耿召輝
摘 要:汽車發(fā)動機中采用的關(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)動機使用壽命和提升質(zhì)量,對于廢氣排放和節(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、運用關(guān)鍵技術(shù)等方面需要加以論證。本文對凸輪軸原始生成數(shù)據(jù)擬合優(yōu)化、優(yōu)化誤差補償?shù)确矫孢M行分析,提出當前采用凸輪軸磨削加工工藝提升的方式,將誤差、磨削振動等問題加以規(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,對凸輪軸數(shù)控磨削工藝基礎(chǔ)理論進行實踐驗證。
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)當前加工需求,如采用靠模進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)動切點跟蹤法進行控制加工,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)運動和砂輪橫向運動的方式聯(lián)動,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。工藝實施過程傳統(tǒng)磨削加工、移動速度等都已經(jīng)發(fā)生了變化。隨著汽車的燃機對燃油經(jīng)濟性要求的提高,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,能夠針對復(fù)雜的曲面和曲線進行精確加工。整個過程采用補償軟件、數(shù)控系統(tǒng)加以操控,而且能夠進行自動監(jiān)控和報警,相對傳統(tǒng)機床來說,能夠提升托輪軸零件加工的質(zhì)量。工藝特點為:
(1)凸輪軸輪廓特征清晰。在實際生產(chǎn)中,對于處理后的拖輪生成的離散數(shù)據(jù)根據(jù)實驗的方法,將加工、運輸、使用和測量功能中存在的誤差加以去除。例如對于噪聲數(shù)據(jù)可以通過生成數(shù)據(jù)進行砂輪架的進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,進行拖輪機構(gòu)的運動,規(guī)律的分析,能夠防止磨損、沖擊、振動等帶來的加工工藝的誤差,在拖輪機構(gòu)進行運作時連續(xù)性機構(gòu)的傳動對精度影響較大。運用加速度曲線一定程度的反應(yīng),極速運動的連續(xù)性和平穩(wěn)性促使機構(gòu)運動趨于平穩(wěn)。
(2)對凸輪輪廓分析一般采用MATLAB軟件,對凸輪機構(gòu)運動規(guī)律曲線加以描述,得出曲徑半徑變化數(shù)值,要求運作連續(xù)性滿足工作動態(tài)特性需求,進行輪廓的重構(gòu)。
2 凸輪軸數(shù)控磨削質(zhì)量影響因素
當前普遍采用兩種耦合聯(lián)動數(shù)字控制技術(shù),實現(xiàn)對輪廓的模效,其加工工藝為:首先進行準備工作,啟動機床之后讀入生成數(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)動坐標值,得出相關(guān)的轉(zhuǎn)速曲線關(guān)系,機床內(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。在工藝實施過程中,砂輪高速運轉(zhuǎn)形成氣流。為了提升磨削的精確度,根據(jù)磨削加工特點,對包含誤差的原始圖倫生成數(shù)據(jù),進行回彈法優(yōu)化,擬合生成模擬過程數(shù)學模型計算出凸輪,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、高耐磨性和機械強度、高動平衡精度和良好的導熱性等。目前借助化學粘接力把持磨粒的方法,其結(jié)合劑抗拉強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減少了砂輪磨損以及修整間隔時間。高速磨削工藝在削回火鋼的試驗中材料去除速度可以達到125 m/s,對機床沒有特殊的要求,砂輪結(jié)構(gòu)和形狀在超高速運轉(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荷容量低,最高轉(zhuǎn)速為40000r/min傳。高速主軸元基本驅(qū)動功率40kw,實用高速電主軸三年制可以達到更高,標準化程度也更高,更方便維護,上述優(yōu)點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、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,實現(xiàn)液體動靜壓軸承具有徑向和軸向跳動,動態(tài)特性好、誤差小,能在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)擁有更強大的承載能力。
(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,通過進給系統(tǒng)保證超精密加工,完成微米級進給,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單元設(shè)計。
(5)超高速磨削進給系統(tǒng)。目前數(shù)控機床采用直線伺服電機、直線電機結(jié)合數(shù)字控制技術(shù),獲得高精度的高速移動的同時也避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動中的摩擦變形、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)動磨削產(chǎn)生較大加速度,影響磨削伺服系統(tǒng)性能。針對此問題,構(gòu)建數(shù)控凸輪軸高速磨削數(shù)學模型,分析凸輪軸工件磨削動力學機理,得出工件進給最大加速度,分析加速度超過限值時工件轉(zhuǎn)速變化趨勢,以此驗證傳統(tǒng)方法的不足。
參考文獻:
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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[J].成都工業(yè)學院學報,2018,21(01):11-13,26.