一種凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王保華　李春杰

摘要：凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其側(cè)棱等部位需要進(jìn)行銳邊倒鈍作業(yè)。通過(guò)分析現(xiàn)有的凸輪軸銳邊倒鈍工藝方法，設(shè)計(jì)了一種凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)，提高了倒鈍作業(yè)效率和精度，能滿足凸輪軸各類不同結(jié)構(gòu)棱邊、棱角磨削倒鈍作業(yè)的需要。

關(guān)鍵詞：凸輪軸;銳邊倒鈍;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)5C件之一，是配氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零件[1]。在凸輪軸生產(chǎn)加工中，通過(guò)機(jī)床加工成型后的凸輪軸毛坯件的棱邊往往相對(duì)較鋒利，并易殘留毛刺等質(zhì)量缺陷，使用過(guò)程中，有可能劃傷氣門挺柱表面，使凸輪和挺柱的表面摩擦副遭到破壞，加劇磨損的產(chǎn)生，將凸輪兩側(cè)銳邊倒鈍后，可提高產(chǎn)品品質(zhì)。當(dāng)前主要是通過(guò)傳統(tǒng)磨床對(duì)凸輪軸側(cè)棱等部位進(jìn)行磨削倒鈍作業(yè)，但凸輪軸需要進(jìn)行倒鈍作業(yè)的棱邊數(shù)量大，各棱邊分布結(jié)構(gòu)復(fù)雜，倒鈍作業(yè)的加工空間結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，從而導(dǎo)致倒鈍作業(yè)的工作效率和精度相對(duì)較低，嚴(yán)重影響了凸輪軸產(chǎn)品的加工質(zhì)量和效率，并為凸輪軸后續(xù)加工及使用留下了巨大隱患。因此，針對(duì)這一現(xiàn)狀，迫切需要開發(fā)一種凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)，以滿足實(shí)際使用需求。

1 凸輪軸銳邊倒鈍加工工藝選擇

1.1 ? ?凸輪軸工況分析

凸輪軸的機(jī)械環(huán)境較為惡劣，應(yīng)針對(duì)機(jī)械性能進(jìn)行合理分析[2]。凸輪軸承受的沖擊載荷是周期性的，凸輪和挺柱的接觸應(yīng)力比較大，二者之間的相對(duì)滑動(dòng)速度也比較高，所以凸輪工作面的磨損很嚴(yán)重。因此，凸輪軸軸頸和凸輪工作面應(yīng)具有足夠的剛度、較小的表面粗糙度、較高的尺寸精度、較好的耐磨性。凸輪軸材料通常是優(yōu)質(zhì)碳鋼、合金鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵，可以鍛造或鑄造成型，軸頸和凸輪工作面經(jīng)熱處理后倒鈍、磨光。典型的凸輪軸如圖1所示。

1.2 ? ?現(xiàn)有銳邊倒鈍加工工藝

1.2.1 ? ?滾筒研磨法

把凸輪軸放在滾筒的研磨料中，然后封閉，轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，使零件的銳邊與磨料產(chǎn)生磨削，達(dá)到去除銳邊（毛刺）的目的。為了提高效率，通過(guò)滾筒回轉(zhuǎn)、正反高速回轉(zhuǎn)等，能夠?qū)崿F(xiàn)工件和研磨料之間更好地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該方法主要用于去除剛性較好的工件和沖壓件的毛刺，也可以用于去除鍛、鑄毛坯件的飛邊和毛刺。

1.2.2 ? ?機(jī)械刷加工法

采用刷子圍繞凸輪軸旋轉(zhuǎn)的方式，實(shí)現(xiàn)銳邊倒鈍。刷子通常由鋼絲、銅絲、嵌入磨粒的尼龍絲等材料制成，可實(shí)現(xiàn)柔性加工，既可倒鈍銳邊、去除毛刺，又不會(huì)損傷加工面，適應(yīng)性廣，但硬毛刷形成的表面往往不便于后處理。

1.2.3 ? ?電化學(xué)加工法

在工件電解加工過(guò)程中，金屬因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而被溶解去除，達(dá)到銳邊倒鈍、去毛刺的目的。電化學(xué)加工法是一種優(yōu)質(zhì)、高效的技術(shù)，發(fā)展前景十分廣闊。電解加工對(duì)于難加工材料、形狀復(fù)雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于整體葉輪、炮管膛線、倒角和去毛刺等加工中。電化學(xué)加工法缺陷主要表現(xiàn)為：不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性;夾具和工具陰極的設(shè)計(jì)、制造和修正較為困難，且周期比較長(zhǎng)，所以單件小批量生產(chǎn)的成本較高;電解加工的產(chǎn)物需進(jìn)行妥善處理，以免污染環(huán)境。

