专利名称：凹腹凸轮轴精密加工技术及设备的制作方法
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l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RaO. 4um的良好表面质量，最终凸轮升 程曲线精度达到O. 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。
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，凹腹处最小直径是小60mm，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。
权利要求
一种小凹腹凸轮轴精密加工技术及设备，采用数控凸轮轴磨削技术及磨床，其特征是以精密平台为床身(1)，在床身上装有双砂轮动静压磨削系统大砂轮磨削系统(3)和小砂轮高速液浮磨削系统(4)，工件轴系统(2)；大砂轮磨削系统(3)用来磨削凸轮的外形，小砂轮高速液浮磨削系统(4)用来磨削凸轮的凹腹曲面和最后的凸轮曲面的精加工。在加工中采用两轴数控联动，通过修改控制软件中砂轮大、小参数指导设备加工，控制加工轨迹。
全文摘要
一种磨削加工凹腹凸轮轴小凹面形面的精密加工技术及设备，应用于柴油发动机的油泵凸轮轴和配气凸轮轴，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。该装置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，一套采用液浮小砂轮高速磨削系统，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满足凹腹凸轮轴的形面精度。采用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，保证加工精度，最终凹腹凸轮升程曲线精度达到0.02mm。
文档编号B24B19/12GK101708587SQ20091021808
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者刘劲松, 卢政宇, 吴庆堂, 康战, 张维杰, 聂凤明, 胡宝共, 郭波, 闫晓丽 申请人:长春设备工艺研究所