在曲軸精密外圓磨床中現(xiàn)代先進(jìn)的曲軸磨床集合了多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)與工藝不但提高了加工精度而且大幅度提高了磨床的加工效率本文以勇克磨床的加工方式為例進(jìn)行研究探討總結(jié)了磨床的高效加工方法

目前國(guó)際上主流的曲軸外圓高速磨床大多采用帶測(cè)頭自動(dòng)補(bǔ)償功能的CBN隨動(dòng)磨床隨著CBN材料刀具的逐步使用以及加工邏輯的優(yōu)化與提升曲軸高速磨削不再是夢(mèng)想因此多種高速磨削的設(shè)計(jì)原理及邏輯結(jié)構(gòu)是值得深入學(xué)習(xí)和研究的

現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)擺動(dòng)跟蹤磨床為曲軸的整體加工提供了多種解決方案零件類型涵蓋了從單缸到12缸的所有曲軸品種根據(jù)加工方式和要求的產(chǎn)量每一種型號(hào)的高速切削磨床都設(shè)計(jì)并安裝有各具特色的平臺(tái)和砂輪架

現(xiàn)代先進(jìn)的擺動(dòng)跟蹤磨床能夠完成曲軸加工的幾乎各項(xiàng)磨削任務(wù)可以在一次裝夾中完成主軸頸（圓柱形凸面和凹面）和連桿軸頸（圓柱形球面凸面和凹面）磨削也可以磨削經(jīng)過(guò)淬火的圓角另外該種機(jī)床還可以在工藝上將其與其他種類的磨削工藝任意組合根據(jù)機(jī)床類型的組合借助高速切削機(jī)床可完成對(duì)定位軸頸凸緣和曲軸小端軸頸的磨削

為了更具體地介紹目前技術(shù)領(lǐng)先磨床的高速加工方式本文將就高速切削磨床的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原理做出解答及闡述并通過(guò)與其他加工方式的對(duì)比深入探討勇克磨床設(shè)計(jì)的奧秘本文將以JUCRANK10-10作為研究的主要方向逐一解讀高速磨床的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及原理

曲軸加工的定位

1.老式曲軸主軸頸連桿頸加工工藝安排

在擺動(dòng)磨削工藝出現(xiàn)之前曲軸連桿頸與主軸頸的加工通常分為兩個(gè)工序完成先采用中心孔定位進(jìn)行主軸頸的磨削再利用已完成加工的主軸頸作為定位偏心基準(zhǔn)進(jìn)行連桿頸的磨削隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展磨床出現(xiàn)擺動(dòng)磨削方式曲軸連桿頸的加工工藝也隨之發(fā)生變化其定位以主軸頸中心為定位基準(zhǔn)大幅度簡(jiǎn)化了設(shè)備的夾具結(jié)構(gòu)隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展隨動(dòng)磨床能夠完成主軸頸與連桿頸的所有加工德國(guó)JUCRANK 10-10磨床就是一款能實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成所有軸頸加工的隨動(dòng)磨床

2.高速切削磨床夾具結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代磨床的夾具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一次裝夾完成所有曲軸軸頸加工這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)擺脫了過(guò)去連桿頸及主軸頸分別加工的歷史高速磨削機(jī)床的夾具特點(diǎn)如下

（1）尾座頂尖使用液壓缸加彈簧頂尖 由于曲軸在滾壓時(shí)每一件零件的伸長(zhǎng)率不同其長(zhǎng)度波動(dòng)誤差可達(dá)到0.4mm采用彈簧頂尖能有效避免由于來(lái)料長(zhǎng)度不一致造成的夾緊變形

（2）罕見(jiàn)的卡爪彈性設(shè)計(jì) 常見(jiàn)的浮動(dòng)卡盤(pán)通常在卡盤(pán)與主軸的連接部分采用彈性結(jié)構(gòu)而勇克設(shè)計(jì)的夾具通過(guò)卡爪的彈性設(shè)計(jì)用最低的成本消除卡盤(pán)過(guò)定位如圖1圖2所示

（3）周密的夾具過(guò)程動(dòng)作設(shè)計(jì) 為達(dá)到更高的加工精度夾具的動(dòng)作過(guò)程設(shè)計(jì)周密加工過(guò)程中夾具動(dòng)作過(guò)程為頭架頂緊零件一端→尾架頂尖頂緊→卡盤(pán)夾緊→粗加工中心支架夾緊軸頸→夾緊中心支架→粗磨各軸頸→松開(kāi)卡盤(pán)轉(zhuǎn)低壓夾緊壓力→以低壓壓力再次夾緊卡盤(pán)→松開(kāi)中心支架精磨中心支架基準(zhǔn)軸面→夾緊中心支架→完成其他軸頸精磨

