[发明专利]凹腹凸轮轴精密加工技术及设备

说明书

所属技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种加工小凹面形面的凹腹凸轮轴的加工技术及设备，可克服和弥补凹腹凸轮轴小凹弧曲面高精度、高效率磨削加工技术的不足和缺陷，适应多品种凹腹凸轮轴的高效加工。

背景技术

为了提高发动机的燃油利用率，对柴油发动机的油泵凸轮轴和配气凸轮轴提出了更高的要求。将蓄压共轨式供油系统的凸轮轴在升程段设计为凹面截面形状，这种凹腹结构的凸轮轴，降低了油耗，防止二次喷油，充分的体现了发动机较高的动力性能。

国内凸面凸轮(普通发动机凸轮)的磨削大多采用半数控加工方式来完成，而对于小凹面形面的凹腹凸轮轴(在同一个凸轮轮廓上，既有轮廓曲线半径为正值，又有轮廓曲线半径为负值的凸轮)精密加工国内还处于空白阶段，(如图1所示凹腹凸轮轴简图)，难以保证国内多品种、小批量凸轮轴的高精度、高柔性、高效加工需求。

发明内容

为了解决小凹面形面凸轮轴的精密加工，本发明所采用的技术方案是：针对凹腹凸轮受凹腹形面限制、砂轮不能够按凸轮形面技术参数要求进行切入切出加工的技术难题，研制了一套双砂轮磨削加工凹腹凸轮轴的加工技术和设备；根据凹腹凸轮升程与角度的关系，建立了数学模型，确定了砂轮轴与凸轮轴的运动关系，根据凹腹形面的技术参数及特征，计算出与之相适应的小砂轮曲面形状，确定能够正确包络出凹腹凸轮轴形面的小砂轮形状，研制了双砂轮凹腹凸轮轴加工机床，加工凹腹凸轮轴。

在机床整体设计中，床身是整体铸件，刚性较好；磨削结构采用双砂轮磨削系统，一套是大砂轮磨削系统，用来磨削凸轮的外形，一套是小砂轮液浮高速磨削系统，采用小孔节流腔内孔回油式静动压轴承，磨削凸轮的凹腹曲面和最后的凸轮曲面的精加工，这样既节省了设备台数又能保证凸轮轴的形位精度。

在磨削精度的控制方面，采取凸轮轴恒线速磨削；砂轮采用CBN砂轮，线速度可达到60m/s，磨削效率提高50～100倍，可获得粗糙度Ra0.4um的良好表面质量，最终凸轮升程曲线精度达到0.02mm。

控制系统采用数控系统，两轴数控联动控制小砂轮的运行轨迹，实现小凹腹圆弧曲线的磨削加工。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是凹腹凸轮轴简图，凹腹处最小直径是φ60mm，凹腹凸轮的加工受凹腹的曲率半径尺寸的限制。

图2是双砂轮系统方案示意简图，采用大砂轮(1)、小砂轮(2)结合的磨削加工方式加工凹腹凸轮轴(3)，大砂轮(1)完成粗磨及半精磨凸轮的外形，小砂轮(2)磨削凹腹曲面及整个凸轮曲面的精加工。

图3是本发明的一个具体实施例的整体结构关系图。

图中：1.床身，2.凹腹凸轮轴，3.大砂轮磨削系统，4.小砂轮液浮高速磨削系统。

具体实施方式及工作过程

在图3所示实施例中，整个装置主要由大砂轮磨削系统和小砂轮液浮磨削系统及相应的传动机构等组成：

大砂轮磨削系统(3)安装在床身(1)上，完成粗磨及半精磨凸轮的外形。每次加工时，由程序控制加工起始点。在起始位置，主轴开始转动，大砂轮通过数控系统控制进给量，每次进给0.01mm，此时，可以将凹腹凸轮轴(2)视为直线型凸轮轴加工。

小砂轮磨削系统(4)通过支架安装在床身(1)上，将数控技术和变频调速技术有机地结合，适时确定小砂轮的进给量，保持磨削点恒速，完成小凹腹处曲率半径的精磨及整个凸轮曲面凸轮外形的加工。小砂轮主轴采用小孔节流腔内孔回油式静动压轴承系统，砂轮轴系统的动力是异步电动机，通过皮带轮带动砂轮旋转运动，砂轮线速度可达到60m/s的高速。通过KTM软件模拟凸轮桃形，生成X轴(主轴)、Z轴(工件轴)的数控插补关系，确定数据采集点，使数控插补曲线逼近凸轮桃形曲线，通过改变软件中砂轮大小参数，生成凹腹凸轮曲线，修正编程轨迹，根据实际加工轨迹与理论轨迹的误差大小，修定程序指导大砂轮磨削系统(3)、小砂轮磨削系统(4)加工。