肖建軍

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CIMT 2015曲軸、凸輪軸磨床評(píng)述

肖建軍

（上海機(jī)床廠有限公司 上海200093）

2015年4月20～25日，第十四屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT 2015）在北京中國(guó)國(guó)際展覽中心舉辦。本次展會(huì)恰處在中國(guó)經(jīng)濟(jì)變革調(diào)整時(shí)期，圍繞“新常態(tài)?新發(fā)展”的主題，企業(yè)面臨各種新挑戰(zhàn)，新挑戰(zhàn)也帶來(lái)新希望，孕育新發(fā)展。本次展會(huì)受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注和支持，國(guó)內(nèi)外各參展商通過(guò)產(chǎn)品展示，充分體現(xiàn)了機(jī)床行業(yè)的新面貌。

對(duì)于曲軸、凸輪軸磨床而言，本次展品以數(shù)控切點(diǎn)跟蹤隨動(dòng)磨削為主，但機(jī)床實(shí)物展出數(shù)量較少，大多以圖文資料呈現(xiàn)，主要生產(chǎn)廠家參與熱情稍顯不足，相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)成果展示也較少。

１ 國(guó)內(nèi)主要廠家展品與產(chǎn)品介紹

1.1 JKM8320A數(shù)控高速凹面凸輪軸磨床

JKM8320A（圖1所示）是由江西杰克機(jī)床有限公司生產(chǎn)，該機(jī)床利用大、小砂輪翻轉(zhuǎn)組合，隨動(dòng)磨削，實(shí)現(xiàn)一次裝夾對(duì)整根凹面凸輪軸粗精加工，并可配置自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)，適用生產(chǎn)線。

圖1 JKM8320A數(shù)控高速凹面凸輪軸磨床

JKM8320A主要規(guī)格參數(shù)如下（以展出機(jī)床為例）：

最大工件長(zhǎng)度 800 mm

最大工件直徑 200 mm

非圓最大偏心 20 mm

最大工件質(zhì)量 70 kg

頂尖中心高 140 mm

大砂輪規(guī)格（CBN砂輪） 500×203×B mm

大砂輪最高線速度 120 m/s

小砂輪規(guī)格（CBN砂輪） 150×70×B mm

小砂輪最高線速度 80 m/s

基圓直徑尺寸誤差 ±0.01 mm

基圓跳動(dòng)誤差 0.01 mm

非圓截面相位角偏差 ±10′

非圓截面輪廓曲線誤差 ±0.03 mm

非圓截面相鄰升程誤差 ±0.005 mm/°

非圓截面與母線平行度 0.005 mm

磨削表面粗糙度a≤0.4 μm

尺寸（長(zhǎng)×寬×高） 4 300×2 300×1 900mm

JKM8320A磨床主要結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：

（1）采用德國(guó)西門子(SIEMENS 840D)數(shù)控系統(tǒng)，4軸2聯(lián)動(dòng)。

（2）采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的凸輪數(shù)控磨削軟件。

（3）采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的靜、動(dòng)壓軸承砂輪電主軸。

（4）采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大小磨頭翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

（5）采用120 m/s的CBN砂輪高速磨削技術(shù)。

（6）砂輪主軸配有意大利(Marposs)內(nèi)置式在線動(dòng)平衡、消空程和防碰撞裝置。

（7）砂輪架進(jìn)給系統(tǒng)采用圓柱靜壓導(dǎo)軌及西門子1FN3系列直線電機(jī)。

（8）采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效、低能耗的循環(huán)過(guò)濾冷卻系統(tǒng)。

1.2 MK8220/SD雙砂輪架數(shù)控切點(diǎn)跟蹤曲軸磨床

MK8220/SD（圖2、3所示）是國(guó)家重大科技專項(xiàng)研制產(chǎn)品，由上海機(jī)床廠有限公司生產(chǎn)，本機(jī)床為雙砂輪數(shù)控切點(diǎn)跟蹤曲軸磨床，能在一次裝夾下實(shí)現(xiàn)曲軸主軸頸和連桿頸的外圓磨削。適用于汽車整機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線四缸機(jī)、六缸機(jī)的曲軸磨削。機(jī)床采用臥式布局，砂輪架移動(dòng)形式。

