专利名称：一种汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车发动机的气缸套内壁网纹加工技术，属于机械工程发动机技术领域。
背景技术：
发动机是汽车的心脏，而气缸套则是发动机的核心零件，尤其是气缸套内壁的网纹结构，网纹结构有网状沟槽和顶部小平台组成，不仅提高了气缸套实际的承载面积，而且有利于润滑油的存储及油膜的形成和保持。具有网纹结构的气缸套实际的承载面积比普通珩磨加工的表面提高4 7倍，网状沟槽有利于机油向上泵至气缸套工作腔，顶部小平台有利于高强度油膜形成和使气缸套表面多余的机油被刮回到曲轴箱，在改善气缸套表面滑动性能、增加缸孔气密性的同时，大幅度降低了机油消耗。但气缸套的使用寿命和性能直接与其内壁表面网纹角度、沟槽深度和数量、轮廓图形的偏斜度、轮廓支承长度率以及表面层的加工质量等密切相关。传统的气缸网纹制造常采用珩磨工艺，将内壁表面加工成深沟槽与小平台均勻相间的交叉网纹表面，如专利号200610039632. 4所揭示的“交变旋转方向珩磨气缸套平台网纹技术”，采用粗珩、半精珩、精珩获得最终的网纹结构，这种方法采用机械加工模式，制造工艺复杂，加工成本很高，且网纹的均勻性差，很难调整网络的疏密以及网纹的夹角。
发明内容
本发明的目的为克服上述现有技术的不足而提出一种汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法，以提高气缸套内壁网纹加工过程的灵活度和网纹的质量，降低加工成本。本发明同时还提出一种实现该加工方法的装置。本发明的汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法采用的技术方案是包括如下步骤: (I)PC机发送控制命令，通过微控制器控制伺服电机驱动模块，再由伺服电机驱动模块控制升降伺服电机运动，升降伺服电机依次通过驱动轮、同步带、驱动轮带动推动杆作纵向直线运动，间接带动激光枪头在气缸套中升降；光栅尺通过检测推动杆的上下位置从而检测到激光枪头在气缸套中的纵向位置，当光栅尺检测到激光枪头位于气缸套的纵向零位Y 208 的位置时，PC机控制升降伺服电机停止运动；(2)PC机根据光栅尺的反馈脉冲数，控制升降伺服电机以给定的速度、移动Vl距离，同时控制旋转伺服电机旋转；(3)PC机发送“偏移量、 N分频数、N分频脉冲数、N+1分频脉冲数、总脉冲数、重复次数”命令给微控制器；(3)微控制器通过旋转编码器检测到激光枪头位于气缸套的横向零位X ； (4)由旋转编码器反馈的脉冲数，微控制器控制激光枪头在气缸套内壁的横向偏移Zl或Z2距离处动作；(5)激光冲击气缸套的内壁表面，微造网纹点；(6)微控制器比较旋转编码器反馈的脉冲数与N分频脉冲数，若相等，则控制激光枪头横向移动Dl距离后动作；(7)微控制器判断激光枪头是否到横向零位X，若没有到，则循环往复步骤(5)与步骤(6)；否则进行下一步；(8)微控制器判断重复次数是否到，若没有到，则循环往复步骤(3)至步骤(7);否则进行下一步；(9) PC机发送“升降速度与距离”命令，微控制器根据光栅尺的反馈脉冲数，控制升降伺服电机以PC 机给定的速度纵向移动V2距离后停止；(10)判断是否到纵向终点，没有到则重复步骤(3) 至步骤(9)，否则结束。本发明的汽车发动机气缸套内壁网纹加工装置采用的技术方案是具有一伸于汽车发动机的气缸套内腔中的激光枪头，该激光枪头上端固接旋转伺服电机且旋转伺服电机固接升降平台下面，旋转伺服电机旁设有光电编码器，升降平台上面纵向固接推动杆下端， 推动杆外套一个与其以内、外螺纹连接相配的驱动轮，推动杆上端的侧旁设置光栅尺；驱动轮相对位置设置另一驱动轮，两驱动轮间连接同步带，另一驱动轮固接升降伺服电机，升降伺服电机和旋转伺服电机分别串接伺服电机驱动模块，伺服电机驱动模块串联微控制器， 在微控制器和光电编码器之间串接四倍频电路；微控制器分别串接光栅尺、激光枪头和PC 机。本发明具有的有益效果是1、以激光微造型工艺取代珩磨工艺，重复性好，精度高，网纹均勻，且加工成本低廉，易于操作。2、本发明采用了光电编码器及其四倍频电路，检测精度高，对激光枪头的重复运动极好的应用效果。3、本发明采用PC机与MCU组合控制方案，操作简单，网纹的偏斜度与夹角、网纹的疏密由PC机计算实现，调整方便。
