通机凸轮轴凸轮表面磨削振纹分析

引言

通机凸轮轴是通用发动机的重要组成部分,用于控制气门的开启,是发动机配气系统的关键零部件。凸轮表面质量的好坏严重影响发动机性能,在凸轮磨削过程中,磨削振纹严重影响了凸轮的精度和表面粗糙度。

1CNC8332数控凸轮磨床的凸轮磨削原理

CNC8332数控凸轮磨床采用切点跟踪磨削技术,其作为凸轮以及曲轴轴颈等非圆表面加工的高效高精度的磨削方法,是按照工件轮廓形状控制砂轮架横向跟踪进给(x轴）和工件回转(C轴）进行联动实现轮廓的磨削加工。切点跟踪磨削原理如图l所示。

图1切点跟踪磨削原理

2砂轮选型

砂轮磨具是磨削加工不可缺少的一种工具,砂轮选型合适与否直接影响磨削质量、磨削成本。砂轮种类很多,有各种形状和尺寸,由于砂轮的磨料、结合剂材料以及砂轮的制造工艺不同,导致各种砂轮的工作性能也不同。每一种砂轮根据其本身特性,有一定的适用范围。因此,磨削加工时,必须根据具体情况,如所磨工件的材料特性、热处理方法、工件形状、尺寸及加工形式和技术要求等选用合适的砂轮。否则会因砂轮选择不当而直接影响加工精度、表面粗糙度及生产效率。我公司在磨削某款材料为20CrMnTi凸轮轴时,热处理方法采用渗碳处理,一开始选用较硬的棕刚玉砂轮,结果导致很难磨削,无法磨动。砂轮不锋利,导致磨削时砂轮和工件硬挤,造成磨削振纹。这种振纹分布整个凸轮一周,振纹部分颜色类似磨焦状态,且在正常磨削表面均匀分布,如图2所示。经过分析,该问题应该是砂轮选型错误造成的,通过改用铬刚玉砂轮可解决该问题。

图2砂轮选型错误造成的磨削振纹

3砂轮平衡性

砂轮平衡分为静平衡和动平衡两种。一般情况下,只需静平衡,但在高速磨削时,砂轮必须进行动平衡。平衡时将砂轮装在平衡芯轴上,然后把装好芯轴的砂轮平放到砂轮平衡支架的平衡导轨(或轴承式芯轴）上,砂轮来回摆动,直至摆动停止。平衡的砂轮可以在任意位置都静止不动。如果砂轮不平衡,则其较重部分总是转到下面,这时可通过移动平衡块位置使其达到平衡。

如果砂轮的静平衡未校好,砂轮装上磨床后由于不平衡,砂轮抖动就比较明显,磨削时会产生磨削振纹,这种磨削振纹一棱一棱横向均匀分布整个凸轮表面一圈,包括凸轮基圆位置,如图3所示。在生产过程中,如果遇到凸轮基圆位置也有磨削振纹,一般情况下都是砂轮未校好静平衡所致。因为磨削基圆时,砂轮头架没有做往复进给运动,这种情况下只要将砂轮卸下来重新校平衡即可。值得注意的是,砂轮未校好平衡本身就很危险,如果砂轮有缺陷,砂轮很有可能在高速运转过程中炸裂,导致人身安全事故的发生。

图3砂轮平衡性不好导致的磨削振纹

4砂轮修整频率

砂轮未修整好是指金刚笔修整砂轮时,金刚笔破损或修整时出现异常的情况。磨削时凸轮表面和正常的磨削痕迹不一样,纹路比较粗或不规则,此时一般表面粗糙度也比较差,如图4所示。这种情况比较好辨别,首先检查修整砂轮的金刚笔是否有异常,通过更换金刚笔基本可以解决问题。

图4砂轮未修整好,磨削时产生的异常振纹

5机床丝杆磨损间隙

通机凸轮轴凸轮顶部有一棱一棱横向的磨削振纹,其余位置没有异常,如图5所示,且磨削不同型号凸轮轴顶部都有此类现象。此时首先考虑是机床x轴方向进给丝杆有间隙。如前所述,CNC8332数控凸轮轴磨削采用切点跟踪磨削方式,由于顶部位置是往复运动,变化最快的时候首先是前进,然后马上后退,在此过程中如果丝杆有磨损、有间隙的话,就会传动不顺畅,导致头架进给异常,产生磨削振纹。对此,通过更换丝杆或设法消除间隙,基本可以解决问题。还有一种情况是仅某个型号凸轮轴顶部有磨削振纹,而其他型号正常,此时应该考虑磨削数据是否正确,通过检查或调整数据可以解决问题。

图5凸轮顶部有磨削振纹

6凸轮轮廓数据

如图6所示,就某个部位有一条或多条横向振纹,此时首先考虑磨削的凸轮型线数据是否正确,通过优化凸轮型线数据,优化凸轮型线加速度曲线基本可以解决问题。这类问题基本在凸轮型线检查时可以被发现,要求相关人员对型线数据具备优化能力。

图6凸轮轮廓数据不对产生的磨削振纹

7结语

磨削振纹产生的机理还有很多,有些问题很难解决,上述仅是我司生产过程中经常发现的问题,与同行分享一些解决问题的经验。我司根据CNC8332数控凸轮磨床实际加工过程中产生的磨削振纹现象,从砂轮选型、砂轮平衡性、砂轮修整频率、机床丝杆传动稳定性、凸轮轮廓数据方面进行了分析和实验,找出了有效控制磨削振纹产生的方法。