圖2 MK8220/SD曲軸磨床

圖3 MK8220/SD曲軸磨床試磨

MK8220/SD機(jī)床主要規(guī)格參數(shù)如下：

最大工件直徑 200 mm

最大磨削長(zhǎng)度 750 mm

最大砂輪線速度 150 m/s

中心架上最大可磨削直徑 60 mm

圓度 0.003 mm

直線度 0.004 mm

表面粗糙度a0.8 μm

CPK值 ≥1.67

MK8220/SD磨床主要結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：

（1）床身整體采用整體鑄件制造，前后床身一體式布局。

（2）工作臺(tái)為單層的鑄鐵平臺(tái)面，固定安裝于床身前部。

（3）砂輪軸系是采用靜壓軸承和內(nèi)裝式電機(jī)，電機(jī)布置形式，采用了電機(jī)布置在靜壓軸承之間中置形式。

采用固定牧場(chǎng)放牧或者圈養(yǎng)2種方式對(duì)可能受到威脅的群體進(jìn)行隔離飼養(yǎng)，地址的選擇遠(yuǎn)離居民區(qū)、交通要道等，隔離區(qū)的周圍最好有樹(shù)木、人工柵欄等屏障。

（4）兩個(gè)砂輪架的橫向進(jìn)給由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)砂輪架的隨動(dòng)磨削的高動(dòng)態(tài)性能要求。導(dǎo)軌副為閉式靜壓矩形導(dǎo)軌，由獨(dú)立的供油系統(tǒng)提供壓力潤(rùn)滑。

（5）頭架采用內(nèi)裝式力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與拖板直線電機(jī)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)磨削。主軸系統(tǒng)的支承采用滾動(dòng)軸承支承形式。

（6）液壓及潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由靜壓導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)和靜壓主軸液壓系統(tǒng)，主軸靜壓油箱附冷卻循環(huán)泵，提供電機(jī)的冷系統(tǒng)，靜壓導(dǎo)軌液壓系統(tǒng)由閥板控制，提供部分油液給潤(rùn)滑系統(tǒng)。

（7）電氣系統(tǒng)采用獨(dú)立、帶溫度控的落地式大電箱。數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS 840D SL控制系統(tǒng)。

1.3 B2-K1018型雙砂輪架隨動(dòng)式數(shù)控曲軸磨床

B2-K1018型數(shù)控切點(diǎn)跟蹤曲軸磨床（如圖4所示）是由北京第二機(jī)床廠有限公司生產(chǎn)，本次展會(huì)以實(shí)物展出。該機(jī)床是一款針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連桿頸、主軸頸精密磨削的超高速精密磨削設(shè)備，能夠一次裝夾實(shí)現(xiàn)曲軸連桿頸、主軸頸的批量精密加工，適合于曲軸生產(chǎn)線配套使用。

圖4 B2-K1018型數(shù)控切點(diǎn)跟蹤曲軸磨床

B2-K1018主要規(guī)格參數(shù)及精度指標(biāo)：

最大回轉(zhuǎn)直徑 520 mm

頂尖距 600/1 200 mm

中心高 350 mm

頂尖間最大質(zhì)量 150 kg

數(shù)控軸數(shù) 7軸/4軸聯(lián)動(dòng)

砂輪直徑（寬度） Ф650×（16~80）mm

CBN砂輪最大線速度 120 m/s

圓度 0.003 mm

圓柱度 0.005 mm

表面粗糙度a0.32 μm

B2-K1018主要結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：

（1）機(jī)床采用工作臺(tái)固定，雙砂輪架后移動(dòng)式布局。

（2）采用工作臺(tái)固定，雙砂輪架十字滑臺(tái)后置移動(dòng)的形式，實(shí)現(xiàn)砂輪架橫向及縱向移動(dòng)（1、2、1、2）。

（3）兩個(gè)砂輪架進(jìn)給軸（1、2軸）采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，閉式靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，減少了中間環(huán)節(jié)的傳遞誤差，提高了軸的定位精度和響應(yīng)速度。

（4）拖板（1、2軸）驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電機(jī)+滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)。

（5）頭架主軸（1軸）采用高精度滾動(dòng)軸承的主軸結(jié)構(gòu)，并配置角度編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

（6）配備了曲軸連桿頸隨動(dòng)磨削軟件和用戶專用的磨削界面軟件。

2 國(guó)外主要廠家展品與產(chǎn)品介紹

2.1 JUCAM 6L型凸輪軸磨床

JUCAM 6L型凸輪軸磨床（圖5、圖6所示）由德國(guó)的JUNKER公司生產(chǎn)。該機(jī)床砂輪架上前后布置兩套砂輪直徑不一的軸系，運(yùn)用擺線跟蹤磨削工藝，可實(shí)現(xiàn)帶凹凸面等多種形狀的凸輪軸磨削，工件一次裝夾即可完成粗、精磨，通過(guò)更換程序可對(duì)多種缸數(shù)的凸輪軸進(jìn)行加工，達(dá)到高柔性與高效率的兼顧。

