专利名称：母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于磨削母线平行于回转轴线的柱形工件表面，例如凸轮轴上的凸轮部分及轴承档外圆，曲轴上的主轴颈表面及连杆颈表面，以及类似工件表面的加工方法及装置。
通常，砂轮磨削凸轮轴的凸轮，采用的是机械靠模法及数控成形法(CNC)，它是用砂轮依次磨削每个凸轮来完成的，也有用具有两个磨头的磨床同时磨削一对凸轮，这种情况，使用了两套靠模系统或两套CNC系统。现有技术中，砂轮磨削曲轴上的连杆颈柱面，是通过调偏工件来实现的，也有用CNC方法不调偏工件来磨削加工，这种情况下，砂轮依次磨削各不同相位的偏心曲拐来完成的。在实现靠模法及CNC方法磨削过程中，工件与砂轮架之间必须有相对往复运动，因此，加工效率受到限制，其原因在于(1)由于工件架或砂轮架沉重，往复运动不能太快；(2)一根凸轮轴上各凸轮或一根曲轴上的各连杆颈相位多变，只能一个一个跳档磨削。
作为实施例，用于凸轮轴与曲轴的加工，以下主要以凸轮轴的加工为例，进行说明。
凸轮轴，是一种大量生产的复杂的零件。生产凸轮轴的成本较高。技术上，依赖于CNC及靠模方法一只一只凸轮进行磨削加工，远远适应不了自动化大批量生产的需要，希望能开发一种新的磨床，同时磨削凸轮轴上的若干个以至全部的凸轮或凸起部。有一种方案是用磨削砂带替代传统的砂轮。由于砂带大批量生产，成本很低，砂带经连续的使用一段时间后，可用新的砂带替代。它的优点在于，可采用成并列关系的多根砂带，同时磨削凸轮轴上的多个凸起部。
据有关的专利文献表明，意大利在廿年前就开始用砂带来磨削凸轮轴了。1989年，美国专利US4，833，834公开了多砂带凸轮轴磨床的几个实施例。这些磨床是CNC系统或者靠模来执行的。对于生产者来说使用磨削砂带的磨床的兴趣极高，有着相当大的市场。经已制造出的数量有限的砂带磨床的使用，发现设计、运行及维修这种多根砂带磨床的成本是很高的。砂带快速磨损，砂带频繁断裂，以致于所磨削的表面超出要求的范围。另外，安装砂带的结构不易于替换断裂或磨损的砂带。这些磨床不能提供确保精确和最佳磨削的各个砂带的有效配置；不能提供砂带驱动器的有效调整；不能对砂带定位的有效控制；因而不能使砂带的寿命和效率达到最大的限度。或者不能在多个位置上利用类似的装置，因而不能降低生产和维修成本。在使用多个砂带时，在水平和垂直两个平面内部相互对齐方面也有一些问题，调整与安装都极不方便。另外，磨削所产生的磨屑侵袭组合装置中所用的驱动电机，因而，在各种位置上，必须使用昂贵的，密封的驱动电机。已知的这些缺陷及其它可能存在的问题限制了这些砂带磨床的广泛使用。
中国专利93114163．X(申请人美国利顿工业自动化系统有限公司)公开了一种多砂带磨床，它是使用长寿命的环形砂带，砂带易于安装，拆换。该磨床可以利用二条，四条，六条或者八条平行的砂带去同时磨削凸轮轴或类似工件上相应数量的凸起部，每条砂带是由一支撑曲模块稳固地压靠在所要磨削工件上，而每一曲模块是由CNC系统来执行的。砂带的对数可根据需要而变化以满足不同的生产过程。同上述的砂带磨床比较，该磨床有了很大的改善，也实现了一根凸轮轴上各凸轮可同时进行磨削，无须一个一个地跳档。但是，要使曲模块平稳高速往返运动，特别是当磨削不同相位的曲轴零件的那些偏心的连杆颈时，由于要求曲模块往复移动量大，多砂带的使用仍然有很大的难度。况且，每一砂带要使用一套CNC来执行。不仅CNC系统比较昂贵，维护、保养困难，而且结构上的排列有很大的困难，仍不能在多个位置上利用类似的装置。当磨削那些凸轮轴上的凸轮相互轴向位置靠得很近的凸轮轴，仍然无法安排得下这些平行砂带装置。
根据现有多砂带磨床所存在的缺陷，本发明提出了一种新的磨削该类母线平行于回转轴线的柱面工件的方法----共轭磨削法及实现该方法的装置。该方法既不用CNC系统，也不用机械靠模，而是利用非圆共轭轮与工件柱面轮廓共轭。因此，工件与共轭轮之间无需相对往返运动，且可用多个砂轮(或多条砂带)一次磨削所有柱面轮廓，实现在一次切入磨削过程中，同时加工出一轴上不同形状与相位的多只或全部柱面。
