CN1074847A - 研磨曲拐轴的曲柄连杆颈的方法和研磨机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助研磨装置先后研磨曲拐轴 的曲柄连杆颈的方法，在此方法中，有两个中间轴承 颈被夹紧的曲拐轴围绕分别将要研磨的曲柄连杆颈 的轴旋转。本发明是涉及为实施上述方法的一种装 置。为了使曲拐轴在小批量加工和大件加工时也能 经济又能保持高精度的加工尺寸，本发明规定，在曲 拐轴的每两相邻的曲柄连杆颈或中间轴承颈或者从 轴向相互错位的夹紧位置的四倍距离处有不同的中 间间距，但每次只有与作夹紧用途的中间轴承颈直接 相邻的曲柄连杆颈被研磨。

Description

本发明涉及一种借助研磨机以及砂轮光后研磨曲拐轴的曲柄连杆颈的方法，在此种方法中，有两个中间轴承颈被夹紧的曲拐轴围绕分别将要研磨的曲柄连杆颈的轴旋转。本发明还涉及为实施上述方法的一种专用研磨机。

在一种已知研磨曲柄连杆颈的方法中，曲拐轴的最外端的两个中间轴承颈由工件主轴箱的夹头偏心夹紧，曲柄连杆颈通过一个砂轮先后研磨。在此种方法的研磨过程中，如果曲拐轴的长度和/或者重量超过一定值时，曲拐轴因只在两端夹紧，其弯曲行为将会成问题。曲拐轴因本身自重产生的弯曲必然导致要研磨的曲柄连杆颈范围出现弹性变形，使其圆度和宽度的公差达不到要求。在此种情况下，由于曲柄连杆颈研磨精度不够，也不能获得为实孔汽缸里最佳燃烧而要求的精确的活塞冲程高度。因此，为降低因弯曲导致的尺寸偏差，在采用已知的方法进行研磨的过程中借助一种专用的扶架分别支承要研磨的曲柄连杆颈，该扶架也承受着工件的一部分重量。然而，安装此种扶架费事并且只能部分地补偿轴的弯曲。因此，尤其是在大批量加工时，人们转而采用另外办法，即使用多台不同的研磨机先后研磨曲拐轴的曲柄连杆颈，其间，每次只研磨与作夹紧用途的中间轴承颈内侧紧邻的曲柄连杆颈。由两个砂轮同时在紧邻夹紧位置的外边两个曲柄连杆颈开始研磨。继续朝内侧的另外两个曲柄连杆颈则须用另外一台研磨机研磨。研磨时要将曲拐轴的要研磨的曲柄连杆颈外侧的中间轴承颈夹紧。由于在要研磨的曲柄连杆颈附近直接用夹头夹紧，每次均保证有足够的支承，因此不再需要扶架。用此种方法生产一根六节位的曲拐轴就需要三台双轮研磨机。此种方法对于大批量生产或许适用，但是对于小批量的加工就不适宜了。

因此，本发明的任务是，进一步研究一种方法以使机械加工花费少但尺寸偏差却相当小。根据本发明，完成此项任务主要是通过下面方法，即在曲拐轴的两个相邻的曲柄连杆颈或中间轴承颈或者从轴向相互错位夹紧位置的四倍距离处有不同的中间间距，但每次只有与作夹紧用途的中间轴承颈紧邻的曲柄连杆颈被研磨。研磨时，由于在紧邻的将要研磨的曲柄连杆颈附近夹紧，保证了曲拐轴具有很好的支撑作用，从而使要研磨的曲柄连杆颈的弯曲公差保持在可接受的范围内。附加的支撑措施，如采用扶架就不再需要。一根曲拐轴的所有的曲柄连杆颈由一台相同的研磨机研磨，并且在加工大曲拐轴（比如载重汽车用）时也可获得较高的精度。首先由于工件导向机构刚性很好且所有的曲柄连杆颈的研磨情况稳定，使特别重要的冲程高度公差值明显改善;其次在圆度和圆柱度方面也有进一步提高。总之，采用本发明方法，对于操作马达以控制曲柄连杆颈对各有关相邻的中间轴承颈的重要位置要比传统的研磨技术好掌握。

为了控制曲拐轴夹紧位置的数目，以便尽可能缩短加工时间，在制定本发明时规定，在曲拐轴的一次夹紧位置上将分别研磨两个轴柄连杆颈。

首先，曲拐轴从一次（第一次）夹紧位置沿轴向只错动两相邻曲柄连杆颈或中间轴承颈的中间间距并沿轴向进入另一夹紧位置。由此夹紧位置间的返回行程可尽量保持小距离，从而进一步减少加工时间。

