专利名称：对具有凹腹的凸轮进行非圆形磨削的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有如权利要求1所述特征的方法和如权利要求8所述特征的装置。
例如汽车生产商们对在凸轮的转入和转出区中具有凹腹的凸轮形状需求日益增加，这是因为这些凸轮可用于降低燃料损耗并且利用转子-杠杆阀驱动技术。
一种已知型式的方法和装置揭示在DE 44 26 452 C1中。在该现有技术中，磨削主轴的轴线布置成与工件的转动轴线平行。由于空间关系和较小的磨轮直径，这使得必须使用非常细长的磨削主轴，特别是当它们直接由一高频电动机驱动时，必须将磨削主轴设计得比凸轮轴长。例如在凸轮主轴大于500毫米时。就存在与磨削主轴的刚性和固有振动频率有关的问题。
在DE 41 37 924 C1中也存在类似的问题，该项现有技术的主题同样涉及与凸轮精磨所用的磨削主轴有关的操作，所述主轴的轴线平行于工件转动轴线。
根据DE-PS 678 981，如图3至6所示，其操作是由一与凸轮轴线垂直布置的磨削主轴执行。在该项现有技术中，凸轮的凹形小区域采用一单独的磨轮磨削而成。因为没有采用一个磨轮在凸轮的整个圆周面上对凸轮形状进行精磨，其结果是在凹形凸轮段的过渡区中形成一形状误差，磨轮的直径受到这样一个因素的限制。即在凸轮轴纵轴线方向与将要磨削的那只凸轮旁边排列的凸轮通过在所述第二个凸轮转动的最大直径上预先形成最大的磨轮直径。另外，为了获得得一平凸轮形状，必须使磨轮在凸轮轴纵轴线方向上移动或摆动，而这是耗时且不经济的。
而且，已知现采用一带式磨削法磨削凸轮。在此系统中，缺点是，磨削带必须频繁更换，并且凸轮的运行表面仅可以磨成平的。与采用陶瓷粘结CBN的磨削相比，频繁地更换磨削带会使该系统不经济。
另外，为了磨削斜凸轮，整个磨削组件必须枢转。从凸轮轴纵轴线方向上的凸轮外表面直线性来看，不能获得精确的磨削值。
本发明的目的在于开发一种可避免现有技术的上述缺点的装置和方法、尤其是采用一非常短而相当刚性磨削主轴设计，而实现对凸轮的高精度磨削加工。
此目的可以由权利要求1所述特征的方法和权利要求8所述特征的装置来实现。
根据本发明，磨削主轴的倾斜位置可以通过采用一较小磨轮直径以及一非常短且刚性的磨削主轴的操作来实现。精加工的凸轮轴精度可以通过使磨削主轴相对三个不同的CNC轴线运动协调来实现。磨削主轴倾斜定位的结果是，在该机器中与干涉边有关的情况非常简单。因此，例如即使对在长凸轮轴上具有小凹人半径的凹形凸轮进行磨削也是可能的。另外，对于布置成平行于凸轮中心轴线的较小磨轮而言，该系统明显比一磨削主轴情况下可能发生情况更具灵活性。
在带式磨削方法中，优点是可获得非常小的凹人半径，以及通过磨轮的适当修整，甚至可以生产出球形和倾斜凸轮运行轨迹(有或无倒角)。
例如在十分之几毫米磨削尺寸的情况下，也可采用单个磨轮对凸轮轮廓进行精磨。
如权利要求1方法的其它较佳的实施例是权利要求2至7的主题，而权利要求8装置的其它实施例描述在权利要求9和10中。
以下参照附图中示意地示出的实施例对本发明进行更详细的描述，其中
图1示出了根据本发明构成的一装置的平面图；图1A示出了图1所示装置的部分细节；图2示出了沿图1中线S-S并穿过凸轮轴和磨轮的截面；图3示出了图1中沿箭头V方向的装置前视图；图4示出了一变型装置的平面图，其中采用一专用预磨轮进行操作。
