【文章內(nèi)容簡介】 靠磨） φ 30 端面 1V 兩端中心孔 2V 鍵 1V φ 22 外圓 凸輪磨床 120 滾齒 φ 30 端面 3V 兩端中心孔 2V 鍵 1V φ 22 外圓 130 清洗 φ 30 與 1IN 之間非加工面 2V φ 31 與 3EX 之間非加工面 2V 無夾緊 工藝特點(diǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸工藝特點(diǎn)： （ 1） 毛坯硬度高 （冷激區(qū) HRC45 非冷激區(qū) HB229~302） （ 2） 生產(chǎn)節(jié)拍 分鐘 （ 3） 輪軸數(shù)控車床用于支撐軸頸的粗加工 （ 4） 凸輪部分在鑄造時(shí)冷激，不需加工后淬火 （ 5） 凸輪采用粗、精磨加工，以磨代車，凸輪輪廓直接磨削 （ 6） 凸輪精加工采用全數(shù)控?zé)o靠磨磨削 （ 7） 加工中主要定位基準(zhǔn)中心孔采用打孔后修磨，保證加工質(zhì)量 工藝先進(jìn)性分析： 1)磨削密集型工藝－外圓、軸頸、端面及凸輪均采用磨削方法 [5] 凸輪的外圓、軸頸、端面及凸輪的粗精加工均采用磨削方法。凸輪傳統(tǒng)的粗加工方法是采用靠模車床及液壓仿形凸輪銑床，大量生產(chǎn)的凸輪軸毛坯均采用精鍛或精鑄成形，其毛坯精度高，加工余量小，采用以磨代車的新工藝，極大的簡化了凸輪形面的加工。同時(shí)，高速磨削及金剛石滾輪連續(xù)修整工藝，保證了其生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量。 2)凸輪采用數(shù)控?zé)o靠模磨 削 長期以來，凸輪軸磨床采用靠模，滾輪擺動(dòng)仿形機(jī)構(gòu)，典型的設(shè)備如日平－蘭迪斯 10 SCAM－ R 型凸輪磨床?？磕Ｍ馆啓C(jī)構(gòu)擺動(dòng)工作臺(tái)凸輪軸磨床，在磨削中存在著一系列的加工缺陷，而采用數(shù)控凸輪磨削的新工藝，取消了靠模，完全靠 CNC 控制獲得精密的凸輪輪廓，同時(shí)工件無級(jí)變速旋轉(zhuǎn)，并采用 CBN 砂輪加工凸輪軸，從根本上解決了傳統(tǒng)凸輪磨床的缺陷，不僅擺脫了靠模精度對凸輪精度的影響，而且砂輪的磨損不影響加工精度。同時(shí)，由于這種工藝具有較好的柔性，為以后的產(chǎn)品改進(jìn)、更新以及多品種的凸輪軸共線生產(chǎn)提供了保證。 3)凸輪軸支撐軸頸的磨削 凸輪軸支撐軸頸的加工尺寸與精度如圖 2 所示。采用數(shù)控多砂輪磨削，可以高效率地磨削凸輪軸支撐軸頸，加工出的軸頸具有較高的圓柱度和較小的徑向跳動(dòng)。同時(shí)數(shù)控磨削可以運(yùn)用在線檢測技術(shù)，對零件的加工部位尺寸進(jìn)行監(jiān)控，并把對砂輪的自動(dòng)修整數(shù)據(jù)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，來控制砂輪的補(bǔ)償，確保加工部位的尺寸。 圖 2 凸輪軸的支撐軸頸 4)采用立方氮化硼（ CBN）砂輪磨削 由于采用了無靠模數(shù)控凸輪磨床，所以整個(gè)凸輪輪廓（包括基圓、緩沖段、作用段）的磨削均由 X 軸即砂輪架和 C 軸即 主軸的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成，其動(dòng)作為同步動(dòng)作，所以凸輪磨削過程中砂輪于工件接觸表面不同且不均勻，緩沖段及作用段接觸面積大于基圓，由此造成加工余量不均勻，緩沖段和作用段加工余量大于基圓，故產(chǎn)生法向切削力的變化。