申请/专利权人：吉林大学

申请日：2018-11-07

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN109226816B

主分类号：B23B41/00

分类号：B23B41/00;B23B39/20;B23Q3/06;B23Q7/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2019.02.19#实质审查的生效;2019.01.18#公开

摘要：一种仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置属机械加工技术领域，本发明中三个步进电机输出轴与钻体外端固接；夹紧装置中三个轴承分别位于固定装置的三个凹槽，三个螺栓经固定装置的三个孔与三个轴承内圈固接，三个轴承外圈与夹紧装置中圆盘外圈滚动连接；执行装置的三个支脚固接于固定装置的三个螺纹孔；步进电机输出轴与夹紧装置中支撑块底端固接，经三个成120°的钻头在不同平面的放置加工仿生活塞的凹坑结构，同时夹紧装置可由步进电机带动旋转，完成仿生活塞凹坑结构不同轴向的加工，本发明能大大提高加工仿生活塞凹坑结构的工作效率，使凹坑深度和直径更加精确，且结构简单，成本低廉，重复性高，可用于仿生凹坑形活塞批量生产。

主权项：1.一种仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置，其特征在于：由夹紧装置A、执行装置B、固定装置C、螺钉组2、螺栓组3、步进电机组J和步进电机一31组成，其中步进电机组J由三个步进电机二组成，三个步进电机二的输出轴分别与执行装置B中钻体10的外端固接；螺钉组2由三个螺钉组成，螺栓组3由三个螺栓组成，所述的夹紧装置A由扳手14、支撑塞15、卡件组F、螺柱组件G、转盘组件H和轴承组ⅠI组成，其中卡件组F由三个卡件组成，每个卡件由螺柱19和卡爪20组成，其中卡爪20的下部与螺柱19的内端螺纹连接；螺柱组件G由上螺纹段21、螺母22、中段23、止推环24和下螺纹段25组成，上螺纹段21、中段23和下螺纹段25按顺序固接，螺母22与上螺纹段21螺纹连接，止推环24与中段23中部过盈连接；转盘组件H由圆盘26、立板组27和支撑块29组成，孔组Ⅲ28的三个螺纹孔分别设置在立板组27的三个立板上；支撑块29中心设有螺纹孔30；立板组27的三个立板均布并固接于圆盘26的边缘；支撑块29固接于圆盘26的中心；轴承组ⅠI由三个轴承组成；支撑塞15上设有中心孔Ⅰ16和由四个弧形凹槽组成的弧形凹槽组17，支撑塞15经中心孔Ⅰ16套于螺柱组件G中上螺纹段21和中段23之间，并由螺母22固定，扳手14与上螺纹段21顶部螺纹连接；螺柱组件G的下螺纹段25与转盘组件H中支撑块29的中心螺纹连接；轴承组ⅡK由三个轴承组成，三个轴承的外圈分别与转盘组件H中立板组27的三个螺纹孔过盈配合，螺柱19近外端与轴承内圈过盈配合；所述的执行装置B由圈座D和钻头组件E组成，圈座D由圆环架5和支脚组6组成，圆环架5的圆环上设有上孔8、中孔9和下孔4，且从俯视的角度，上孔8、中孔9和下孔4在圆周上均布，且上孔8、中孔9和下孔4的中心线相交于圆环架5中圆环的圆心；上孔8、中孔9和下孔4不在一个水平面上，上孔中心所在水平面与中孔中心所在面水平距离a为1至3mm，中孔中心所在水平面与下孔中心所在水平面距离b为2至3mm；三孔中心所在垂直面相互夹角120°；支脚组6的三个支脚均布并固接于圆环架5的底面圆周；孔组Ⅰ7的三个孔设于支脚组6的三个支脚上；钻头组件E由三对钻体10和钻头11组成，钻头11固接于钻体10内端；钻头组件E的三个钻体10外圈分别与圆环架5的上孔8、中孔9和下孔4间隙配合，钻体10的外端与步进电机二的输出轴键连接；所述的固定装置C为空心圆柱形，其上端面上设有螺纹孔组12和孔组Ⅱ13，且螺纹孔组12的三个螺纹孔和孔组Ⅱ13的三个孔间隔排列，且均布于上端面的中间圆周；固定装置C的空心圆柱内壁上设有凹槽组e的三个凹槽，且与孔组Ⅱ13的三个孔对应；固定装置C固接于工件台上面，转盘组件H置于外底座上端；螺柱19安装于立板27上面，卡爪20旋于螺柱19细端；螺栓组件G与转盘组件H螺纹连接；支撑塞15置于标准活塞工件内唇端；夹紧装置A中轴承组ⅠI的三个轴承分别位于固定装置C中凹槽组e的三个凹槽，螺栓组3的三个螺栓经固定装置C中孔组Ⅱ13的三个孔，与轴承组ⅠI的三个轴承内圈固接，三个轴承的外圈与夹紧装置A中圆盘26的外圈表面滚动连接；执行装置B中支脚组6的三个支脚经螺钉组2的三个螺钉，固接于固定装置C中螺纹孔组12的三个螺纹孔中；步进电机一31的输出轴与夹紧装置A中支撑块29的底端固接。

