发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置和方法，该装置和方法基于单一圆形铣刀片几何形貌，结合刀具和工件的相对运动学模型，以工业常用的铣削机械加工方式实现凹坑状降摩擦微结构在轴瓦圆弧面上的高效低成本加工，突破了光刻加工技术或金刚石超精密加工技术的高复杂度、高成本和低效率的功能微结构加工过程的局限，推动先进降摩擦微结构在发动机轴瓦工作面上的功能性应用，能够提升发动机的稳定工作性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置及其方法
本专利技术涉及一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置及其方法。
技术介绍
发动机上的轴瓦是发动机上的精密零件之一，也是发动机连杆与曲轴间的主要摩擦副。然而轴瓦是一种易损零件，其正常失效形式为磨损失效，随着发动机运转时间的增加，轴瓦会出现磨损剥落、摩擦损伤和烧瓦等失效形式，不仅会影响发动机的正常工作，同时也大大降低轴瓦的使用寿命。为了降低轴瓦的摩擦损耗并提高其使用寿命，探寻如何降低轴瓦与轴配合的工作面之间的摩擦力作用变得尤为必要。近些年来，具有微结构的功能表面在工业应用领域展现出先进和优越的功用，其应用技术已经成为大家关注的焦点，尤其具有凹坑状微结构的功能表面在降低相对滑动面间摩擦力方面凸显出巨大优势。为了推动先进降摩擦微结构在发动机轴瓦工作面上的功能性应用，对该加工技术的研究变得尤为必要。典型的传统微结构加工方法为光学刻蚀，然而其加工系统较为复杂，加工装备成本较高，加工材料局限性较大，加工效率较低。由于其较低的材料去除率，不适用于具有大尺度如几百微米高度微结构的快速成型加工。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置及其方法，突破了高复杂度、高成本和低效率的传统微结构加工过程的局限。本专利技术采用的技术方案为：本专利技术实施例提供一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置，包括：支撑台和设置在支撑台上的旋转工作台、基体、压块、压板、水平滑动机构、竖向滑动机构、主轴、铣刀，其中，所述基体设置在所述旋转工作台上，具有用于安置所述轴瓦的装夹结构，所述装夹结构包括与轴瓦的外表面相适配的装夹面和限制轴瓦沿竖直方向向下运动的止挡面；所述压块放置在所述基体上并与所述轴瓦的上表面接触，所述压板安装在所述基体上，通过作用于所述压块而将所述轴瓦固定装夹在所述基体上；所述水平滑动机构包括竖向支撑部、水平固定部和水平滑台，所述竖向支撑部固定在所述支撑台上，所述水平固定部固定在所述竖向支撑部上，所述水平滑台滑动连接于所述水平固定部上，沿水平方向左右运动；所述竖向滑动机构包括活动连接于所述水平滑台的竖向滑台，所述竖向滑台沿竖直方向上下运动；所述主轴的上端安装在所述竖向滑台的下部，下端安装有所述铣刀，所述铣刀安装有一个圆形切削刀片。可选地，所述压块的厚度小于所述轴瓦的厚度。可选地，所述止挡面的径向宽度小于所述轴瓦的厚度。本专利技术实施例还提供一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工方法，利用前述的装置进行加工，所述方法包括：利用基体、压块和压板实现轴瓦的固定，并调整所述轴瓦的内表面与所述旋转工作台同轴；旋转所述主轴以控制所述铣刀接近所述轴瓦的内表面，在所述铣刀刚好接触所述轴瓦的内表面时，设定此时的位置为铣刀与轴瓦内表面的相对零点位置；根据轴瓦的目标微结构的几何尺寸和阵列分布，确定水平滑台、竖向滑台、主轴和旋转工作台的运动参数，并基于所述运动参数控制水平滑台、竖向滑台、主轴和旋转工作台的操作，实现目标微结构的加工。