为了使砂轮和曲拐轴之间实现轴向的准确的矫正位置，在曲拐轴放入（第一次）夹紧位置或者换位到（另一）夹紧位置粗调定位之后，将沿轴向对相关的砂轮和沿径向对相应的旋转轴进行精调。

其向先分别在要研磨的曲柄连杆颈颈肩处轴向夹紧。为保证要研磨的曲柄连杆颈处于砂轮的旋转中心，要按本发明的规定，曲拐轴在放入（第一次）夹紧位置后要转入首先要研磨的曲柄连杆颈的正确的旋转位置（分位），以及在研磨另外的曲柄连杆颈之前，要与先已研磨好的曲柄连杆颈比较以转移到正确的旋转位置（分位）。通过每次与第一次研磨的曲柄连杆颈的比较就避了分位时出现偏差。

为了在尽量短的时间里获得所需求的精度，在进一步研究本发明时规定，砂轮先快速驶向轴拐轴进入预定位置，然后从起动研磨曲柄连杆颈开始分级减慢给进速度，直至获得最终直径。最后，砂轮快速返回原始位置。

研磨过程表明，曲拐轴以不同的转速与砂轮的给进速度相匹配是合理的。

为了保证曲拐轴完全转移，根据本发明，曲拐轴在置入和沿轴向从一个夹紧位置换到后面三个中间轴承去蛙要固定夹紧。

在研磨期间，砂轮首先要矫正成环形以重新形成规定的研磨断面的几何形状，从而避免砂轮因磨损出现的质量问题。

本发明也涉及一种尤其是用于实施前述方法的研磨机。该研磨机包括在两个夹紧的中间轴承颈之间距离处，围绕各要研磨的曲柄连杆颈的轴安装的可旋转的两个夹头和一种研磨装置（尤其是一种安装后可回转的对要研磨的曲柄连杆给进速度可调的砂轮）。二个夹头相互安装在工件台上，夹头间距采用固定或固定可调式结构。工件台在曲拐轴的任何一夹紧位置，朝砂轮可沿轴向调至一位置，在此处砂轮要接触与作夹紧用途的中间轴承颈紧邻的曲柄连杆颈。

为了使曲拐轴位移按规定进行，当使用一个砂轮研磨带有几个曲柄连杆颈和n+1个中间轴承颈的曲拐轴时，夹头间的间距要相当于两相邻曲柄连杆颈或中间轴承颈间距的1-至（n-1）倍。

为了使研磨机的操作简化或者使其进一步自动化，本发明在进一步研究中指出，一种使曲拐轴沿纵向换位从一次（第一次）夹紧位置以最小距离，即两相邻的曲柄连杆颈或两相邻中间轴承颈间的中间间距移位进入曲拐轴的另一夹紧位置。

为了保证曲拐轴移动安全，根据本发明，换位装置将使曲拐轴在三个中间轴承颈之间夹紧。

根据本发明，换位装置既操作曲拐轴放入第一夹紧位置，也控制曲拐轴从最后的夹紧位置中取出，从而进一步减少了必要的机械费用。

在研究本发明时，通过下述方法使曲拐轴和砂轮沿轴向实现转调确的调正，即由夹头和中间轴承颈初步确定曲拐轴的轴向位置，再借助一种轴向位置装置进行精调。

轴向定位装置适当地将曲拐轴的轴向位置靠向要研磨的曲柄连杆颈的肩部区并通过轴向移动工件台精调定位。

在本发明的一次最好试验中，曲拐轴通过换位装置可以放入第一夹紧位置并进入规定的与首先要研磨的曲柄连杆颈的旋转位置。

曲拐轴的径向夹紧位置可根据需要借助一控制装置进行监控和调整。

在传统的研磨机中是通过一种同轴分位装置使要研磨的曲柄连杆颈进入正确的旋转位置，该分位装置是通过夹头的旋转或者在夹头中定位确定曲拐轴的位置。在使用本发明的研磨梵时，由于实行轴向错位夹紧位置，这种同轴分位装置不再适用。因此，在进一步研究本发明时，介绍了研磨机的分位装置，该装置在要研磨的曲柄连杆颈旁夹住曲拐轴并使其旋转进入与要研磨的曲柄连杆颈有关的研磨位置。

为避免分位时出现累计错误，本发明规定，将最先研磨了的曲柄连杆颈作参考标准以精调曲柄连杆颈的研磨位置。

尽管曲拐轴需要精确的加工，但是根据本发明，通过下述方法，快速加工也是柯以实现的，即研磨机配置一种装置可使砂轮以不同的径向给进速度靠向被夹紧的曲拐轴。由此，粗加工时可以较大的给进力，而接近最终直径时则放慢速度，从而可以获得较高的精度。

