥度安装在尾座机构114上，稳固性较强。

z轴向滑台机构106通过直线导轨安装在机床床身102上，z轴向滑台机构106由第一伺服电机或第一动力轴驱动，第一伺服电机或第一动力轴固定安装于机床床身102上，第一伺服电机、第一动力轴分别与主动力机构相连；x轴向滑台机构108的滑台底部设有导轨导向，x轴向滑台机构108由第二伺服电机或第二动力轴驱动，第二伺服电机或第二动力轴固定安装于机床床身102上，第二伺服电机、第二动力轴分别与主动力机构相连。

本实施例中，z轴向滑台机构106通过直线导轨安装在机床床身102上，z轴向滑台机构106由第一伺服电机或第一动力轴驱动，第一伺服电机或第一动力轴固定安装于机床床身102上，第一伺服电机、第一动力轴分别与主动力机构相连，使得z轴向滑台机构106能够比较稳定的滑动，且滑动轨迹可控制，占用体积小，驱动力能够满足需求，x轴向滑台机构108的滑台底部设有导轨导向，x轴向滑台机构108由第二伺服电机或第二动力轴驱动，第二伺服电机或第二动力轴固定安装于机床床身102上，第二伺服电机、第二动力轴分别与主动力机构相连，使得x轴向滑台机构108能够比较稳定的滑动而且滑动轨迹可控制，占用体积小，驱动力能够满足需求，z轴向滑台机构106以及x轴向滑台机构108相互配合能够实现360度立体全方位的位置移动，有利于超声波纳米光整机构110的精确定位，提升加工产品质量。

如图1至图3所示，活塞销外圆表面超精密加工专用设备还包括：主轴伺服电机118，固定安装于机床床身102上，与主轴机构104相连，用于驱动主轴机构104，主轴伺服电机118还与主动力机构相连。

本实施例中，通过固定安装于机床床身102上且与主轴机构104相连的主轴伺服电机118可以驱动主轴机构104，为主轴机构104的转动提供了驱动力，结构简单，易于控制，占用体积小，驱动力能够满足需求。

另外，还可以用第三动力轴代替主轴伺服电机118，固定安装于机床床身102上，与主轴机构104相连，用于驱动主轴机构104，第三动力轴还与主动力机构相连。

本实施例中，通过固定安装于机床床身102上且与主轴机构104相连的第三动力轴可以驱动主轴机构104，为主轴机构104的转动提供了驱动力，结构简单，易于控制，占用体积小，驱动力能够满足需求。

根据本发明的实施例的活塞销外圆表面超精密加工工艺，包括：

s1，放置待加工活塞销至动力顶针工装机构上；

s2，控制尾座机构推动随动顶针工装机构伸出顶紧待加工活塞销；

s3，当接收到待加工活塞销顶紧到位信号时，控制主轴伺服电机带动主轴机构转动；

s4，控制z轴向滑台机构带动x轴向滑台机构在z轴向运动以及x轴向滑台机构带动超声波纳米光整机构在x轴向运动，以使超声波纳米光整机构运动至待加工活塞销的对应位置；

s5，控制主轴机构、z轴向滑台机构、x轴向滑台机构联动加工，进行待加工活塞销的外圆表面加工；

s6，当检测到外圆表面加工完成时，控制主轴机构停止转动，随动顶针工装机构缩回，取下已加工活塞销。

本实施例中，将超声波纳米光整机构融入到活塞销外圆表面超精密加工工艺中，实现了亚微米加工，活塞销外圆表面粗糙度可达ra0.2以上，而且提升了机械性能、耐磨性以及抗疲劳程度，控制z轴向滑台机构带动x轴向滑台机构在z轴向运动以及x轴向滑台机构带动超声波纳米光整机构在x轴向运动实现了精确定位，满足了亚微米加工对定位精度的要求，加工过程的稳定性、可靠性强，可重复性强，加工产品的质量好，采用本发明提出的加工工艺加工的活塞销外圆表面粗糙度提高了15％～30％，活塞销外圆表面硬度提高了5％～15％，活塞销抗疲劳强度提高了20％左右，合格率提高了30％左右，加工效率提升了20％左右，质量稳定性提高了35％左右，而且降低了工作者劳保用品的投入，降低了工作者的工作强度，提升了自动化程度，具有巨大的社会效益和经济效益，适合当前汽车行业不断发展的需求。

待加工活塞销为铸钢合金材质、铸铝合金材质中的至少一种。

本实施例中，待加工活塞销为铸钢合金材质、铸铝合金材质中的至少一种，本发明提出的活塞销外圆表面超精密加工工艺适用于多种材质的活塞销的加工。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种活塞销外圆表面超精密加工专用设备和一种活塞销外圆表面超精密加工工艺，通过超声波纳米光整机构等实现了在加工过程中由超声波纳米光整系统高频次敲击发动机活塞销，提升了活塞销的机械性能、耐磨性、以及抗疲劳程度，而且活塞销外圆表面粗糙度可达ra0.2以上，采用z轴向滑台机构以及x轴向滑台机构等实现了活塞销亚微米加工过程中的精确定位，能够满足活塞销亚微米加工的定位精度要求。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。