另一特點(diǎn)為砂輪磨削過程中接觸點(diǎn)（磨削點(diǎn)）與工件及砂輪二者中心線不在一條直線上，而是在上下移動(dòng)，故易產(chǎn)生升程誤差，也可能在緩沖段及作用段表面產(chǎn)生橫紋。這一特點(diǎn)要求砂輪直徑較小。 根據(jù)以上特點(diǎn)決定，選用陶瓷結(jié)合劑的立方氮化硼（ CBN）砂輪磨削凸輪。砂輪轉(zhuǎn)速為 5700 轉(zhuǎn) /分，屬于高速磨削，生產(chǎn)率高，耐用度高。 CBN 砂輪有較好的熱導(dǎo)性，工件磨削的溫度低，可減少磨削時(shí)的燒傷、裂紋和熱損現(xiàn)象，與普通的砂輪相比，具有砂輪使用壽命長，更換砂輪和修整砂輪時(shí)間短，能提高工件的疲勞強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)性等優(yōu)點(diǎn)。 由于使用了 CBN 砂輪，砂輪直徑有單晶剛玉的φ 600mm 減少到現(xiàn)在的φ 250mm，且 11 使用壽命長， CBN 砂輪的 CBN 層厚度為 3mm，每 100 件修磨一次，每次修磨量為 ，一片砂輪的修磨次數(shù)為 300次，可計(jì)算得出一片砂輪的理論加工工件數(shù)為 300 100＝ 30000件。且工件的粗糙度及凸輪升程均能很好的滿足工藝要求。 5)毛坯材料 為冷激合金鑄鐵 凸輪軸是氣門機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件，它的凸輪不僅要有合理的形狀，而且要求表面耐磨，能在長期使用中基本保持設(shè)計(jì)給出的合理形狀。所以對凸輪軸的材料要求比較高。尤其凸輪表面與搖臂之間是一對運(yùn)動(dòng)的摩擦表面，凸輪軸的材料必須保證其工作可靠性和耐久性。 最后決定采用冷激合金鑄鐵，即在凸輪軸鑄模的凸輪尖端處放一塊加速鐵水冷卻的鐵塊，使凸輪尖端迅速冷卻，形成桃尖硬化層，其主要金屬基體為菜氏體，可以提高其硬度，并達(dá)到工藝要求：凸輪 140176。 以內(nèi) HRC35 以上， 30176。 以內(nèi) HRC48 以上，如圖 3 所示。這樣凸輪外形完全用磨削 加工。 176。176。 圖 3 凸輪外形硬度分布圖 鑄鐵凸輪存在摩擦系數(shù)僅為 ～ ，而強(qiáng)度很低的石墨，在摩擦過程中會(huì)脫落于接觸處成為潤滑劑，且石墨脫落后留下的孔穴又會(huì)成為絕好的儲(chǔ)油槽，使臨界油膜容易保持住。鑄鐵的導(dǎo)熱性大且不留加工余量，而凸輪工作表面只留 左右的磨削余量。 因?yàn)橥馆嗇S轉(zhuǎn)速低，載荷輕，潤滑又良好，而鑄鐵本身也是一種良好的軸承材料，所以不用襯套，把凸輪軸直接裝入缸蓋凸輪軸孔中。采用冷激鑄鐵，工藝簡單且成本低，激冷用外冷鐵可由我單位生 產(chǎn)，反復(fù)使用近百次后可作為返回料入爐，所以生產(chǎn)工序簡單，并可以大幅度提高耐磨性。 工藝難點(diǎn) 主軸頸粗糙度的保證 凸輪軸生產(chǎn)的難點(diǎn)是主軸頸的粗糙度達(dá)不到圖紙的要求，圖紙要求為 ，實(shí)際加工情況為 Rz≤ ，這就給驗(yàn)證帶來了很多麻煩。 12 根據(jù)實(shí)際情況，首先通過改變機(jī)床的切削用量，把機(jī)床規(guī)定好的切削用量徹底改變，一組一組的數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，最終結(jié)果還是不好。