根据需要，曲拐轴柯以不同的转速驱动，因此它能在给定的情况下，与砂轮的不同的给进速度相匹配。

为了避免因砂轮的磨损导致质量出现问题，根据本发明，设置有一种矫正的砂轮的装置。

为了确保研磨过程不得中断并能准确确定研磨结束，研磨机专门设计有一种装置以在研磨期间测量曲柄连杆颈的直径。

为了在曲拐轴放入、换位和取出时尽可能地空出研磨机的工作区，根据需要，直径测量装置轴向位置和/或分位装置将借助一回转台从它们的等候位置转入曲拐轴旁的工作位置。

研磨期间，工具台通过液压系统可以固定夹紧，由此可靠地避免了砂轮朝向工具台的滑动。

根据本发明，在曲拐轴放入、换位和/或分位时，夹头可以固定。

为使曲拐轴在分位时能自由旋转，根据本发明，在分位期间，曲拐轴的夹紧装置可以松解。

研磨机运转要求的操作人员少，但要求可靠并且精确，这些要求主要是通过数控系统（CBC）来实现。该系统使研磨机的单机组校正常工序和正常时间发挥作用。

本发明的进一步研究的情况、优越性和应用的可能性可从后面的例解和图纸表示出来。所有描述的和/或图示的特征与专利要求章节中的总结各自独立，而以描述或图解的单独形式或以复合形式构定本发明的内容。

图1所示：根据本发明的研磨机的工作原理图;

图2所示：根据本发明的方法的工作步骤的原理图。

图1所示为用于研磨曲拐轴K的曲柄连杆颈H₁…H_n的研磨1，二个夹头2安置在工件主轴箱3上，可驱动旋转、承受曲拐轴K。工件主轴器3安装在工件台4上，该工件台可轴向移动，但研磨期间通过液压系统固定。曲拐轴K借助一向内回转的换位装置5置入夹头2中，并可在轴向相互交错的夹紧位置上换位和从夹头2中提取出来。

当通过换位装置5将曲拐轴K放入或换位并由夹头2和已有的中间轴承M₁…M_n+1确定了粗调位置后，将通过一台轴向位置装置6使曲拐轴面对一台可旋转并对曲拐轴K可作径向调节的砂轮进行微调。轴向位置装置6安置有直径测量装置6，在研磨期间它将自动测下曲柄连杆颈H₁…H_n的直径。困研磨的曲柄连杆颈H₁…H_n相对于它们的夹紧位置转移到正确的研磨位置是通过分位装置7来实现的，该分位装置将要研磨的曲柄连杆H₁…H_n从外部径向握紧、转送到夹头2的旋转中心。转送的要参考使用按给定要求已研磨好的第一个曲柄连杆颈H₁…H_n。

研磨过程中，通过自动矫正装置8将砂轮加工成环形断面，使其重新保持规定的几何形状。砂轮S与矫正装置8一起安装在位于后面的机座9上的研磨主轴箱10上并由研磨主轴传动机构11驱动。

现借助图21-V₁所示，以六节位曲拐轴K为例描述本发明方法。曲拐轴K通过换位装置5在中间轴承m3，m4，m5三处夹紧并置入工件主轴箱3的夹头2中。其间要保证曲拐轴K在装入之后，相对于分位装置7要保持在规定的径向位置，该具体径向位置通过一光栅监控，当曲拐轴K位置有误时，光栅发出板误信号。曲拐轴K置和时的粗调位置在径向是通过换向装置5、而在轴向则通过夹头2以及中间轴承颈m1…m_n的宽度来决定。在曲拐轴放置期间，在换位和分位时，夹头2要固定，为止液控销插入法兰的锁孔，以防止夹头2回转。由于上述措施，在分位时就保证了等分角度的传递。

当研磨六节位的曲拐轴K时，将曲拐轴放入夹头2时首先注意可以使外端的中间轴承颈m7和中部的中章轴承颈m3用夹头夹紧，从而使四个曲柄连杆颈H₃…H₆位于夹紧位置之间。最先被研磨的只是与用作夹紧用途的中间轴承颈m3和m7内侧紧邻的曲柄连杆颈H₃和H₆。通过曲拐轴K两次轴向换位、每次移动一个曲柄连杆颈H₁…H_n或者中间轴颈n+1的中间间距就可以研磨曲柄连杆颈H₂和H₅（见图2Ⅲ和图2Ⅳ）以及H₄和H₁（见图2Ⅴ和图2Ⅴ1）。