1.3 ? ?銳邊倒鈍加工工藝選擇

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，選用既可保證效率又能保證加工質(zhì)量的磨削工藝方法，同時(shí)設(shè)計(jì)凸輪軸銳邊倒鈍系統(tǒng)。該工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活方便，通用性好，運(yùn)行自動(dòng)化程度和磨削作業(yè)加工精度高，一方面可根據(jù)使用需要，靈活調(diào)整磨頭的數(shù)量、磨削作業(yè)位置及磨頭結(jié)構(gòu)，滿足對(duì)不同結(jié)構(gòu)、尺寸凸輪軸的各類結(jié)構(gòu)棱邊、棱角作業(yè)面進(jìn)行磨削倒鈍作業(yè)的需要;另一方面，在使用過(guò)程中，可根據(jù)使用及維護(hù)作業(yè)的需要，靈活對(duì)磨頭的零部件進(jìn)行調(diào)整和更換，在提高磨頭使用靈活性的同時(shí)，還有效提高了磨頭的故障修復(fù)率，從而極大地提高了磨頭設(shè)備使用的穩(wěn)定性，有效延長(zhǎng)了磨頭使用壽命，在提高倒鈍作業(yè)效率、工作精度的同時(shí)，有效降低倒鈍作業(yè)的成本。

2 凸輪軸凸輪銳邊倒鈍系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 ? ?銳邊倒鈍技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

凸輪軸凸輪銳邊倒鈍系統(tǒng)可以安裝在磨床等常用加工設(shè)備上，主要由磨床和倒鈍機(jī)構(gòu)組成，倒鈍機(jī)構(gòu)包括升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、水平導(dǎo)軌、刀座、磨頭、伸縮導(dǎo)向桿、滑塊、定位機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、磨削驅(qū)動(dòng)電機(jī)及數(shù)字控制電路。凸輪軸凸輪銳邊倒鈍系統(tǒng)如圖2所示。其中升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少兩個(gè)，沿磨床工作臺(tái)軸線與磨床工作臺(tái)上端面連接，且升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下端面通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)與磨床工作臺(tái)上端面鉸接，上端面通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)與至少一條水平導(dǎo)軌下端面鉸接，升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)軸線與磨床工作臺(tái)上端面和水平導(dǎo)軌下端面呈0°～180°夾角，水平導(dǎo)軌軸線與磨床工作臺(tái)軸線呈0°～180°夾角，滑塊若干，均通過(guò)行走機(jī)構(gòu)與水平導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，滑塊通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)與至少一條伸縮導(dǎo)向桿后端面相互鉸接，伸縮導(dǎo)向桿前端面通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)與刀座相互鉸接，伸縮導(dǎo)向桿軸線及刀座軸線均與磨床工作臺(tái)上端面呈0°～180°夾角，磨削驅(qū)動(dòng)電機(jī)嵌于刀座內(nèi)并與至少一個(gè)磨頭相互連接，磨頭軸線與刀座軸線平行分布，定位機(jī)構(gòu)數(shù)量與滑塊及刀座數(shù)量一致，且每個(gè)滑塊及刀座上均設(shè)至少一個(gè)定位機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)軸線分別與其所在的滑塊及刀座軸線平行分布，數(shù)字控制電路嵌于磨床內(nèi)，并分別與升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、伸縮導(dǎo)向桿、定位機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、磨削驅(qū)動(dòng)電機(jī)及磨床的電路系統(tǒng)電氣連接。

在倒鈍作業(yè)中，可根據(jù)定位機(jī)構(gòu)檢測(cè)參數(shù)及倒鈍加工工藝要求，由數(shù)字控制電路對(duì)升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、伸縮導(dǎo)向桿、行走機(jī)構(gòu)、磨削驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)作狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以使磨頭滿足對(duì)不同結(jié)構(gòu)磨削倒鈍作業(yè)面加工的需要。

除此之外，在倒鈍作業(yè)前，磨頭安裝定位時(shí)，首先需要選擇長(zhǎng)度、直徑及連接滑槽數(shù)量均滿足使用需要的刀柄及滿足磨削加工工藝及作業(yè)面結(jié)構(gòu)要求的磨條，然后對(duì)刀柄、導(dǎo)向滑軌、磨條等磨頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行組裝，從而滿足不同作業(yè)面磨削倒鈍作業(yè)的需要。在磨削作業(yè)中，另可根據(jù)磨削凸輪軸的各棱邊、棱角的具體結(jié)構(gòu)和位置，一方面通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)調(diào)整磨條磨削作業(yè)面與凸輪軸磨削作業(yè)面間的夾角，另一方面通過(guò)導(dǎo)向滑軌調(diào)整磨條整體在磨削作業(yè)時(shí)與凸輪軸作業(yè)面間的間距和定位位置，從而靈活調(diào)整磨條作業(yè)位置以滿足凸輪軸各類不同結(jié)構(gòu)棱邊、棱角磨削倒鈍作業(yè)的需要。