兩處關(guān)鍵的夾具動(dòng)作造就了CBN高速切削磨床的與眾不同以上動(dòng)作順序有兩處關(guān)鍵動(dòng)作一是松開(kāi)卡盤(pán)轉(zhuǎn)低壓夾緊壓力用兩段壓力進(jìn)行加工有效地減少了由于夾緊力變形粗加工后應(yīng)力釋放等造成的加工質(zhì)量問(wèn)題這種方式在車床加工中很常見(jiàn)但在磨削加工中應(yīng)用很少二是粗加工與精加工夾持的中心支架分別采用不同加工精度的基準(zhǔn)面減少了由于中心支架夾緊面精度不好造成的加工零件質(zhì)量問(wèn)題

曲軸加工磨削質(zhì)量的保證

1.采用分段式磨削大幅度提高工作效率

（1）常用的磨削加工方式 外圓磨削加工是最常見(jiàn)的磨削加工方式它的磨削原理是采用徑向恒速進(jìn)給方式粗加工結(jié)束后根據(jù)測(cè)頭反饋的加工余量切換不同的切削用量直到測(cè)頭反饋加工合格后進(jìn)行修光修圓圖3為L(zhǎng)andis LT-94357雙砂輪曲軸連桿磨床采用的常規(guī)進(jìn)給方式

從圖3中可以看出每一個(gè)加工余階段給一個(gè)特定的切削用量整個(gè)加工過(guò)程X軸與C軸（零件轉(zhuǎn)動(dòng)軸）的動(dòng)作都是獨(dú)立按照規(guī)定好的速度進(jìn)行

（2）分段磨削加工方式 所謂的分段磨削方式是零件每轉(zhuǎn)一周砂輪去除固定的余量X軸與C軸的動(dòng)作是相互關(guān)聯(lián)的分段磨削方式粗磨時(shí)加工余量大去除余量速度是恒速進(jìn)給的兩倍以上以下為該磨床采用分段進(jìn)給的例子

粗磨主軸頸加工方式為不用中心支架本步驟加工零件轉(zhuǎn)第一周去掉0.7mm余量粗加工后留下0.08mm精加工余量

從圖4中可以看出分段加工方式的粗加工最大去除余量為0.7mm如此大的余量采用傳統(tǒng)的氧化鋁砂輪難以實(shí)現(xiàn)所以這樣的方式在基于CBN材質(zhì)砂輪的基礎(chǔ)上大幅度提升了加工效率未來(lái)CBN砂輪分段磨削方式有代替車削粗加工的趨勢(shì)

2.采用程序自動(dòng)控制的切削液供給系統(tǒng)確保加工質(zhì)量穩(wěn)定

一般切削液控制方式采用固定減壓閥進(jìn)行壓力控制因此得到的切削液壓力級(jí)別有限帶測(cè)量反饋磨床大多數(shù)采用兩級(jí)冷卻壓力高壓用于粗磨低壓用于精磨使用低冷卻壓力進(jìn)行精磨主要是考慮到高的冷卻壓力會(huì)有大振動(dòng)和沖擊力影響加工和測(cè)頭的測(cè)量而高速切削磨床采用的無(wú)級(jí)冷卻壓力控制方式可以實(shí)現(xiàn)NC控制切削液壓力在不同的磨削階段采用相應(yīng)的壓力進(jìn)行加工并實(shí)時(shí)進(jìn)行壓力反饋有效提升加工質(zhì)量的穩(wěn)定性

3.不同軸頸的加工工藝

不同軸頸采用不同加工工藝應(yīng)對(duì)加工過(guò)程中零件不同變形提高軸頸加工精度

此前接觸的隨動(dòng)磨床對(duì)加工尺寸相同的軸頸往往采用相同的加工工藝這樣的方式受到各部位零件剛性的影響從而造成加工的質(zhì)量不穩(wěn)定為克服質(zhì)量提升的難關(guān)高速切削磨床采用了更為有效的加工工藝設(shè)計(jì)對(duì)于不同軸頸位置采用不同的磨削方式如加工主軸頸2和主軸頸5時(shí)由于中心支架與隨動(dòng)測(cè)頭有干涉加工時(shí)中心支架不能夠夾到軸頸2上支承因此加工該軸頸時(shí)的工藝明顯不同于其他帶中心支架的軸頸而加工第1和第4主軸頸因這兩個(gè)軸頸靠近夾具剛性好所以采用3圈去除所有余量

隨動(dòng)測(cè)頭動(dòng)態(tài)監(jiān)控精確補(bǔ)償

磨床的精確補(bǔ)償讓曲軸的磨削質(zhì)量得以提升而實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償?shù)闹饕Τ紕t是該磨床采用了隨動(dòng)測(cè)頭對(duì)工件進(jìn)行測(cè)量精確地反饋了工件加工狀態(tài)而在隨動(dòng)測(cè)頭投入使用的基礎(chǔ)上測(cè)頭自己的補(bǔ)償邏輯兩者的高密度配合讓高速度高精度的曲軸加工不再是理想