可选地，所述根据轴瓦的目标微结构的几何尺寸和阵列分布，确定水平滑台、竖向滑台、主轴和旋转工作台的运动参数，并基于所述运动参数控制水平滑台、竖向滑台、主轴和旋转工作台的操作，实现目标微结构的加工，具体包括：确定主轴的角速度；基于单个凹坑微结构的凹坑深度确定水平滑台距轴瓦的内表面相对零点位置的水平运动距离；基于单个凹坑微结构的凹坑深度以及单个凹坑微结构沿轴瓦内表面竖直方向的长度确定圆形切削刀片的半径值；基于轴瓦的圆弧半径、主轴的角速度、单个凹坑微结构的凹坑深度、切削刀片的中心位置距铣刀刀头的回转轴的半径距离、切削刀片的半径值以及单个凹坑微结构沿轴瓦内表面圆周方向的长度确定旋转工作台的角速度；基于沿轴瓦的内表面的竖直方向的相邻两个凹坑微结构之间的距离确定竖向滑台在旋转工作台的每一工作周期内沿竖直方向的竖向运动距离；基于确定的旋转工作台的角速度、主轴的角速度、水平运动距离和竖向运动距离控制所述旋转工作台、所述主轴、所述水平滑台和所述竖向滑台的操作，以完成目标微结构的凹坑阵列的加工。本专利技术实施例提供的发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置和方法，基于单一圆形铣刀片几何形貌，结合刀具和工件的相对运动学模型，以工业常用的铣削机械加工方式实现凹坑状降摩擦微结构在轴瓦圆弧面上的高效低成本加工，突破了光刻加工技术或金刚石超精密加工技术的高复杂度、高成本和低效率的功能微结构加工过程的局限，推动先进降摩擦微结构在发动机轴瓦工作面上的功能性应用，能够提升发动机的稳定工作性能和使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例的发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置示意图；图2为轴瓦装夹结构示意图；图3为单一圆形铣刀装夹示意图；图4为本专利技术实施例的发动机轴瓦的降摩擦微结构加工方法示意图；图5为轴瓦工件与铣削刀具运动关系。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术一实施例提供一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置，如图1至图3(同时参考图5)所示，包括支撑台和设置在支撑台上的旋转工作台6、基体7、压块8、压板9、水平滑动机构、竖向滑动机构、主轴3、铣刀4。其中，所述基体7设置在所述旋转工作台6上，具有用于安置轴瓦5的装夹结构，所述装夹结构包括与轴瓦的外表面相适配的装夹面和限制所述轴瓦沿竖直方向向下运动的止挡面；所述压块8放置在所述基体7上并与所述轴瓦5的上表面接触，所述压板9安装在所述基体7上，通过作用于所述压块8而将所述轴瓦5固定装夹在所述基体7上；所述水平滑动机构包括竖向支撑部、水平固定部和水平滑台1，所述竖向支撑部固定在所述支撑台上，所述水平固定部固定在所述竖向支撑部上，所述水平滑台1滑动连接于所述水平固定部上，沿水平方向(X轴)左右运动；所述竖向滑动机构包括活动连接于所述水平滑台的竖向滑台2，沿竖直方向(Y轴)上下运动；所述主轴3的上端安装在所述竖向滑台2的下部，下端安装有所述铣刀4，所述铣刀4安装有一个圆形切削刀片401。在本专利技术实施例中，铣刀4为盘状铣刀，如图3所示，包括(仅包括)一个圆形切削刀片401、铣刀刀头403和铣刀刀杆，其中，切削刀片401通过紧固螺钉402固定在铣刀刀头403上，铣刀刀杆404安装在主轴3的下部，在工作过程中，铣刀4的回转中心轴与主轴3的回转中心轴重合。在本专利技术实施例中，轴瓦5具有圆弧柱状的工作面，基体7具有与之相配合的圆弧柱状装夹面，压块8也具有与之相配合的圆弧柱状结构。