全文数据：一种仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置技术领域本发明属机械加工技术领域，具体涉及一种仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置。背景技术泥浆泵作为一种通用工具，无论在石油和天然气开采或其他建筑领域都有着广泛的应用。泥浆泵工作过程主要作用是从井底向地面输送含沙泥浆，其中最易受损部分是其缸套和活塞。由于缸套材质多为45#钢，而活塞皮碗材质通常为新型橡胶材料，故在配合过程中，活塞皮碗磨损较为严重，因此要在活塞皮碗表面加工仿生凹坑型结构，以起到改变应力和减小磨损的作用。生物非光滑结构普遍存在于自然界中，由于自然环境的不同，动物的体表进化出了不同的形态。生物体表非光滑形态主要包括鳞片形、凹坑形、凸包形等等。依据相关表面非光滑理论，设计出一种仿生凹坑活塞。目前没有专门用来加工仿生活塞的机械装置，通常用数控机床来加工，但数控机床加工每次只能钻一个孔，完成一次完整活塞表面加工需要钻孔24次，效率很低，同时由于一个钻头进给运动，会在加工过程中存在相对较大的应变，使仿生活塞的凹坑深度产生很大误差，因此研制一种能克服上述缺陷的装置成为必要。发明内容本发明的目的是为了解决现有加工技术的装置的缺点和不足，提供一种加工泥浆泵活塞仿生结构的多轴多自由度加工装置。本发明由夹紧装置A、执行装置B、固定装置C、螺钉组2、螺栓组3、步进电机组J和步进电机31组成，其中步进电机组J由三个步进电机组成，三个步进电机的输出轴分别与执行装置B中钻体10的外端固接；螺钉组2由三个螺钉组成，螺栓组3由三个螺栓组成，夹紧装置A中轴承组ⅠI的三个轴承分别位于固定装置C中凹槽组e的三个凹槽，螺栓组3的三个螺栓经固定装置C中孔组Ⅱ13的三个孔，与轴承组ⅠI的三个轴承内圈固接，三个轴承的外圈与夹紧装置A中圆盘26的外圈表面滚动连接；执行装置B中支脚组6的三个支脚经螺钉组2的三个螺钉，固接于固定装置C中螺纹孔组12的三个螺纹孔；步进电机31的输出轴与夹紧装置A中支撑块29的底端固接。所述的夹紧装置A由扳手14、支撑塞15、卡件组F、螺柱组件G、转盘组件H和轴承组ⅠI组成，其中卡件组F由三个卡件组成，每个由卡件螺柱19和卡爪20组成，其中卡爪20的下部与螺柱19的内端螺纹连接；螺柱组件G由上螺纹段21、螺母22、中段23、止推环24和下螺纹段25组成，上螺纹段21、中段23和下螺纹段25顺序固接，螺母22与上螺纹段21螺纹连接，止推环24与中段23中部过盈连接；转盘组件H由圆盘26、立板组27和支撑块29组成，立板组27的三个立板上设有孔组Ⅲ28的三个螺纹孔；支撑块29中心设有螺纹孔30；立板组27的三个立板均布并固接于圆盘26的近边缘；支撑块29固接于圆盘26的中心；轴承组ⅠI由三个轴承组成；支撑塞15上设有中心孔Ⅰ16和由四个弧形凹槽组成的弧形凹槽组17，支撑塞15经中心孔Ⅰ16套于螺柱组件G中螺纹段21和中段23之间，并由螺母22固定，扳手14与螺纹段21顶部螺纹连接；螺柱组件G的下螺纹段25与转盘组件H中支撑块29的中心螺纹连接；轴承组ⅡK由三个轴承组成，三个轴承的外圈分别与转盘组件H中立板组27的三个孔过盈配合，卡件螺柱19近外端与轴承内圈过盈配合。