最后在保證砂輪不變的情況下，改變金剛石修整器的修磨速度 F，修整量μ，來提高工件的粗糙度。通過反復(fù)試驗(yàn)，得出幾組比較好的數(shù)據(jù)。 μ＝ F30 Rz=~ μ＝ F15 Rz=~ μ＝ F30 Rz=~ μ＝ F35 Rz=~ 通過比較，決定選用μ＝ ， F30 這組數(shù)據(jù)，磨 5 個(gè)工件修整一次，粗糙度＜ 。且節(jié)拍達(dá)到 分鐘，達(dá)到了本線的設(shè)計(jì)綱領(lǐng)。 軸頸夾痕 1)軸頸夾痕：凸輪軸線 120 序凸輪磨削時(shí)用鍵槽定位， φ 22 外圓夾緊。三爪長期使用造成φ 22 外圓上由三個(gè)光亮帶，粗糙度合格。 該凸輪磨床在設(shè)備驗(yàn)收時(shí)即有光亮帶夾痕存在，據(jù)了解目前凸輪桃子磨削工藝大多采用腱槽角向定位三爪夾緊工件小端外圓，中心架支撐軸徑向表面來完成磨削過程，此方案勢必要產(chǎn)生夾痕。該工藝豐田汽發(fā)，一汽大眾均采用，新產(chǎn)品 1SZ 凸輪軸從外觀看也采用此加工工藝加工的。此工藝方案可繼續(xù)使用。 2)徹底消除夾痕工藝的近一步探討：采用倒序加工的方法，先磨桃子，后磨小端外圓。 a)使用這種方法，涉及變動(dòng)的部分：凸輪磨改三爪、中心架。鍵槽銑床改定位塊、量驗(yàn)具工藝尺 寸鏈重新計(jì)算，改所有工藝文件。 b)引發(fā)的質(zhì)量問題：由于凸輪磨床的中心架支撐軸頸是精車表面，對凸輪磨削精度和升程曲線會(huì)造成很大的影響。由于磨小端外圓與銑鍵槽定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一，會(huì)對鍵槽對稱度造成很大的影響。 c)拋光小端外圓，需要增加投入。該方案沒有必要。 3)結(jié)論：輕微夾痕對發(fā)動(dòng)機(jī)性能無影響，沒必要增加投入。裝工件時(shí)鍵槽盡量放在夾具的驅(qū)動(dòng)鍵槽位置，以免驅(qū)動(dòng)鍵槽轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，劃傷加工表面。 [6] 4 凸輪廓形理論計(jì)算及加工控制參數(shù) 凸輪軸凸輪的廓形要求 氣門運(yùn)動(dòng)的加速度和減速度都是凸輪輪廓的函數(shù)。發(fā) 動(dòng)機(jī)的凸輪軸 凸輪輪 廓如圖 4 所示，主要包括進(jìn)氣段 C（開啟?。?、排氣段 E（關(guān)閉?。⒕彌_段 B、緩沖段 C、基圓 A、 13 頂弧 D。 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的凸輪廓形 是以凸輪與φ 10 滾珠對滾時(shí)二者中心距離 1y ， 2y 表示的，如圖 5，圖紙給出表列函數(shù) 1y ＝ 1f (φ )， y＝ 2f (φ )表 4— 1 為凸輪軸升程表。 圖 4 凸輪 輪廓圖 圖 5 凸輪廓 形圖 凸輪升程數(shù)據(jù) 1)從動(dòng)件半徑（ mm）：設(shè)定從動(dòng)件半徑，用來輪廓計(jì)算和測定。 2)凸輪基圓直徑（ mm）：設(shè)定凸輪基圓直徑，可以用此數(shù)據(jù)微調(diào)凸輪尺寸，因?yàn)闆]有凸輪的長徑尺寸。 3)角度升程值（ mm/deg）：以凸輪頂點(diǎn)轉(zhuǎn) 180 為 0，只輸入有增量的兩個(gè)角度之間（ 90～ 14 270）的增量數(shù)據(jù)，每隔 1 進(jìn)行設(shè)定（機(jī)內(nèi)密化系統(tǒng)），最后制成升程表 [7]。 