耿召輝

摘 要：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中采用的關(guān)鍵零部件包括凸輪軸，其質(zhì)量穩(wěn)定性和精度影響到發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命和提升質(zhì)量，對(duì)于廢氣排放和節(jié)能來說也是尤為重要的。提升凸輪軸加工效率和質(zhì)量，采用高性能凸輪軸數(shù)控機(jī)床作為關(guān)鍵設(shè)備行高效精密磨削加工，在減少彈性退讓、提升消磨穩(wěn)定性、運(yùn)用關(guān)鍵技術(shù)等方面需要加以論證。本文對(duì)凸輪軸原始生成數(shù)據(jù)擬合優(yōu)化、優(yōu)化誤差補(bǔ)償?shù)确矫孢M(jìn)行分析，提出當(dāng)前采用凸輪軸磨削加工工藝提升的方式，將誤差、磨削振動(dòng)等問題加以規(guī)避。從凸輪軸、磨削加工工藝特征出發(fā)，提出薄弱環(huán)節(jié)的優(yōu)化措施，對(duì)凸輪軸數(shù)控磨削工藝基礎(chǔ)理論進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：凸輪軸;磨削工藝;加工工藝

0 前言

隨著加工方式的要求越來越高，傳統(tǒng)凸輪軸工藝較為復(fù)雜已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前加工需求，如采用靠模進(jìn)行凸輪軸加工雖然結(jié)構(gòu)簡單加工成本較低，但是互換性較差，目前采用兩周聯(lián)動(dòng)切點(diǎn)跟蹤法進(jìn)行控制加工，模擬生成加工程序之后在加工精度上不斷提升。其工藝采用頭架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和砂輪橫向運(yùn)動(dòng)的方式聯(lián)動(dòng)，形成拖輪，輪廓加以磨削。

1 凸輪軸高速磨削加工工藝

凸輪軸的輪廓形線和多段曲線一般存在非線性關(guān)系。工藝實(shí)施過程傳統(tǒng)磨削加工、移動(dòng)速度等都已經(jīng)發(fā)生了變化。隨著汽車的燃機(jī)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性要求的提高，凸輪軸的二次生成已經(jīng)逐漸采用數(shù)控加工方式加以提升。

采用數(shù)控系統(tǒng)控制凸輪軸、磨削加工方法結(jié)構(gòu)較為簡單，通過設(shè)定的不同參數(shù)進(jìn)行不同形狀的托輪加工，改變傳統(tǒng)的靠磨磨削技術(shù)，具有良好的柔性，能夠針對(duì)復(fù)雜的曲面和曲線進(jìn)行精確加工。整個(gè)過程采用補(bǔ)償軟件、數(shù)控系統(tǒng)加以操控，而且能夠進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和報(bào)警，相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床來說，能夠提升托輪軸零件加工的質(zhì)量。工藝特點(diǎn)為：

（1）凸輪軸輪廓特征清晰。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于處理后的拖輪生成的離散數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的方法，將加工、運(yùn)輸、使用和測量功能中存在的誤差加以去除。例如對(duì)于噪聲數(shù)據(jù)可以通過生成數(shù)據(jù)進(jìn)行砂輪架的進(jìn)給速度和加速度的模擬，將加工表面產(chǎn)生的棱線形象誤差和波紋與其顯示，利用生成數(shù)據(jù)，優(yōu)化擬合的方式，采用最小二乘法、N次諧波逼近法等方法，將離散的生成指展開形成有現(xiàn)象。這一方法能夠通過數(shù)值積分的方法求出近似解，規(guī)避出現(xiàn)產(chǎn)生較大的誤差，進(jìn)行拖輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，規(guī)律的分析，能夠防止磨損、沖擊、振動(dòng)等帶來的加工工藝的誤差，在拖輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)作時(shí)連續(xù)性機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)對(duì)精度影響較大。運(yùn)用加速度曲線一定程度的反應(yīng)，極速運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性和平穩(wěn)性促使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)趨于平穩(wěn)。

（2）對(duì)凸輪輪廓分析一般采用MATLAB軟件，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線加以描述，得出曲徑半徑變化數(shù)值，要求運(yùn)作連續(xù)性滿足工作動(dòng)態(tài)特性需求，進(jìn)行輪廓的重構(gòu)。