图1是本发明加工装置的结构及工作原理示意图； 图2是本发明气缸网纹加工的剖面示意图3是本发明加工方法流程图中102.驱动轮；104.同步带；106.承载平台；108.光栅尺；110.升降伺服电机； 112.伺服电机驱动模块；116. PC机；118.微控制器(MCU) ； 120.四倍频电路；124.气缸套；126.激光枪头；128.光电编码器；202.横向零位X;208.纵向零位Y;210.纵向终点； 204、206、212、214.网纹点；130.旋转伺服电机；132.升降平台；134.推动杆；136.驱动轮； 302 326.各加工步骤。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步描述
参见附图1所示，本发明所提供的一种汽车发动机气缸套网纹加工装置具有一个激光枪头126，加工时，该激光枪头1 下端伸于汽车发动机的气缸套124内腔中，激光枪头126 的上端固接旋转伺服电机130的输出轴，通过旋转伺服电机130的旋转运动，直接带动激光枪头1 在气缸套124中旋转移动。旋转伺服电机130旁设置光电编码器128，光电编码器1 用于检测旋转伺服电机130旋转的角度与圈数。将旋转伺服电机130固定连接在升降平台132下面，升降平台132上面纵向固接推动杆134下端。推动杆134外套一个驱动轮102，且驱动轮102与推动杆134之间通过内、外螺纹连接相配，同时，将驱动轮102固定在承载平台106上面。推动杆134上端的侧旁设置光栅尺108，光栅尺108用以检测激光枪头1 的运动位置。在驱动轮102的相对位置设置另一个驱动轮136，这两个驱动轮102和 136之间以同步带104连接。另一个驱动轮136固定连接升降伺服电机110，由升降伺服电机110提供动力，与升降伺服电机110 —起做旋转运动。升降伺服电机110和旋转伺服电机130通过控制线分别串接到伺服电机驱动模块112上，伺服电机驱动模块112通过信号线与微控制器118的输出端口串联。在微控制器118的一个计数器端口和光电编码器1 之间串接四倍频电路120，微控制器118的另一个计数器端口直接串接光栅尺108，微控制器118的另一输出端口连接激光枪头126，微控制器118通过通讯接口连接PC机116。本发明采用激光微造型工艺，使用激光冲击气缸套内壁表面，形成均勻分布的凹点，并以点代线，形成沟槽，其网纹的偏斜度与夹角、网纹的疏密均由计算机控制(由参数的变化任意调节)，凹点的深度由激光强度和激光枪头多点重复控制。由微控制器118通过通讯接口，接收PC机116发出的加工参数，控制响应的机电运动单元动作，完成气缸套124内壁的网纹加工。采用微控制器118控制四倍频电路120，从而控制光电编码器128，提高了检测脉冲的精度，使得激光枪头126的多点重复运动变得简单，若网纹点的深度不符合要求， 可重新控制激光枪头126的动作，重复整个加工过程。首先由PC机116根据工艺要求给微控制器118发出升降伺服电机110的速度与距离命令，微控制器118接收命令后，控制升降运动机构移动升降平台132到指定位置，此时旋转伺服电机130按工艺要求在不间断的旋转，PC机116接着给微控制器118发送激光枪头1 的偏移量、分频数脉冲数与重复次数指令，微控制器118收到指令后，由光电编码器1 反馈信号，间断的控制激光枪头1 动作， 发出激光，在气缸套124内壁表面制造凹点，如此循环往复，直到机电运动单元移动到气缸套IM纵向终点为止。图2、图3为本发明的气缸套内壁网纹结构示意图与加工流程图，加工气缸套124内壁网纹具体采用下列步骤