所述的执行装置B由圈座D和钻头组件E组成，圈座D由圆环架5和支脚组6组成，圆环架5的圆环上设有上孔8、中孔9和下孔4，且从俯视的角度，上孔8、中孔9和下孔4在圆周上均布，且上孔8、中孔9和下孔4的中心线相交于圆环架5中圆环的圆心；上孔8、中孔9和下孔4不在一个水平面上，上孔中心所在水平面与中孔中心所在面水平距离a为1至3mm，中孔中心所在水平面与下孔中心所在水平面距离b为2至3mm；三孔中心所在垂直面相互夹角120°；支脚组6的三个支脚均布并固接于圆环架5的下面圆周；孔组Ⅰ7的三个孔设于支脚组6的三个支脚；钻头组件E由三对钻体10和钻头11组成，钻头11固接于钻体10内端；钻头组件E的三个钻体10外圈分别与圆环架5的上孔8、中孔9和下孔4间隙配合，钻体10的外端与步进电机的输出轴键连接。所述的固定装置C为空心圆柱形，其上端面上设有螺纹孔组12和孔组Ⅱ13，且螺纹孔组12的三个螺纹孔和孔组Ⅱ13的三个孔间隔排列，且均布于上端面的中间圆周；固定装置C的空心圆柱内壁上设有凹槽组e的三个凹槽，且与孔组Ⅱ13的三个孔对应。本发明具体工作过程如下：1将固定装置c固定在工件台上，用以固定步进电机和支撑工件作旋转运动。2将转盘组件H置于外底座上端，安装滚子I并用螺栓固定好，三个滚子与转盘外圆相切，既可以限制转动盘在径向的自由度又能够让转动盘转动。3将螺柱19安装到立板27上面，同时将卡爪20旋入螺柱19细端4旋入螺栓组件G与转盘组件H通过螺纹连接固定在一起，放入标准活塞。5旋动卡爪20使之夹紧标准活塞工件。6将支撑塞15放入标准活塞工件内唇端，同时安装扳手14，并旋紧至支撑塞恰好完全支撑起标准工件。7选择与加工要求凹坑不同行间距匹配的圆环架5，并按如附图方式布置钻体10，安装钻头11。8三个钻头同时完成一次进给运动，然后步进电机带动工件旋转一定角度，依次循环以上两个步骤，完成仿生活塞凹坑结构加工。本发明在标准活塞内部放置一个具有特殊结构的支撑塞，使得加工装置钻孔时，活塞唇口不会出现向内的变形，同时采用拧紧扳手的螺纹结构，控制支撑塞放置深度。三个钻头成120°排列在三个不同平面，一次可以完成三个不同面的孔加工，只需八次便可完成仿生活塞表面全部凹坑的加工，且三个钻头所在平面距离可以调整，以满足不同的加工要求，三个钻头也可以尺寸不同，所加工的凹坑也可以尺寸不同。同时步进电机控制夹具转角，使得加工更加方便。本发明工作效率高，且同时三个方向进刀，可以降低工件在加工时的应变。附图说明图1为仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置的结构示意图图2为执行装置B的结构示意图图3为圈座D的结构示意图图4为钻头组件E的结构示意图图5为执行装置B的俯视图图6为执行装置B的主视图图7为固定装置C的结构示意图图8为夹紧装置A的结构示意图图9为扳手14的结构示意图图10为支撑塞15的结构示意图图11为卡件组F的结构示意图图12为螺柱组件G的结构示意图图13为转盘组件H的结构示意图图14为待加工活塞1的结构示意图其中：A.夹紧装置B.执行装置C.固定装置D.圈座E.钻头组件F.卡件组G.螺柱组件H.转盘组件I.轴承组Ⅰe.凹槽组J.步进电机组K.轴承组Ⅱ1.待加工活塞2.螺钉组3.螺栓组4.下孔5.圆环架6.支脚组7.孔组Ⅰ8.上孔9.中孔10.钻体11.钻头12.螺纹孔组13.孔组Ⅱ14.