2 凸輪軸數(shù)控磨削質(zhì)量影響因素

當(dāng)前普遍采用兩種耦合聯(lián)動(dòng)數(shù)字控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪廓的模效，其加工工藝為：首先進(jìn)行準(zhǔn)備工作，啟動(dòng)機(jī)床之后讀入生成數(shù)據(jù)，編制加工程序，讀取拖輪參數(shù)、砂輪參數(shù)等，通過機(jī)床內(nèi)置的編程模塊直接編譯工件加工代碼，根據(jù)數(shù)據(jù)生成拖輪的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)值，得出相關(guān)的轉(zhuǎn)速曲線關(guān)系，機(jī)床內(nèi)置的OEM加工界面模塊，能夠方便操作者直接設(shè)置轉(zhuǎn)速、圈數(shù)、磨削量等。在工藝實(shí)施過程中，砂輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)形成氣流。為了提升磨削的精確度，根據(jù)磨削加工特點(diǎn)，對(duì)包含誤差的原始圖倫生成數(shù)據(jù)，進(jìn)行回彈法優(yōu)化，擬合生成模擬過程數(shù)學(xué)模型計(jì)算出凸輪，工件主軸轉(zhuǎn)速方程。

3 凸輪軸高速磨削加工關(guān)鍵技術(shù)

（1）高速磨削砂輪應(yīng)具有高剛度良、高耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度、高動(dòng)平衡精度和良好的導(dǎo)熱性等。目前借助化學(xué)粘接力把持磨粒的方法，其結(jié)合劑抗拉強(qiáng)度獲得更大的磨粒和更理想的砂輪形貌。高溫釬焊突出高度，單層電鍍超硬磨料砂輪和（高溫）釬焊超硬磨料砂輪無需修整且使用壽命長。磨粒在磨削加工中微刃能發(fā)生自銳，材料去除率提高的同時(shí)減少了砂輪磨損以及修整間隔時(shí)間。高速磨削工藝在削回火鋼的試驗(yàn)中材料去除速度可以達(dá)到125 m/s，對(duì)機(jī)床沒有特殊的要求，砂輪結(jié)構(gòu)和形狀在超高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下得到質(zhì)量保證。

（2）超高速精密軸承。主軸系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速在10000r/mm以上，用電主軸回轉(zhuǎn)精度高、空轉(zhuǎn)功耗低、溫升小、主軸系統(tǒng)剛性好。磁浮軸承存在的主要問題是負(fù)荷容量低，最高轉(zhuǎn)速為40000r/min傳。高速主軸元基本驅(qū)動(dòng)功率40kw，實(shí)用高速電主軸三年制可以達(dá)到更高，標(biāo)準(zhǔn)化程度也更高，更方便維護(hù)，上述優(yōu)點(diǎn)都是超高速主軸能兼有的。隨著新型磁性材料的出現(xiàn)及控制、超導(dǎo)、傳感技術(shù)的應(yīng)用，超高速主軸軸承油迎來更創(chuàng)新的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)液體動(dòng)靜壓軸承具有徑向和軸向跳動(dòng)，動(dòng)態(tài)特性好、誤差小，能在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)擁有更強(qiáng)大的承載能力。

（3）砂輪修整技術(shù)。超硬磨料砂輪的修整也有很好的發(fā)展前景。技術(shù)借助傳感系統(tǒng)控制砂輪和修整工具（一般為修整滾輪）的接觸，通過進(jìn)給系統(tǒng)保證超精密加工，完成微米級(jí)進(jìn)給，得到理想的砂輪形貌。

（4）磨削液供給系統(tǒng)。超高速磨削中，為防止接觸區(qū)高溫得不到有效的抑制，常用冷卻液注入方法砂屏蔽輪極高速旋轉(zhuǎn)形成的氣流，減少砂輪磨損，這需要優(yōu)化設(shè)計(jì)供液系統(tǒng)參數(shù)，包括磨削液噴注位置、噴嘴結(jié)構(gòu)、流量及尺寸等和高效率油氣分離和吸排風(fēng)單元設(shè)計(jì)。

（5）超高速磨削進(jìn)給系統(tǒng)。目前數(shù)控機(jī)床采用直線伺服電機(jī)、直線電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，獲得高精度的高速移動(dòng)的同時(shí)也避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動(dòng)中的摩擦變形、間隙彈性等問題，穩(wěn)定性極好。

4 結(jié)束語

凸輪軸數(shù)控加工方式易因聯(lián)動(dòng)磨削產(chǎn)生較大加速度，影響磨削伺服系統(tǒng)性能。針對(duì)此問題，構(gòu)建數(shù)控凸輪軸高速磨削數(shù)學(xué)模型，分析凸輪軸工件磨削動(dòng)力學(xué)機(jī)理，得出工件進(jìn)給最大加速度，分析加速度超過限值時(shí)工件轉(zhuǎn)速變化趨勢，以此驗(yàn)證傳統(tǒng)方法的不足。

參考文獻(xiàn)：

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[2]范培珍，何其寶.數(shù)控凸輪軸高速磨削性能研究及其優(yōu)化改進(jìn)[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，21（01）：11-13，26.