本发明的技术解决方案是平行固定被加工工件轴和磨削加工装置的共轭轮轴，被加工工件与共轭轮作等速比共轭运动。实现本发明方案的装置是一个床身，一个置于床身前部装有电机驱动的头架和一个尾架，可作往复移动及抖动的工件台，一个置于床身后部装有磨削加工工具可在床身底座上作快进快退和慢进慢退移动的磨削加工装置，其特征是磨削加工装置由若干个磨削加工单元、转向机构、传动分配轴和支座组成，磨削加工单元包括铰链机构、齿轮组、共轭轮和支承座，头架上的电机动力经转向机构传递给传动分配轴，由传动分配轴带动若干个磨削加工单元，磨削加工单元中的铰链机构带动齿轮组，进而带动共轭轮轴使共轭轮转动，共轭轮轴座在支承座上且与装夹在床身前部台面上的头架与尾架间的被加工工件轴平行，支承座座在支座上并与支座固定。
本发明母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置中，转向机构由齿轮、齿轮轴组和锥齿轮、锥齿轮轴组组成，它们之间相互啮合，铰链机构由三个齿轮和连杆组成，连杆为二段，分别连接中间齿轮轴与左、右齿轮轴，左齿轮轴固定在支架上，左齿轮与传动分配轴上的齿轮啮合，右齿轮轴固定在共轭轮支承座上，右齿轮与齿轮组啮合。
根据上述所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，其装置中的共轭轮可以是砂轮，直接加工工件；也可以在共轭轮与被加工工件间嵌装有砂带，砂带由装在支承座上的砂带主动轮、砂带从动轮和张紧轮带动，主动轮由电动机驱动，工件被砂带磨削。
根据工件轴上被加工柱面的多少，磨削加工单元可任意组合与之相对应，这些磨削加工单元的共轭轮都是由传动分配轴驱动。螺钉穿过龙门架压紧磨削加工单元中的支承座，各个支承座间的间距由垫圈调整，并固定成一体，龙门架与支座连成一体，形成一个磨削装置一次切入磨削完成工件轴上多个被加工柱面。
本发明母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削方法是平行固定被加工工件轴和磨削加工装置的一组共轭轮轴，各共轭轮轴分别与装夹于头架与尾架间的带有若干个柱面的工件轴作同等速比的共轭运动。
在磨削加工中，电机带动工件轴和共轭轴转动，共轭轮以共轭接触式的方法进行柱面磨削。共轭轮的型面可以用下述方法来求出因为被加工柱面廓形等于一个已知齿廓，所以就可以根据齿廓啮合基本定律----两齿廓的接触点的公法线必须通过节点，求出与被加工柱面成共轭关系的共轭轮的型面。因此，根据本发明的磨削方法，可从共轭轮的曲面得到相应工件柱面的曲面，也可从工件的柱面曲面得到相应共轭轮的柱面，两者是互逆的。
采用共轭法磨削凸轮轴上的凸轮，是把一根凸轮轴上的所有不同相位不同形状的凸轮以及轴径当成外圆，用普通外圆磨床的操作方式，在一次切入进刀中，全部磨削完毕。与目前使用的数控成形法及靠模成形法相比，其磨削效率大大提高，而且凸轮廓形的上升与下降曲线部分的表面磨削质量，有明显的改善，适合对凸轮轴大批量加工的要求。
本发明的具体结构由以下实施例及附图给出。
附
图1为本发明结构示意图，附图2为图1中A-A剖视传动连接示意图，附图3为图1中B-B剖视示意图，附图4为本发明传动关系示意图，附图5为实施方案一示意图，附图6为实施方案二示意图。
图中1．单片砂轮，2．工件(凸轮)，3．共轭轮，4．砂带，5．转向机构，6．铰链机构，7．齿轮组，8．从动轮，9．张紧轮，10．主动轮，11．头架，12．台面，13．床身，14．支承座，15．底座，16．支座，17．三角皮带，18．从动皮带轮，19．主动皮带轮，20．电机，21．尾架，22．龙门架，23．垫圈，24．螺钉，25．微调螺钉，26．紧固螺钉，27．支架，30．传动分配轴。