当曲拐轴K第一次被夹紧（图2Ⅰ和2Ⅱ）置入夹头2（图2原理图只表示夹头的下壳）后，曲拐轴的分位即在曲柄连杆颈H₃旁边，此时与曲柄连杆颈H₃相关的工具台4驶入分位位置，在要研磨的曲柄连杆颈H₃旁工具台向里回转进入工作区，由外径向夹住与回转轴平行置放的分位装置7，并旋转使其进入夹头2的旋转中心。当与曲柄连杆颈H₃相关的工件台4驶入研磨位置后即进行研磨（图2Ⅰ），此时研磨主轴箱10带着旋转的砂轮先快速地驶向曲拐轴K进入第一个预定位置，随后放慢砂轮的进给速度，当曲拐轴K借助夹头2的驱动而旋转时，曲柄连杆颈H₃开始研磨，同时直径测量装置6的测量触针触及到要研磨的曲柄连杆颈H₃研磨期间要测量直径，因此可以始终实行监控。曲柄连杆颈H₃先粗加工至光滑表面，然后分多级减慢砂轮S的亓给速度，直至获得最终直径研磨时，曲拐轴的转速要与砂轮的进给速度相匹配。当最终直径达到时，研磨主轴箱10带着砂轮S快速返回原始位置，直径测量装置6从已研磨的曲柄连杆颈H₃向外摆回。

现在介绍曲拐轴K在第一次夹紧位置埋的与另一夹紧点相邻的曲柄连杆颈H₆的加工。对于此种情况，带有曲拐轴K的工件台4将驶入分位位置，曲拐轴K按上述方式在已研磨3的曲柄连杆颈H₃处分位，紧随着，工件台4连同要研磨的曲柄连杆颈H₆进入研磨位置，然后，也按上述方式对曲柄连杆颈H₆研磨（图2Ⅱ）。

下一步是曲拐轴K借助换向装置5从夹头2取出，工件台4按两相邻的曲柄连杆颈H₁…H_n或者中间轴颈m₁…m_n+1间的一个中间间距相对于曲拐轴K沿轴向向各移动，此时，曲拐轴K即处在第二次轴向夹紧位置并通过换位装置5再次放入夹头2中。按前述方式，在曲柄连杆颈H₃（图2Ⅲ）重新分位并对曲柄连杆颈H₂和H₅进行研磨。

当相对于曲拐轴K，将工件台4按相邻两个曲柄连杆颈H₁…H_n的一个中间间距向右移动，使曲拐轴重新错误之后，即按相同的方式对曲柄杆颈H₄（图2Ⅴ）和H₁（图2Ⅴ）和H₁（图2Ⅴ1）分位和研磨。

当最后一个曲柄连杆颈H₁…H_n加工完后，工件台驶入卸位位置。已加工了的曲拐轴K通过换向装置5从工作向取出，研磨机1准备重新接受将要研磨的曲拐轴K。

根据同样的方式，遵照本发明的工序，使用本发明的研磨机，对曲柄连杆颈H₁…H_n数目较少或者较多的曲拐轴均可以加工。

图中基准标记表：

1.研磨机 2.夹头 3.工件主轴箱 4.工件台\5.换位装置 6.轴向位置装置/直径测量装置7.分位装置 8.矫正装置 9.机磨 10.研磨主轴箱 11.研磨主轴传动装置 K-曲拐轴 S-砂轮 H₁…H_n-曲柄连杆颈 m1-m_n+1-中间轴承颈

Claims (31)

1、借助一研磨装置以及一旋转的砂轮(S)先研磨曲拐轴(K)的曲柄连杆颈(H₁…H_n)的方法，在此种方法中，在位于中间轴承颈(m₁…m_n+1)间距中的两处夹紧曲拐轴(K)，该曲拐轴围绕分别将要研磨的曲柄连杆颈(H₁…H_n)的轴旋转。该方法的特性是，在曲拐轴(K)的两相邻的曲柄连杆颈(H₁…H_n)或中间轴承颈(m₁…m_n+1)或者从轴向相互错位夹紧位置的四倍距离处有不同的中间间距，但每次只有与作夹紧用途的中间轴承颈(m₁…m_n+1)直接相邻的曲柄连杆颈(H₁…H_n)被研磨。

2、根据专利权第1条，本方法的特征昌，在曲拐轴（K）的一个夹紧位置，每次有两个曲柄颈（H₁…H_n）被研磨。

3、根据权利要求1和2条，该方法的特征是，曲拐轴（K）在一次（第一次）夹紧位置之后将按两相邻曲连杆颈（H₁…H_n）或两相邻中间轴承颈（m₁…m_n+1）的间距沿轴向换位进入另一夹紧位置。

