王保華　李春杰

摘要：凸輪軸是發(fā)動機配氣機構中的關鍵部件，其側棱等部位需要進行銳邊倒鈍作業(yè)。通過分析現有的凸輪軸銳邊倒鈍工藝方法，設計了一種凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)，提高了倒鈍作業(yè)效率和精度，能滿足凸輪軸各類不同結構棱邊、棱角磨削倒鈍作業(yè)的需要。

關鍵詞：凸輪軸;銳邊倒鈍;系統(tǒng)設計

0 引言

凸輪軸是發(fā)動機5C件之一，是配氣系統(tǒng)的關鍵零件[1]。在凸輪軸生產加工中，通過機床加工成型后的凸輪軸毛坯件的棱邊往往相對較鋒利，并易殘留毛刺等質量缺陷，使用過程中，有可能劃傷氣門挺柱表面，使凸輪和挺柱的表面摩擦副遭到破壞，加劇磨損的產生，將凸輪兩側銳邊倒鈍后，可提高產品品質。當前主要是通過傳統(tǒng)磨床對凸輪軸側棱等部位進行磨削倒鈍作業(yè)，但凸輪軸需要進行倒鈍作業(yè)的棱邊數量大，各棱邊分布結構復雜，倒鈍作業(yè)的加工空間結構也相對復雜，從而導致倒鈍作業(yè)的工作效率和精度相對較低，嚴重影響了凸輪軸產品的加工質量和效率，并為凸輪軸后續(xù)加工及使用留下了巨大隱患。因此，針對這一現狀，迫切需要開發(fā)一種凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)，以滿足實際使用需求。

1 凸輪軸銳邊倒鈍加工工藝選擇

1.1 ? ?凸輪軸工況分析

凸輪軸的機械環(huán)境較為惡劣，應針對機械性能進行合理分析[2]。凸輪軸承受的沖擊載荷是周期性的，凸輪和挺柱的接觸應力比較大，二者之間的相對滑動速度也比較高，所以凸輪工作面的磨損很嚴重。因此，凸輪軸軸頸和凸輪工作面應具有足夠的剛度、較小的表面粗糙度、較高的尺寸精度、較好的耐磨性。凸輪軸材料通常是優(yōu)質碳鋼、合金鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵，可以鍛造或鑄造成型，軸頸和凸輪工作面經熱處理后倒鈍、磨光。典型的凸輪軸如圖1所示。

1.2 ? ?現有銳邊倒鈍加工工藝

1.2.1 ? ?滾筒研磨法

把凸輪軸放在滾筒的研磨料中，然后封閉，轉動滾筒，使零件的銳邊與磨料產生磨削，達到去除銳邊（毛刺）的目的。為了提高效率，通過滾筒回轉、正反高速回轉等，能夠實現工件和研磨料之間更好地相對運動。該方法主要用于去除剛性較好的工件和沖壓件的毛刺，也可以用于去除鍛、鑄毛坯件的飛邊和毛刺。

1.2.2 ? ?機械刷加工法

采用刷子圍繞凸輪軸旋轉的方式，實現銳邊倒鈍。刷子通常由鋼絲、銅絲、嵌入磨粒的尼龍絲等材料制成，可實現柔性加工，既可倒鈍銳邊、去除毛刺，又不會損傷加工面，適應性廣，但硬毛刷形成的表面往往不便于后處理。

1.2.3 ? ?電化學加工法

在工件電解加工過程中，金屬因發(fā)生電化學反應而被溶解去除，達到銳邊倒鈍、去毛刺的目的。電化學加工法是一種優(yōu)質、高效的技術，發(fā)展前景十分廣闊。電解加工對于難加工材料、形狀復雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢，已廣泛應用于整體葉輪、炮管膛線、倒角和去毛刺等加工中。電化學加工法缺陷主要表現為：不易達到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性;夾具和工具陰極的設計、制造和修正較為困難，且周期比較長，所以單件小批量生產的成本較高;電解加工的產物需進行妥善處理，以免污染環(huán)境。