步骤302 :PC机116初始化，包括中断口、定时器、计数器、通讯参数等的初始化。步骤304 :PC机116发送控制命令，通过微控制器118控制伺服电机驱动模块112， 再由伺服电机驱动模块112控制升降伺服电机110运动，升降伺服电机110依次通过驱动轮136、同步带104、驱动轮102带动推动杆134运动。由于推动杆134与驱动轮102的内螺纹形成类似于蜗轮蜗杆的结构，因此，升降伺服电机110的旋转运动最终转换成推动杆 134的纵向直线运动，同时，推动杆134带动升降平台132做升降运动，间接带动激光枪头 126在气缸套124中升降。光栅尺108通过检测推动杆134的上下位置从而检测到激光枪头1 在气缸套124中的纵向位置，如图2所示，当光栅尺108检测到激光枪头1 位于气缸套124的纵向零位Y 208的位置时，PC机116控制升降伺服电机110停止运动。步骤306 :PC机116根据光栅尺108的反馈脉冲数，控制升降伺服电机110以给定的速度、移动Vl距离，同时控制旋转伺服电机130旋转。激光枪头126的加工动作是由微控制器118的输出端口的开关信号控制。升降伺服电机110的转动角度与圈数是由光栅尺 108输出脉冲，并由微控制器118的相应计数器检测得到，且由微控制器118输出端口控制。步骤308 =PC机116发送“偏移量、N分频数、N分频脉冲数、N+1分频脉冲数、总脉冲数、重复次数”命令给微控制器118。步骤310 微控制器118通过旋转编码器1 检测到激光枪头1 位于气缸套IM 的横向零位X 202。旋转伺服电机130的转动角度与圈数是由光电编码器1 输出相位相差90°的A、B两个脉冲(TTL电平)信号后，由四倍频电路120提升其脉冲的频率，并由微控制器118的计数器检测得到，且由微控制器118输出端口控制；旋转伺服电机130的转动零位由微控制器118的中断口 INTl接收到光电编码器1 的输出脉冲Z判断。步骤312 由旋转编码器1 反馈的脉冲数，微控制器118控制激光枪头1 在气缸套124内壁的横向Zl或Z2距离(偏移量)处动作。步骤314 激光冲击气缸套124的内壁表面，微造网纹点。步骤316 微控制器118比较旋转编码器1 反馈的脉冲数与N分频脉冲数，若相等，则控制激光枪头在横向移动Dl距离后动作。步骤318 微控制器118判断激光枪头1 是否到横向零位X202，没有到，则循环往复步骤314与步骤316 ；否则进行下一步。步骤320 微控制器118判断重复次数是否到，没有到，则循环往复步骤310至步骤318;否则进行下一步。步骤322 PC机116发送“升降速度与距离”命令，微控制器118根据光栅尺108 的反馈脉冲数，控制升降伺服电机110以PC机116给定的速度纵向移动V2距离后停止。步骤324 判断是否到纵向终点，没有到则重复步骤308至步骤322，否则进行下一
止
少ο步骤326 结束加工，微控制器118控制机电运动单元全部到零位，并控制升降伺服电机110停止旋转。激光枪头1 移动的横向距离Z1、Z2是由微控制器118内部的比较捕获寄存器比较光电编码器128的反馈脉冲与PC机116发送的N分频数来控制。如图2，网纹结构的偏斜度与夹角、网纹的疏密是由PC机116计算、存储在表格中， 并由PC机116发出命令，由通讯接口控制微控制器118来实现。在旋转伺服电机130正向旋转的方向上，初始网纹点如204和214的横向距离Z1、Z2的值是由PC机116计算得到， 改变其数值大小，即可改变网纹的偏斜度与夹角，无须改变任何机械装置，网纹与垂直方向
的倾斜角为β= arcsmI ,同
\ V2 )
时其网纹的疏密，如网纹点204、206、212、214，是由参数Dl和V2所决定，改变其数值大小即可改变网纹的疏密度，加工过程方便灵活。
权利要求
1.一种汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法，其特征是包括如下步骤(1)PC机(116 )发送控制命令，通过微控制器(118)控制伺服电机驱动模块(112 )，再由伺服电机驱动模块(112)控制升降伺服电机(110)运动，升降伺服电机(110)依次通过另一驱动轮(136)、同步带(104)、一驱动轮(102)带动推动杆(134)作纵向直线运动，间接带动激光枪头(126)在气缸套(124)中升降；光栅尺(108)通过检测推动杆(134)的上下位置从而检测到激光枪头(126)在气缸套(124)中的纵向位置，当光栅尺(108)检测到激光枪头(126)位于气缸套(124)的纵向零位Y (208)时，PC机(116)控制升降伺服电机(110)停止运动；(2)PC机(116)根据光栅尺(108)的反馈脉冲数，控制升降伺服电机(110)以给定的速度移动Vl距离，同时控制旋转伺服电机(130)旋转；(3)PC机(116)发送“偏移量、N分频数、N分频脉冲数、N+1分频脉冲数、总脉冲数、重复次数”命令给微控制器(118)；(3)微控制器(118)通过旋转编码器(1 )检测到激光枪头(1 )位于气缸套(IM)的横向零位X (202)；(4)由旋转编码器(128)反馈的脉冲数，微控制器(118)控制激光枪头(1 )在气缸套 (124内壁的横向偏移Zl或Z2距离处动作；(5)激光冲击气缸套(IM)的内壁表面，微造网纹点；(6)微控制器(118)比较旋转编码器(1 )反馈的脉冲数与N分频脉冲数，若相等，则控制激光枪头横向移动Dl距离后动作；(7)微控制器(118)判断激光枪头(1 )是否到横向零位X(202)，若没有到，则循环往复步骤(5)与步骤(6)；否则进行下一步；(8)微控制器(118)判断重复次数是否到，若没有到，则循环往复步骤(3)至步骤(7)； 否则进行下一步；(9)PC机(116)发送“升降速度与距离”命令，微控制器(118)根据光栅尺(108)的反馈脉冲数，控制升降伺服电机(110)以PC机(116)给定的速度纵向移动V2距离后停止；(10)判断是否到纵向终点，没有到则重复步骤(3)至步骤(9)，否则结束。
2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法，其特征是改变步骤(4)中横向偏移Zl或Z2的数值大小即改变网纹的偏斜度与夹角；改变步骤(6)中横向移动Dl和步骤(9)中纵向移动V2即改变网纹的疏密，网纹的偏斜度与夹角、以及网纹的疏密是由PC机(116)计算和存储。
3.一种实现权利要求1所述加工方法的装置，具有一伸于汽车发动机的气缸套(IM) 内腔中的激光枪头(126)，其特征是该激光枪头(126)上端固接旋转伺服电机(130)且旋转伺服电机(130)固接升降平台(132)下面，旋转伺服电机(130)旁设有光电编码器(1观)， 升降平台(132)上面纵向固接推动杆(134)下端，推动杆(134)外套一个与其以内、外螺纹连接相配的驱动轮(102)，推动杆(134)上端的侧旁设置光栅尺(108);驱动轮(102)相对位置设置另一驱动轮(136)，两驱动轮(102、136)间连接同步带(104)，另一驱动轮(13) 6固接升降伺服电机(110)，升降伺服电机(110)和旋转伺服电机(130)分别串接伺服电机驱动模块(112 )，伺服电机驱动模块(112 )串联微控制器(118)，在微控制器(118 )和光电编码器 (128)之间串接四倍频电路(120);微控制器(118)分别串接光栅尺(108)、激光枪头(126) 和 PC 机(116)。
全文摘要
本发明公开一种汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法及装置，激光枪头、升降和旋转伺服电机、光电编码器、光栅尺各接微控制器，微控制器和光电编码器之间串接四倍频电路；PC机发送控制命令控制升降伺服电机运动，间接带动激光枪头在气缸套中升降；PC机根据光栅尺的反馈脉冲数控制升降伺服电机以给定的速度移动，控制激光枪头在气缸套内壁的横向偏移，比较旋转编码器反馈的脉冲数与N分频脉冲数，微控制器根据光栅尺的反馈脉冲数控制升降伺服电机以PC机给定的速度纵向移动；以激光微造型工艺取代珩磨工艺，重复性好，精度高，网纹均匀，且加工成本低廉，操作简单，网纹的偏斜度与夹角、网纹的疏密由PC机计算实现，调整方便。
文档编号B23K26/00GK102179620SQ20111005417
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者潘天红, 盛占石, 符永宏 申请人:江苏大学