凸轮轴桃形磨削的数控加工工艺

　　凸轮轴是汽车发动机的五大件之一，凸轮轴的桃形磨削加工是凸轮轴机加工的关键工序。随着磨削技术的发展和对凸轮轴的质量、产量的要求的提高，凸轮轴桃形磨削技术也不断改进。

　　凸轮轴桃形的功用及加工要求

　　凸轮轴是发动机配气机构的关键零件。发动机的连续运转正是通过凸轮轴桃形对气门的顺序启闭、气门开度的规律控制，使发动机的进气、压缩、做功、排气四个冲程周而复始、定时顺序地循序完成的。进气和排气冲程凸轮轴的桃尖推动挺杆顶开气门，进入新鲜空气、排出废气。压缩、做功冲程则关闭气门。凸轮轴的桃形(见图1)通过对气门的启闭时序和开度的控制，控制发动机的运转，对发动机的性能有很大影响。

　　普通的汽车发动机，凸轮轴桃形对气门的启闭作用是在高速运转中进行的。凸轮轴桃形和气门挺杆之间呈滑动摩擦状态。桃形轮廓的设计质量、加工精度、表面质量、材料对发动机配气机构的动力性能、凸轮轴-挺杆的接触应力、油膜润滑特性影响极大，并进而影响到发动机的动力性、经济性、可靠性、寿命，以及排放、振动、噪音等。质量差的桃形轮廓其曲线不连续，或者加工出的廓形不符合设计要求，表面粗糙、有波纹、烧伤等，在工作中易引起冲击、跳动、润滑特性恶化、易磨损、激励噪音、振动等问题，影响发动机的性能、寿命，增加油耗、排放等。

　　所以，根据凸轮轴桃形的功用和工作特点，凸轮桃形除了要有合理的廓形设计、材料耐磨性、一定的刚度外，廓形的加工精度和表面质量也是至关重要的。加工精度很差的廓形设计得再好也是没有意义的。粗糙度很差，表面有烧伤、波纹，对桃形的正常工作和寿命都会有不利影响。

　　传统的凸轮轴桃形磨削工艺

　　传统的凸轮轴磨削采用机械靠模仿型磨削法。设计人员按凸轮轮廓计算出凸轮上每一点的升程值，工艺人员根据此升程值设计、制作标准凸轮，然后利用标准凸轮在凸轮轴磨床上以反靠法磨制一套靠模样板。磨削时靠模样板紧靠在一个滚轮上，通过摇摆架使被加工凸轮和靠模样板同步摆动、同轴旋转，由此磨出与样板升程形状相一致的凸轮轮廓（见图2）。

　　这种结构的凸轮轴磨床存在的主要问题是：

　　⒈ 生产准备周期长、制造柔性差。
　　⒉ 磨削凸轮轮廓精度难以保证，产生误差的因素多。
　　⒊ 容易产生升程误差，大大地缩短了砂轮的使用寿命，零件精度也难以提高。
　　⒋ 砂轮线速度低，修整工具和工艺落后，机床生产效率低。

　　新型的凸轮轴桃形磨削工艺

　　笔者所在工厂采用德国JUNKER公司的CNC凸轮轴磨床（见图3）进行凸轮轴桃形的无靠模数控磨削。其工作原理如下：整个凸轮轮廓(包括基圆、侧圆和凸尖)由砂轮架(X轴)的运动和工件主轴(C轴)的旋转运动同步协调动作而成。砂轮在特定的进给角范围内沿基圆做连续径向进给：当凸轮轴旋转时，砂轮架提供进给运动，也按凸轮轮廓移动（见图4）。由于金属切削量化较大，必须按凸轮轮廓控制凸轮轴的角速度，在基圆和侧面处的金属切削率大体保持常数。

　　该种磨削方式由于取消了靠模，实现了自动修整砂轮、自动补偿、恒线速磨削、自动轴向定位、砂轮自动动平衡等技术，使得凸轮轴桃形的磨削精度大大提高。目前笔者所在工厂的凸轮轴桃形的加工精度为：轮廓总升程误差0.01mm；相邻每度升程误差0.0025mm；相位误差（从凸轮到凸轮）小于0.25°；基圆误差±0.01mm；表面粗糙度Ra0.5-0.4。