在轴瓦5被安装在基体7的装夹面上并被调整后，轴瓦5的圆弧柱状的工作面与旋转工作台6同轴，此时轴瓦5圆弧柱状工作面距回转轴中心的距离即为此轴瓦5的圆弧柱状工作面几何半径RW(以下简称轴瓦的圆弧半径)。压板9可包括两个压板，分别通过螺栓10固定在基体7上，通过拧紧螺栓10使得作用力通过压板9作用于压块8上，进而将压紧力传递给轴瓦5，通过基体7的止挡面的配合，从而实现轴瓦5的固定装夹。在本专利技术实施例中，为了更好的控制微结构的加工，压板9沿长度方向需保证不与压块8的圆弧柱状内表面干涉，与此同时轴瓦5的厚度尺寸需大于轴瓦装夹压块8的厚度尺寸并大于基体7与轴瓦5下表面接触基准面的径向宽度尺寸，即压块8的厚度小于轴瓦5的厚度，止挡面的径向宽度小于轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置，其特征在于，包括：支撑台和设置在支撑台上的旋转工作台、基体、压块、压板、水平滑动机构、竖向滑动机构、主轴、铣刀，其中，所述基体设置在所述旋转工作台上，具有用于安置所述轴瓦的装夹结构，所述装夹结构包括与轴瓦的外表面相适配的装夹面和限制轴瓦沿竖直方向向下运动的止挡面；所述压块放置在所述基体上并与所述轴瓦的上表面接触，所述压板安装在所述基体上，通过作用于所述压块而将所述轴瓦固定装夹在所述基体上；所述水平滑动机构包括竖向支撑部、水平固定部和水平滑台，所述竖向支撑部固定在所述支撑台上，所述水平固定部固定在所述竖向支撑部上，所述水平滑台滑动连接于所述水平固定部上，沿水平方向左右运动；所述竖向滑动机构包括活动连接于所述水平滑台的竖向滑台，所述竖向滑台沿竖直方向上下运动；所述主轴的上端安装在所述竖向滑台的下部，下端安装有所述铣刀，所述铣刀安装有一个圆形切削刀片。

【技术特征摘要】
1.一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工装置，其特征在于，包括：支撑台和设置在支撑台上的旋转工作台、基体、压块、压板、水平滑动机构、竖向滑动机构、主轴、铣刀，其中，所述基体设置在所述旋转工作台上，具有用于安置所述轴瓦的装夹结构，所述装夹结构包括与轴瓦的外表面相适配的装夹面和限制轴瓦沿竖直方向向下运动的止挡面；所述压块放置在所述基体上并与所述轴瓦的上表面接触，所述压板安装在所述基体上，通过作用于所述压块而将所述轴瓦固定装夹在所述基体上；所述水平滑动机构包括竖向支撑部、水平固定部和水平滑台，所述竖向支撑部固定在所述支撑台上，所述水平固定部固定在所述竖向支撑部上，所述水平滑台滑动连接于所述水平固定部上，沿水平方向左右运动；所述竖向滑动机构包括活动连接于所述水平滑台的竖向滑台，所述竖向滑台沿竖直方向上下运动；所述主轴的上端安装在所述竖向滑台的下部，下端安装有所述铣刀，所述铣刀安装有一个圆形切削刀片。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压块的厚度小于所述轴瓦的厚度。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述止挡面的径向宽度小于所述轴瓦的厚度。4.一种发动机轴瓦的降摩擦微结构加工方法，其特征在于，利用权利要求1至3任一项所述的装置进行加工，所述方法包括：利用基体、压块和压板实现轴瓦的固定，并调整所述轴瓦的内表面与所述旋转工作台同轴；旋转所述主轴以控制所述铣刀接近所述轴瓦的内表...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勋，徐婉竹，赵亮，曲晶瑶，杨欣宝，杜严，董乐，王建秋，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22