圖5 JUCAM 6L機(jī)床外形圖

圖6 JUCAM 6L試磨

JUCRAM 6L主要規(guī)格參數(shù)如下（以展出機(jī)床為例）：

最大磨削長(zhǎng)度 1 800 mm

最大裝夾長(zhǎng)度 2 000 mm

中心高 170 mm

最大工件質(zhì)量 200 kg

CBN砂輪直徑 700 mm

砂輪線速度 90 m/s

尺寸（長(zhǎng)×寬×高） 4 900×3 750×2 450 mm

JUCRAM系列凸輪軸磨床主要結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：

（1）采用整體床身，材料為聚合物混凝土。

（2）數(shù)控系統(tǒng)為FANUC。

（3）頭架采用滾動(dòng)軸承支撐，內(nèi)裝式力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，角度編碼器閉環(huán)控制，配備專用的液壓夾具。

（4）拖板（Z軸）采用矩形靜壓導(dǎo)軌，伺服電機(jī)+齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，光柵尺閉環(huán)控制。

（5）進(jìn)給軸（軸）采用靜壓圓柱導(dǎo)軌，伺服電機(jī)+靜壓絲桿驅(qū)動(dòng)，光柵尺閉環(huán)控制。

（6）砂輪主軸采用滾動(dòng)軸承支承的電主軸。

（7）配備液壓伺服中心架。

（8）砂輪架可繞B軸擺動(dòng)，可以適用不同輪廓凸輪軸的加工。

2.2 LT2（E）型曲軸磨床（雙砂輪架）

英國(guó)Cinetic Landis公司本次沒(méi)有展出實(shí)物，該公司的曲軸磨床也是極具特色，因此，筆者選擇了Landis公司的LT2（E）型曲軸磨床（圖7）作以下介紹，該機(jī)床采用隨動(dòng)磨削方式磨削曲軸連桿頸或其它軸頸，是Landis公司LT2曲軸磨床系列中最新的一代。相比老一代LT2系列產(chǎn)品，該機(jī)床在中心高、整機(jī)體積、砂輪尺寸、總功率、加工節(jié)拍等方面參數(shù)都優(yōu)化縮少，獲得了更好的使用效果。

圖7 LT2（E）試磨

LT2（E）主要規(guī)格參數(shù)如下：

最大回轉(zhuǎn)直徑 180 mm

最大磨削長(zhǎng)度 750 mm

中心高 240 mm

最大工件質(zhì)量 50 kg

砂輪直徑（最大） 520 mm

CBN砂輪最大線速度 150 m/s

尺寸（長(zhǎng)×寬×高） 4 520×5 790×2 280 mm

LT2（E）系列曲軸磨床主要結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：

（1）采用整體鑄鐵床身。

（2）數(shù)控系統(tǒng)為專用的Landis CNC6400，主要電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)均采用力士樂(lè)產(chǎn)品。

（3）頭架采用滾動(dòng)軸承支撐，內(nèi)裝式力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，角度編碼器閉環(huán)控制，配備專用的液壓卡盤。

（4）拖板（軸）采用矩形靜壓導(dǎo)軌，滾珠絲桿或直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，光柵尺閉環(huán)控制。

（5）進(jìn)給軸（軸）采用矩形靜壓導(dǎo)軌，直線驅(qū)動(dòng)，光柵尺閉環(huán)控制。

（6）砂輪主軸采用靜壓軸承支承的電主軸。

（7）配備液壓伺服中心架，中心架通過(guò)液壓的方式驅(qū)動(dòng)三片托瓦夾持曲軸中間段主軸頸，克服了曲軸類工件抗彎剛性不足的弱點(diǎn)。

（8）金剛滾輪修整器安裝在尾架的后側(cè)，修整器主軸采用角接觸球軸承支撐，直接由可變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

曲軸、凸輪軸是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件?？v觀本屆展會(huì)的各家凸輪軸、曲軸加工設(shè)備，可以看出，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)也隨之升級(jí)換代，國(guó)內(nèi)外相關(guān)磨床產(chǎn)品也有了較快的發(fā)展，其主要的發(fā)展趨勢(shì)是提高生產(chǎn)率、提高自動(dòng)化程度、提高加工質(zhì)量。就本屆展出的產(chǎn)品而言，表現(xiàn)出以下三個(gè)明顯的特點(diǎn)：

（1）就應(yīng)用領(lǐng)域而言，集中在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，尤其是在乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，中、小型曲軸與凸輪軸磨床發(fā)展迅速，數(shù)量多、更新快。

（2）就技術(shù)水平而言，切點(diǎn)跟蹤磨削技術(shù)成為主流，直驅(qū)技術(shù)被廣泛使用，隨動(dòng)式曲軸、凸輪軸磨床比重越來(lái)越多。

（3）就設(shè)備類型而言，許多著名的曲軸、凸輪軸磨床廠家不再僅僅著眼于單一的曲軸、凸輪軸磨床，而是面向整個(gè)曲軸、凸輪軸加工生產(chǎn)線，并為用戶提供配套服務(wù)的完整技術(shù)方案。