[发明专利]一种恒速曲轴随动磨削加工实验系统及工艺方法

说明书

一种恒速曲轴随动磨削加工实验系统及工艺方法，该方法包括下列步骤：针对磨削加工运动结构和工作特点，建立在大地坐标系中随动磨削加工过程的瞬时位置运动轨迹表达方程，得到砂轮绕连杆颈轴中心的转速与曲轴绕头架主轴颈轴中心转速关系方程，推导出砂轮平移运动时的位移、速度和加速度方程，连杆颈上的磨削点相对于转动中心的速度和受力状态是时刻变化且各个位置磨削时间也不一样，同时得到砂轮半径大小也对随动磨削有一定的影响，以此为基础，建立随动磨削设计约束方程，得出整个切点跟踪磨削周期中，在连杆轴颈上产生的恒去除率切削方程，从而达到了恒速曲轴随动精密磨削加工的目的。

技术领域

本发明涉及一种磨削加工实验系统及工艺方法，适用于曲轴随动磨削加工，通过控制砂轮的横向进给和工件回转运动，在磨削连杆颈时，实现磨削点绕连杆颈中心做恒速运动。

背景技术

发动机是汽车的动力源泉，而曲轴(如图1所示)则是作为汽车发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，是发动机的心脏，曲轴的加工质量严重影响发动机的各项性能指标，也就影响了整车的使用寿命和相关功能。由于曲轴形状复杂工序间转运困难，因此曲轴的加工对机床、检具和转运工具等要求很高。精密磨削加工作为曲轴生产的终加工工序，决定了曲轴的最终加工质量。

在磨削连杆颈时，通过控制砂轮的横向进给和工件回转运动，也就是头架的旋转运动(C轴)与砂轮架的往复跟踪(X轴)为联动控制，砂轮的磨削点始终与连杆颈相切，以达到随动实时跟踪磨削，保证连杆颈的磨削质量和表面质量。由于连杆颈中心相对于主轴颈中心线存在偏心距，在头架主轴采用恒转速过程中，连杆颈上的磨削点相对于转动中心的速度和受力状态是时刻变化的，且各个位置磨削时间也不一样，如图3所示。因此，出现了工件表面磨削深度不均匀和单位时间去除率是变化的，引起了工件的不圆度、锥度，严重影响了工件的精度和表面质量，造成了工件的次品率的提高。

发明内容

针对曲轴随动磨削加工中的问题，本发明提出了一种基于头架主轴在旋转过程中为变速运动，工件磨削点相对于连杆颈中心为恒速运动的曲轴随动磨削加工工艺方法，本发明避免了在磨削加工过程中，磨削点相对于转动中心的速度和受力状态时刻变化的情况，针对随动磨削加工运动结构和工作特点，推导出曲轴磨削加工时，砂轮和曲轴磨削点的瞬时位置运动轨迹表达方程，计算出整个切点跟踪磨削周期中，在连杆轴颈上产生的恒去除率切削方程，以此为基础实现磨削点绕连杆颈中心做恒速运动，以达到精密磨削加工的要求。

一种恒速曲轴随动磨削加工实验系统，曲轴随动磨削加工(如图2所示)是以曲轴主轴颈进行定位，以主轴颈中心连线为回转中心，采用现代数控技术，通过工件旋转轴(C1、C2轴)、砂轮进给轴(X1、X2轴)及砂轮架后滑台(Z1、Z2轴)的六轴同步插补联动，实现一次装夹，双砂轮同步磨削曲轴连杆颈和主轴颈。

一种恒速曲轴随动磨削加工实验系统，该系统包括床身1、头架2、装夹卡盘3、曲轴4、Z向导轨5、X向导轨6、电机7和砂轮8，床身1的侧部为支撑台，支撑台顶部设有一对滑轨a，头架2安装在滑轨a上；曲轴4通过装夹卡盘3安装在头架2上；床身1的底面设有一对滑轨b，Z向导轨5的底部与滑轨b相配合，Z向导轨5的顶部设有一对滑轨c，X向导轨6的底部与滑轨c相配合；两个X向导轨6对称布置在Z向导轨5上，X向导轨6的顶部均安装有电机7，两部电机7对称设置，每部电机7分别驱动一个砂轮8，砂轮8与曲轴4的位置相对应。

X向导轨6的两侧设有盲孔6.1，X向导轨6的顶部设有阶梯面6.2，盲孔6.1用于填充散热工质，保证X向导轨6的散热稳定；阶梯面6.2用于保证电机7在转动过程中保持稳定，同时节省了材料。

一种基于头架主轴在旋转过程中为变速运动，工件磨削点相对于连杆颈中心为恒度运动的曲轴随动磨削加工工艺方法，该方法包括以下步骤：

(1)建立随动磨削加工的瞬时位置方程