扳手15.支撑塞16.中心孔Ⅰ17.弧形凹槽组18.中心孔Ⅱ19.螺柱20.卡爪21.上螺纹段22.螺母23.中段24.止推环25.下螺纹段26.圆盘27.立板组28.孔组Ⅲ29.支撑块30.螺纹孔31.步进电机具体实施方式下面结合附图描述本发明。如图1所示，本发明由夹紧装置A、执行装置B、固定装置C、螺钉组2、螺栓组3、步进电机组J和步进电机31组成，其中步进电机组J由三个步进电机组成，三个步进电机的输出轴分别与执行装置B中钻体10的外端固接；螺钉组2由三个螺钉组成，螺栓组3由三个螺栓组成，夹紧装置A中轴承组ⅠI的三个轴承分别位于固定装置C中凹槽组e的三个凹槽，螺栓组3的三个螺栓经固定装置C中孔组Ⅱ13的三个孔，与轴承组ⅠI的三个轴承内圈固接，三个轴承的外圈与夹紧装置A中圆盘26的外圈表面滚动连接；执行装置B中支脚组6的三个支脚经螺钉组2的三个螺钉，固接于固定装置C中螺纹孔组12的三个螺纹孔；步进电机31的输出轴与夹紧装置A中支撑块29的底端固接。如图8至图14所示，所述的夹紧装置A由扳手14、支撑塞15、卡件组F、螺柱组件G、转盘组件H和轴承组ⅠI组成，其中卡件组F由三个卡件组成，每个由卡件螺柱19和卡爪20组成，其中卡爪20的下部与螺柱19的内端螺纹连接；螺柱组件G由上螺纹段21、螺母22、中段23、止推环24和下螺纹段25组成，上螺纹段21、中段23和下螺纹段25顺序固接，螺母22与上螺纹段21螺纹连接，止推环24与中段23中部过盈连接；转盘组件H由圆盘26、立板组27和支撑块29组成，立板组27的三个立板上设有孔组Ⅲ28的三个螺纹孔；支撑块29中心设有螺纹孔30；立板组27的三个立板均布并固接于圆盘26的近边缘；支撑块29固接于圆盘26的中心；轴承组ⅠI由三个轴承组成；支撑塞15上设有中心孔Ⅰ16和由四个弧形凹槽组成的弧形凹槽组17，支撑塞15经中心孔Ⅰ16套于螺柱组件G中螺纹段21和中段23之间，并由螺母22固定，扳手14与螺纹段21顶部螺纹连接；螺柱组件G的下螺纹段25与转盘组件H中支撑块29的中心螺纹连接；轴承组ⅡK由三个轴承组成，三个轴承的外圈分别与转盘组件H中立板组27的三个孔过盈配合，卡件螺柱19近外端与轴承内圈过盈配合。如图2至图6所示，所述的执行装置B由圈座D和钻头组件E组成，圈座D由圆环架5和支脚组6组成，圆环架5的圆环上设有上孔8、中孔9和下孔4，且从俯视的角度，上孔8、中孔9和下孔4在圆周上均布，且上孔8、中孔9和下孔4的中心线相交于圆环架5中圆环的圆心；上孔8、中孔9和下孔4不在一个水平面上，上孔中心所在水平面与中孔中心所在面水平距离a为1至3mm，中孔中心所在水平面与下孔中心所在水平面距离b为2至3mm；三孔中心所在垂直面相互夹角120°；支脚组6的三个支脚均布并固接于圆环架5的下面圆周；孔组Ⅰ7的三个孔设于支脚组6的三个支脚；钻头组件E由三对钻体10和钻头11组成，钻头11固接于钻体10内端；钻头组件E的三个钻体10外圈分别与圆环架5的上孔8、中孔9和下孔4间隙配合，钻体10的外端与步进电机的输出轴键连接。如图7所示，所述的固定装置C为空心圆柱形，其上端面上设有螺纹孔组12和孔组Ⅱ13，且螺纹孔组12的三个螺纹孔和孔组Ⅱ13的三个孔间隔排列，且均布于上端面的中间圆周；固定装置C的空心圆柱内壁上设有凹槽组e的三个凹槽，且与孔组Ⅱ13的三个孔对应。