1.3 ? ?銳邊倒鈍加工工藝選擇

針對現有技術存在的不足，選用既可保證效率又能保證加工質量的磨削工藝方法，同時設計凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)。該工藝系統(tǒng)結構簡單，使用靈活方便，通用性好，運行自動化程度和磨削作業(yè)加工精度高，一方面可根據使用需要，靈活調整磨頭的數量、磨削作業(yè)位置及磨頭結構，滿足對不同結構、尺寸凸輪軸的各類結構棱邊、棱角作業(yè)面進行磨削倒鈍作業(yè)的需要;另一方面，在使用過程中，可根據使用及維護作業(yè)的需要，靈活對磨頭的零部件進行調整和更換，在提高磨頭使用靈活性的同時，還有效提高了磨頭的故障修復率，從而極大地提高了磨頭設備使用的穩(wěn)定性，有效延長了磨頭使用壽命，在提高倒鈍作業(yè)效率、工作精度的同時，有效降低倒鈍作業(yè)的成本。

2 凸輪軸凸輪銳邊倒鈍系統(tǒng)設計

2.1 ? ?銳邊倒鈍技術系統(tǒng)設計

凸輪軸凸輪銳邊倒鈍系統(tǒng)可以安裝在磨床等常用加工設備上，主要由磨床和倒鈍機構組成，倒鈍機構包括升降驅動機構、水平導軌、刀座、磨頭、伸縮導向桿、滑塊、定位機構、行走機構、磨削驅動電機及數字控制電路。凸輪軸凸輪銳邊倒鈍系統(tǒng)如圖2所示。其中升降驅動機構至少兩個，沿磨床工作臺軸線與磨床工作臺上端面連接，且升降驅動機構下端面通過轉臺機構與磨床工作臺上端面鉸接，上端面通過轉臺機構與至少一條水平導軌下端面鉸接，升降驅動機構軸線與磨床工作臺上端面和水平導軌下端面呈0°～180°夾角，水平導軌軸線與磨床工作臺軸線呈0°～180°夾角，滑塊若干，均通過行走機構與水平導軌滑動連接，滑塊通過轉臺機構與至少一條伸縮導向桿后端面相互鉸接，伸縮導向桿前端面通過轉臺機構與刀座相互鉸接，伸縮導向桿軸線及刀座軸線均與磨床工作臺上端面呈0°～180°夾角，磨削驅動電機嵌于刀座內并與至少一個磨頭相互連接，磨頭軸線與刀座軸線平行分布，定位機構數量與滑塊及刀座數量一致，且每個滑塊及刀座上均設至少一個定位機構，定位機構軸線分別與其所在的滑塊及刀座軸線平行分布，數字控制電路嵌于磨床內，并分別與升降驅動機構、伸縮導向桿、定位機構、行走機構、磨削驅動電機及磨床的電路系統(tǒng)電氣連接。

在倒鈍作業(yè)中，可根據定位機構檢測參數及倒鈍加工工藝要求，由數字控制電路對升降驅動機構、伸縮導向桿、行走機構、磨削驅動電機的運作狀態(tài)同時進行調整，以使磨頭滿足對不同結構磨削倒鈍作業(yè)面加工的需要。

除此之外，在倒鈍作業(yè)前，磨頭安裝定位時，首先需要選擇長度、直徑及連接滑槽數量均滿足使用需要的刀柄及滿足磨削加工工藝及作業(yè)面結構要求的磨條，然后對刀柄、導向滑軌、磨條等磨頭結構進行組裝，從而滿足不同作業(yè)面磨削倒鈍作業(yè)的需要。在磨削作業(yè)中，另可根據磨削凸輪軸的各棱邊、棱角的具體結構和位置，一方面通過轉臺機構調整磨條磨削作業(yè)面與凸輪軸磨削作業(yè)面間的夾角，另一方面通過導向滑軌調整磨條整體在磨削作業(yè)時與凸輪軸作業(yè)面間的間距和定位位置，從而靈活調整磨條作業(yè)位置以滿足凸輪軸各類不同結構棱邊、棱角磨削倒鈍作業(yè)的需要。