参见附图1、附图2、附图3、附图4，本发明母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，包括台面12安装有头架11及尾架21，台面12安装在床身13前部，并可作往复移动及抖动。在床身13后部装有磨削加工装置，该装置装有磨削加工工具并可在床身底座15上作快进快退及慢进慢退移动，磨削加工装置由若干个磨削加工单元、转向机构5、传动分配轴30和支座16组成，磨削加工单元包括铰链机构6、齿轮组7、共轭轮3和支承座14，头架11上的电机除带动固定在头架上的被加工工件(凸轮)2轴外，还将动力经转向机构5传递给传动分配轴30，转向机构是由二套齿轮、齿轮轴和锥齿轮、锥齿轮轴组成，它们之间相互啮合；由传动分配轴30带动若干个磨削加工单元，磨削加工单元中的铰链机构6带动齿轮组7，进而带动共轭轮3轴使共轭轮3转动；共轭轮3轴座在支承座14上，与装夹在床身13前部台面12上的头架11与尾架21间的被加工工件(凸轮)2轴平行，这种平行关系是由转向机构5、传动分配轴30、磨削加工单元4、齿轮组7的配合来保证的。由头架上电机带动工件(凸轮)2轴和共轭轮3旋转，从而使凸轮2轴与共轭轮3保持一定的传动关系，支承座14座在支座16上并与支座16固定。铰链机构6由三个齿轮和连杆组成，连杆为二段，分别连接中间齿轮轴与左齿轮轴、中间齿轮轴与右齿轮轴，左齿轮轴固定在支架27上，支架27固定在支座16上，左齿轮与传动分配轴30上的齿轮啮合，右齿轮轴固定在共轭轮支承座14上，右齿轮与齿轮组7啮合。
根据工件轴上被加工柱面2的多少，磨削加工单元可任意组合与之相对应，即螺钉24穿过龙门架22压紧磨削加工单元中的支承座14，各支承座14由垫圈23调整后与龙门架22固定成一体，龙门架22与支座16连成一体，各个磨削加工单元的共轭轮3由传动分配轴30驱动，形成一个磨削装置，一次切入可磨削完成工件轴上多个被加工柱面2。
附图5中，O1为凸轮轴旋转中心，O2为磨削轮的旋转中心，根据二者的中心距O1、O2以及给出的传动比，得到图中点划线所示的节圆。二轮的旋转方向可以是相向的，也可以是同向的。
在传统的凸轮磨削中，凸轮轴上的凸轮2装夹在磨床头尾架顶尖之间，单片砂轮1装在凸轮磨床的砂轮架主轴上，此时，砂轮的旋转与凸轮轴旋转无严格的传动要求。
当实施第一种方案时，参见附图5，共轭轮3为一组砂轮，由头架11上的电机经转向机构5带动传动分配轴30，传动分配轴30带动一组磨削加工单元进而带动共轭砂轮3转动，凸轮轴上的凸轮2装夹在磨床的头尾架顶尖之间。当修整砂轮时，用成形的镀有金刚砂的凸轮滚轮替代凸轮轴上的凸轮，进行共轭接触式运动，可以得到相应的共轭砂轮。当磨削凸轮时，用修整好的共轭砂轮磨削凸轮。砂轮与凸轮的传动比可以是1∶1，也可以是其它的等速比。凸轮轴上的每只凸轮对应的就有一片砂轮。
当实施第二种方案时，参见附图6、附图2和附图3，在工件(凸轮)2与共轭轮3之间嵌入一条高速移动的砂带4，共轭轮3为砂带压磨轮，砂带4由装在支承座14上的砂带主动轮10、砂带从动轮8及张紧轮9带动，主动轮10由电机20驱动。当磨削凸轮轴上的凸轮2时，砂带4上有砂粒的一面对着被磨的凸轮2，无砂粒的一面对着廓形正确的共轭轮3，头架11上的电机带动固定在头架11主轴上的齿轮和凸轮轴一起转动，齿轮经转向机构5带动传动分配轴30，传动分配轴30带动铰链机构6和齿轮组7再带动共轭轮3，以保证凸轮轴与共轭轮保持一定的传动关系。同时，电机20由主动皮带轮19经三角皮带17带动从动皮带轮18和主动轮10转动，使穿过凸轮轴2与共轭轮3之间，由主动轮10、从动轮8、张紧轮9支承的砂带4作高速移动。当修整共轭轮3时，将砂带有砂粒的一面对着共轭轮，无砂粒的一面对着已磨好的合格的凸轮轴凸轮2，将共轭轮与凸轮作上述的共轭接触式运动，就可以得到相应的共轭接触轮轮廓。凸轮轴与共轭接触轮的传动关系可以是1∶1，也可以是其它的等速比传动关系。在这种实施方案中，每一根砂带磨削一只凸轮，或者磨削凸轮轴上一档轴颈外圆，砂带的条数根据被磨工件的凸轮数及轴颈外圆数决定，各砂带4的间距根据不同的凸轮轴凸轮2的间距要求由垫圈23调整，每一共轭压磨轮与凸轮轴中心的距离可以用微调螺钉25调整，然后通过锁紧4只紧固螺钉26使支承座14与支座16固定，从而形成一体，以保证凸轮轴上各凸轮或各轴颈的相对尺寸的一致。