图1示出了用于磨削具有一平行于凸轮轴纵轴线2的凸轮外表面17的磨削主轴1，该磨削主轴设置成与凸轮轴纵轴线2成角度α。磨轮3修整成相同角度的圆锥形，这样磨轮3的磨削区4也布置成平行于凸轮轴纵轴线2。磨削主轴1倾斜布置的结果是，磨削主轴从结构上明显地短于平行于凸轮轴纵轴线2布置的情况并且有更高刚性。角度α可随意选择，而最好在10°与30°之间，角度的大小取决于凸轮轴几何形状。
凸轮轴13容纳在一安装有一卡盘10的工件头架9和一尾架11之间，其中夹具安装成可绕工件转动轴线2的延伸段上的纵轴线转动。
工件头架9和尾架11都牢固地安装于磨削台12上。为了在磨削过程中支撑凸轮轴13，在磨削台12上安装有固定中心架5和7从而可防止凸轮轴13在磨削过程中弯曲。固定中心架5和7可将凸轮轴13支撑在其支承点6和8处，并且在工件头架9和尾架11的纵轴线之间精密对齐。
根据凸轮轴13的几何形状、所需精度和加工时间，可改变固定中心架的数量。图1中举例所示为两个固定中心架5和7，它们都安装在磨削台上。
用于具有较小磨轮3的磨削主轴1的磨削主轴驱动可采用一带传动或者例如一高频磨削主轴组件。
图1中示出了进给轴线X和纵向定位轴线Z。垂直前进轴线Y可假想成与视图平面垂直。工件绕工件转动轴线C转动。
在较小磨削尺寸时，凸轮轮廓仅采用磨轮3制造。然而，在预磨削时也可采用较大直径的专用磨轮。
图1中的局部细节示出在图1A中。为了磨削锥形凸轮，即在凸轮轴纵轴线2方向上的凸轮外表面17上具有一斜角β，有多种可能方法。
当有凸轮外表面17的斜角β时，可将磨轮3修整成角度α1，这样(α1+β=α)在磨轮上修整斜角β，而磨削主轴1的枢转角度α保持不变。
另一种形式是，磨轮3仍被修整到角度α，而磨削主轴1水平地转过角度β(α+β=α2)。
如图2所示，当正在磨削凸轮形状时，磨削区4在理论凸轮轴纵轴线2 上方或下方漂移，这是因为凸轮15的轮廓不是圆形的，因而在凸轮的一个回转过程中，磨削区在磨轮上的点4A和4B之间漂移。在将磨轮倾斜接触的情况下，一般将使凸轮外表面17变形。当磨削区在点4A和4B之间漂移时，在平凸轮的情况下凸轮外表面在工件转动轴线2方向上应当与后者平行，但凸轮外表面在该区域中形成倾斜，其中将不在磨削区4中进行磨削。为了防止这种情况，根据本发明，通过磨削总是精确地进行在图2所示的磨削区4中，使磨轮3与整个磨削主轴1一起沿垂直前进轴线Y跟踪。
为了在精磨过程中获得最佳的凸轮几何形状，必须使磨削区4总是精确地保持在磨轮3圆周面上的相同位置上。
磨削区4必须位于磨轮3的磨轮圆周的中心线20上，而中心线20再布置成平行于X轴线。
在磨削凸轮形状过程中，磨轮3的跟踪运动由两个尺寸A和B示出在图2中。
图3示出了垂直前进轴线Y和纵向定位轴线Z。另外，还示出了工件的转动轴线C。进给轴线X可假想成垂直于视图平面延伸。
所有的轴线都用作CNC轴线。前进轴线Y用于将磨轮3上的磨削区4保持在相同位置上。工件进给轴线X和转动轴线C用于形成凸轮形状，因而必须协调操作。为了使磨削区4总是保持在磨轮3的相同位置上，必须使垂直前进轴线Y的跟踪运动是进给轴线X和工件转动轴线C的位置的函数。可见，三条轴线X、Y和Z必须相互以直接的函数关系操作，因而可以协调方式运行。
在凸轮轴具有较大磨削尺寸的情况下，例如可以采用图4所示的设计。这显示出一磨削机的结构具有两根磨削主轴，第一根磨削主轴1a用于对凸轮的的中间轮廓进行预磨削，采用第一个较大的磨轮3a，例如该磨轮直径为400毫米。第一根磨削主轴1a不需布置成可沿Y轴线方向运动。