1.隨動(dòng)測(cè)頭測(cè)量原理

如圖5所示B和角度ɑ是已知的由公式sinɑ=R/（R+B）可以計(jì)算出半徑

那么經(jīng)過(guò)換算B=（R-sinɑR）/sinɑB值是經(jīng)過(guò)MASTER校零后得來(lái)的由此可見(jiàn)當(dāng)測(cè)頭的測(cè)量值變大時(shí)（即測(cè)針向下移B值變大時(shí)）所測(cè)量出的直徑偏大反之則為小值

2.測(cè)頭補(bǔ)償邏輯

現(xiàn)代先進(jìn)高速切削磨床采用的測(cè)頭補(bǔ)償邏輯（見(jiàn)圖6）讓整個(gè)加工過(guò)程中的加工質(zhì)量得到了保證同時(shí)為了保證監(jiān)控值的精密度機(jī)床MARPOSS總共設(shè)有11個(gè)測(cè)量補(bǔ)償值對(duì)每一個(gè)軸頸的加工尺寸進(jìn)行了監(jiān)控和反饋設(shè)置9個(gè)測(cè)量項(xiàng)分別控制零件9個(gè)軸頸的精磨最終尺寸

砂輪修整

砂輪修整質(zhì)量的好壞關(guān)系到磨床加工零件質(zhì)量的好壞因?yàn)镃BN涂層造價(jià)昂貴其修整不能按普通砂輪一樣進(jìn)行大切削量的修整因此大部分先進(jìn)的CBN磨床都采用超聲波監(jiān)控微量修整的方式每次的修整量為0.015mm可根據(jù)需求的零件形狀調(diào)整砂輪修整的形狀如錐度凹凸?fàn)畹?span id="16nktym" class="myIcon">

如圖7所示解釋了砂輪修整原理砂輪與金剛輪經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生了超聲波超聲波通過(guò)監(jiān)控將信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制脈沖信號(hào)從而控制了砂輪修整質(zhì)量修整砂輪的信號(hào)反饋及優(yōu)化涉及的砂輪修整邏輯讓砂輪修整更加精密準(zhǔn)確

從圖8砂輪修整邏輯我們可以看出為了找到砂輪與金剛輪的接觸點(diǎn)過(guò)程中花了大量的時(shí)間進(jìn)行接近循環(huán)為了實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)現(xiàn)代磨床設(shè)計(jì)的修整程序中均設(shè)定了一個(gè)記憶點(diǎn)當(dāng)?shù)谝淮涡拚拜喅晒?span id="qyns4pq" class="myIcon">砂輪與金剛輪接觸點(diǎn)會(huì)記錄在記憶參數(shù)中若下次再進(jìn)行修整即可快速接近到該點(diǎn)提高效率同時(shí)為了防錯(cuò)如果在下次修整前修改過(guò)任何砂輪與金剛輪的參數(shù)此記憶點(diǎn)中所記錄的偏置將清零修整從程序中設(shè)定的最遠(yuǎn)點(diǎn)開(kāi)始接近這樣的程序設(shè)計(jì)為砂輪修整節(jié)約很多時(shí)間

結(jié)語(yǔ)

使用CBN砂輪進(jìn)行高速切削的現(xiàn)代磨床無(wú)論從技術(shù)上還是設(shè)計(jì)邏輯上都是磨床制造的重大突破通過(guò)解析及研究不難發(fā)現(xiàn)新型磨床大膽采用的采樣技術(shù)及邏輯讓高速切削磨床從眾多磨床生產(chǎn)模式中脫穎而出成為磨床技術(shù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)從夾具控制邏輯到反饋信號(hào)的使用讓整臺(tái)機(jī)床的功能更加的完整使運(yùn)行更精密更高效

CBN高速磨削磨床所采用的設(shè)計(jì)理念及高新技術(shù)跨越了曲軸軸頸兩次磨削的時(shí)代同時(shí)解決了曲軸加工高速切削的精度問(wèn)題正因?yàn)楝F(xiàn)代磨削的設(shè)計(jì)奧秘解決了目前曲軸加工的很多瓶頸問(wèn)題值得期待的是仍有很多更加高新的曲軸磨削技術(shù)等待挖掘經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)代先進(jìn)曲軸磨床的研究及解析從中可以學(xué)到國(guó)外許多嶄新及高瞻性的設(shè)計(jì)理念在給曲軸生產(chǎn)線帶來(lái)高效率高質(zhì)量的同時(shí)功能設(shè)計(jì)方面的技術(shù)值得國(guó)內(nèi)磨床制造商學(xué)習(xí)借鑒