表 41 凸輪軸凸輪升程表 φ φ φ 0 41 82 1 42 83 2 43 84 3 44 85 4 45 86 5 46 87 6 47 88 7 48 89 8 49 90 9 50 91 10 51 92 11 52 93 12 53 94 13 54 95 14 55 96 15 56 97 16 57 98 17 58 99 18 59 100 19 60 101 20 61 102 21 62 103 22 63 23 64 24 65 25 66 26 67 27 68 28 69 29 70 30 71 31 72 32 73 33 74 34 75 35 76 36 77 37 78 38 79 39 80 40 81 由于在升程段廓形圓形滾珠與廓形的切點(diǎn) D1,D2 都不在滾珠與凸輪的連心線上，而磨 15 床砂輪必須磨出 D1,D2 點(diǎn)來，它的半徑又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滾珠半徑，所以必須通過計(jì)算得出凸輪廓形（ D1,D2）坐標(biāo)，再換算成砂輪中心的坐標(biāo)，作為磨床砂輪橫向進(jìn)給的依據(jù)。 包絡(luò)線理論 設(shè)想凸輪不轉(zhuǎn)，滾柱回繞凸輪旋轉(zhuǎn)，則滾柱外形形成一個(gè)圓的曲線族，凸輪廓形實(shí)際是它的內(nèi)包絡(luò)線。以 H 表示滾柱與凸輪軸心距，則 H=f(? )，以 Rf 為滾柱半徑，則圓的一般方程為： 222 )s i n()c o s( rRHYHX ???? ?? 因?yàn)?H 也是 ? 的函數(shù)，此式可寫成隱函數(shù)形式 f(x， y， ? )＝ 0，這里 ? 為參變量，改變 ? 值可得不同的方程式，如圖 6。 圖 6 凸輪廓形圖 曲線族中的各點(diǎn)斜率，據(jù)微分學(xué)，可寫成： ????????????????????yfxfddxy 還可以進(jìn) 一步寫作： 0???????? ?? ddyfddxf yx （ ） 包絡(luò)線既與曲線族相切，其上各點(diǎn)應(yīng)與曲線族上各切點(diǎn)斜率相等，故也應(yīng)滿足公式()。 曲線族方程 f(x， y， ? )＝ 0 的全微分為： 0?????????? ?? dfdyfdxfdf yx 16 即： 0????????? ?? dfdyfdxf yx （ ） 包絡(luò)線上各點(diǎn)既是曲線族里的點(diǎn)，其斜率又 應(yīng)滿足公式 ()，將 ()、（ )式聯(lián)立，可得： 0????f （ ） 即包絡(luò)線方程，解此式得出以 ? 表示得 x、 y 值，即包絡(luò)線上的各點(diǎn)坐標(biāo) [8]。 凸輪廓形坐標(biāo) 滾柱曲線族方程的隱函數(shù)形式 0)s i n()c o s( 222 ????? rRHYHX ?? 將此式對 ? 微分后使 0????f 解出 x、 y 值為 ????????????????????????????s i nc o sc o ss i n1c o sddHddHRHxHHf （ ） ???????s i nc o sc o ss i n????????????? ?????ddHddHddHxyHHH （ ） 由于求曲線族的內(nèi)包絡(luò)線，故式 ()中正負(fù)號(hào)應(yīng)取負(fù)號(hào)。 計(jì)算中微分?ddH 以差分代替，即表列函數(shù)中若 nH 對