总之，本发明方法的实质是，在采用磨轮3的精磨过程中，在磨削过程中进行轴线X、Y和Z的插人运动。除了采用磨削主轴1使磨轮3垂直运动之外，还可将其以静态方式安装在Y轴线方向上，为此目的而使工件头架9与卡盘10、固定中心架5、7和尾架11一起操作，也就是说，在磨削台12上的整个磨削台装置相对轴线X和C垂直插人。藉此，利用一有新变化的装置结构也可实现相同效果。
可枢转的第二根磨削主轴1起到精磨凸轮轮廓的作用，并且可容纳至少一个磨轮3。该磨削主轴的结构如图1至3所示。
权利要求
1.一种磨削在一凸轮轴上具有凹腹的凸轮的方法，采用一较小直径的磨轮，并且在外表面上有一磨削区以对凸轮进行精磨，其特征在于，操作是由一磨轮(3)进行的，其轴线设置成与凸轮轴纵轴线(2)约成10°至30°的角度(α)，所述整个磨削主轴(1)具有修整成相同角度(α)的磨轮(3)，并且所述主轴在垂直于进给轴线(X)的垂直进给轴线(Y)方向上作跟踪运动，这样所述磨轮(3)的磨削区(4)总是保持在磨轮(3)的母线上的相同位置上。
2.为了实施如权利要求1所述方法，磨削在一凸轮轴上具有凹腹的凸轮的装置，它采用一较小直径的磨轮，其外表面上具有一磨削区以对凸轮进行精磨，其特征在于，将对凸轮(15)进行精磨的磨轮(3)的磨削主轴与工件转动轴线(C)呈约10°至30°度的角度(α)，其中所述磨轮(3)圆锥修整为相同角度(α)，并且还设置有用于使磨轮(3)沿进给轴线(X)和相对工件转动轴线(C)与其垂直的前进轴线(Y)协调运动的装置，所述磨轮(3)进行跟踪运动使磨削区(4)总是保持在磨轮(3)的母线上的相同位置上。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述工件的转动轴线(C)、进给轴线(X)和前进轴线(Y)都用作CNC轴线，而前进轴线(Y)跟踪运动为工件转动轴线(C)和进给轴线(X)的函数。
4．如权利要求2或3所述装置，其特征在于，所述进给轴线(X)与角度(α)无关而与工件转动轴线(C)成90°延伸。
5．如权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，为了生产具有一倾斜运行表面的凸轮，角度(α)保持不变而磨轮(3)修整成倾斜角度(β)。
6．如权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，为了生产具有一倾斜运行表面的凸轮，角度(α)可在一个或另一个方向上变化。
7．如权利要求2至6中任一项所述的装置，其特征在于，为了将磨削区(4)总保持在磨轮(3)母线上的相同位置上，凸轮轴(13)可垂直移动。
8．如权利要求2至7中任一项所述的装置，其特征在于，具有较大磨轮(3a)的磨削主轴(1a)用于预磨削凸轮形状，而包括凹腹的凸轮形状、用较小的磨轮(3)精磨。
9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，安装有两根磨削主轴(1、1a)的头架(18)可绕一相对于凸轮轴(13)横向延伸的轴线(19)枢转，枢转可将较大的磨轮(3a)或较上磨轮(3)带入操作位置。
全文摘要
一种用于对凸轮轴上具有凹腹的凸轮进行磨削的方法和装置,采用一较小直径的磨轮,其至少可用于精磨。磨轮的轴线与凸轮轴纵轴线成一角度,并且磨轮布置成相同角度。为了获得一令人满意的运行表面,磨轮沿垂直于进给轴线的前进轴线作跟踪运动,具体是凸轮轴的转动位置和进给轴线位置的函数。
文档编号B24B19/12GK1223609SQ97195962
公开日1999年7月21日 申请日期1997年5月7日 优先权日1997年5月7日
发明者乔治·希默尔斯巴赫 申请人:欧文军克机械工厂有限公司