权利要求：1.一种仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置，其特征在于：由夹紧装置A、执行装置B、固定装置C、螺钉组2、螺栓组3、步进电机组J和步进电机31组成，其中步进电机组J由三个步进电机组成，三个步进电机的输出轴分别与执行装置B中钻体10的外端固接；螺钉组2由三个螺钉组成，螺栓组3由三个螺栓组成，夹紧装置A中轴承组ⅠI的三个轴承分别位于固定装置C中凹槽组e的三个凹槽，螺栓组3的三个螺栓经固定装置C中孔组Ⅱ13的三个孔，与轴承组ⅠI的三个轴承内圈固接，三个轴承的外圈与夹紧装置A中圆盘26的外圈表面滚动连接；执行装置B中支脚组6的三个支脚经螺钉组2的三个螺钉，固接于固定装置C中螺纹孔组12的三个螺纹孔；步进电机31的输出轴与夹紧装置A中支撑块29的底端固接。2.按权利要求1所述的仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置，其特征在于：所述的夹紧装置A由扳手14、支撑塞15、卡件组F、螺柱组件G、转盘组件H和轴承组ⅠI组成，其中卡件组F由三个卡件组成，每个由卡件螺柱19和卡爪20组成，其中卡爪20的下部与螺柱19的内端螺纹连接；螺柱组件G由上螺纹段21、螺母22、中段23、止推环24和下螺纹段25组成，上螺纹段21、中段23和下螺纹段25顺序固接，螺母22与上螺纹段21螺纹连接，止推环24与中段23中部过盈连接；转盘组件H由圆盘26、立板组27和支撑块29组成，立板组27的三个立板上设有孔组Ⅲ28的三个螺纹孔；支撑块29中心设有螺纹孔30；立板组27的三个立板均布并固接于圆盘26的近边缘；支撑块29固接于圆盘26的中心；轴承组ⅠI由三个轴承组成；支撑塞15上设有中心孔Ⅰ16和由四个弧形凹槽组成的弧形凹槽组17，支撑塞15经中心孔Ⅰ16套于螺柱组件G中螺纹段21和中段23之间，并由螺母22固定，扳手14与螺纹段21顶部螺纹连接；螺柱组件G的下螺纹段25与转盘组件H中支撑块29的中心螺纹连接；轴承组ⅡK由三个轴承组成，三个轴承的外圈分别与转盘组件H中立板组27的三个孔过盈配合，卡件螺柱19近外端与轴承内圈过盈配合。3.按权利要求1所述的仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置，其特征在于：所述的执行装置B由圈座D和钻头组件E组成，圈座D由圆环架5和支脚组6组成，圆环架5的圆环上设有上孔8、中孔9和下孔4，且从俯视的角度，上孔8、中孔9和下孔4在圆周上均布，且上孔8、中孔9和下孔4的中心线相交于圆环架5中圆环的圆心；上孔8、中孔9和下孔4不在一个水平面上，上孔中心所在水平面与中孔中心所在面水平距离a为1至3mm，中孔中心所在水平面与下孔中心所在水平面距离b为2至3mm；三孔中心所在垂直面相互夹角120°；支脚组6的三个支脚均布并固接于圆环架5的下面圆周；孔组Ⅰ7的三个孔设于支脚组6的三个支脚；钻头组件E由三对钻体10和钻头11组成，钻头11固接于钻体10内端；钻头组件E的三个钻体10外圈分别与圆环架5的上孔8、中孔9和下孔4间隙配合，钻体10的外端与步进电机的输出轴键连接。4.按权利要求1所述的仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置，其特征在于：所述的固定装置C为空心圆柱形，其上端面上设有螺纹孔组12和孔组Ⅱ13，且螺纹孔组12的三个螺纹孔和孔组Ⅱ13的三个孔间隔排列，且均布于上端面的中间圆周；固定装置C的空心圆柱内壁上设有凹槽组e的三个凹槽，且与孔组Ⅱ13的三个孔对应。

百度查询： 吉林大学 一种仿生泥浆泵活塞凹坑结构多轴多自由度加工装置

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