权利要求
1．一种母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削方法，其特征是平行固定被加工工件轴和磨削加工装置的共轭轮轴，被加工工件与共轭轮作等速比的共轭运动。
2．一种母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，包括一个床身，一个置于床身前部装有电机驱动的头架和一个尾架，可作往复移动及抖动的工作台，一个置于床身后部装有磨削加工工具可在床身底座上作快进快退和慢进慢退移动的磨削加工装置，其特征是磨削加工装置由若干个磨削加工单元、转向机构、传动分配轴和支座组成，磨削加工单元包括铰链机构、齿轮组、共轭轮和支承座，头架上的电机动力经转向机构传递给传动分配轴，由传动分配轴带动若干个磨削加工单元，磨削加工单元中的铰链机构带动齿轮组，进而带动共轭轮轴使共轭轮转动，共轭轮轴座在支承座上且与装夹在床身前部台面上的头架与尾架间的被加工工件轴平行，支承座座在支座上并与支座固定。
3．根据权利要求2所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，其特征是转向机构由齿轮、齿轮轴组和锥齿轮、锥齿轮轴组组成，齿轮与齿轮间啮合，铰链机构由三个齿轮和连杆组成，连杆为二段，分别连接中间齿轮轴与左齿轮轴、中间齿轮轴与右齿轮轴，左齿轮轴固定在支架上，左齿轮与传动分配轴上的齿轮啮合，右齿轮轴固定在共轭轮支承座上，右齿轮与齿轮组啮合。
4．根据权利要求2或3所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，其特征是共轭轮为砂轮。
5．根据权利要求2或3所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，其特征是共轭轮与被加工工件间嵌入砂带，砂带由装在支承座上的砂带主动轮、砂带从动轮和张紧轮带动，主动轮由电动机驱动。
6．根据权利要求2所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削装置，其特征是磨削加工单元可按工件轴上被加工柱面的多少任意组合，螺钉穿过龙门架压紧磨削加工单元中的支承座，各个支承座间的间距由垫圈调整，并固定成一体，龙门架与支座连为一体。
7．根据权利要求1所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削方法，其特征是平行固定被加工工件轴和磨削加工装置的一组共轭轮轴，各共轭轮轴分别与装夹于头架与尾架间的带有若干个柱面的工件轴作同等速比的共轭运动。
8．根据权利要求1或7所述的母线平行于回转轴线的柱面工件的磨削方法，其特征是可从共轭轮的曲面得到相应的工件柱面的曲面，也可从工件的柱面曲面得到相应共轭轮的轮面，两者是互逆的。
全文摘要
本发明涉及用于磨削母线平行于回转轴线的柱形工件表面,例如凸轮轴上的凸轮部分及曲轴上的主轴颈表面的加工方法及装置。本发明的磨削方法是平行固定被加工工件轴和磨削加工装置的共轭轮轴,被加工工件与共轭轮作等速比的共轭运动。本发明的磨削加工装置由若干个磨削加工单元、转向机构、传动分配轴和支座组成,磨削加工单元包括铰链机构、齿轮组、共轭轮和支承座,多条平行高速移动的砂带通过共轭轮压到工件上,或用共轭砂轮直接磨削工件。
文档编号B24B19/12GK1203847SQ98110940
公开日1999年1月6日 申请日期1998年7月8日 优先权日1998年7月8日
发明者余坚, 周勤之 申请人:上海机床厂有限公司