4、根据权利要求第1至2条中的一条，该方法的特征是，曲拐轴（K）经放入送进第一次夹紧位置或者经换位到另一夹紧位置实现粗定位之后，将与相关的砂轮进行轴向精调。

5、根据权利要求1至4条的一条，该方法的特征是，曲拐轴（K）经置入送进第一夹紧位置或者换位到另一夹紧位置实现粗调定位后，将分别与相关的回转轴进行径向精调。

6、根据权利要求1至5条中的一条，该方法的特征是，曲拐轴（K）的轴向夹紧位置要靠向各自将要研磨的曲柄连杆颈的颈屑。

7、根据权利要求1至6条中的一条，该方法的特征是，曲拐轴（K）径放入送进第一夹紧位置并转入（分位）-与第一个要研磨缸柄连杆颈（H₁…H_n）相关的-正确的旋转位置之后和在研磨另外的曲柄连杆颈之前（H₁…H_n）之前，需与第一个已研磨了的曲柄连杆颈（H₁…H_n）比较，然后转入（引位）正确的旋转位置。

8、根据权利要求1至6条中的一条，该方法的特征是，砂轮（S）首先曲拐轴（K）快速移动进入预定位置，然后从起动研磨曲柄连杆颈（H₁…H_n）开始分级减慢给进速度，直至获得曲柄连杆（H₁…H_n）的最终直径，最后将砂轮（S）快速返回原始位置。

9、根据权利要求8条，该方法的特点是，曲拐轴（K）的不同的转速与砂轮（S）的给进速度相匹配。

10、根据权利要求1至9条的一条，该方法的特征是，曲拐轴（K）在置入和由一个夹紧位置换位进入另外三个中间轴承颈（m₁…m_n+1）的下一个夹紧位置时要固定夹紧。

11、根据权利要求1至10条的一条，该方法的特征是，在研磨过程期间，砂轮（S）要矫正成环形，以重新形成规定的砂轮断面的几何形状。

12、研磨机（尤其是为实施例专利权第1至11条的方法的研磨机）包括两个采用可回转式安装的夹头（2），夹头可在两个夹紧的中间轴承颈（m₁…m_n+1）处围绕各自变研磨的曲柄连杆颈（H₁…H_n）的轴旋转。该研磨机还包括一个研磨装置以及一个可旋转并向将要研磨的曲柄连杆颈（H₁…H_n）给进的砂轮（S）。该研磨机的特征是，夹头间距离采用固定式或固定可调式结构，夹头（2）安装在工件台（4）上，工件台可在曲拐轴（K）的任一夹紧位置朝向砂轮（S）沿轴向调节进入一位置，在此处，砂轮（S）可研磨与作为夹紧用的中间轴承颈（m₁…m_n+1）紧邻的曲柄连杆颈。

13、根据权利要求第12条，当曲拐轴（K）有几个曲柄连杆颈（H₁…H_n）和n+1个中间轴承颈（m₁…m_n+1）时，研磨机的特点是，夹头（2）的中心距要相当于两相邻的曲柄连杆颈（H₁…H_n）或两相邻的中间轴承颈（m₁…m_n+1）的间距的1-至（n-1）倍。

14、根据权利要求12或13条，该研磨机的特征是，通过装置（S）可使曲拐轴（K）轴向换位从一次（第一次）夹紧位置以最小距离，即两相邻的曲柄连杆颈（H₁…H_n）或两相邻的中间轴承颈（m₁…m_n+1）的中间间距进入曲拐轴（K）的另一夹紧位置。

15、根据权利要求14条，研磨机的特征是，换位装置（5）可使曲拐轴（K）在三个中间轴承颈（m₁…m_n+1）之间固定夹紧。

16、根据权利要求第14或15条，研磨机的特征是，换位装置（5）操作曲拐轴（K）置入第一次位置并控制曲拐轴（K）从最后的夹紧位置中取出。

17、根据权利要求第12至16条的一条，研磨机的特征是，曲拐轴（K）的轴向位置是由夹头（2）和中间轴承颈（m₁…m_n+1）初步确定并借助一轴向位置装置（6）可实现精调。

18、根据专利权利要求17条，研磨机的特征是，轴向定位装置（6）将曲拐轴（K）的轴向夹紧位置靠向将研磨的曲柄连杆颈（H₁…H_n）的颈肩并通过轴向移动工件台（4）精调定位。

19、根据权利要求第16至18条的一条，研磨机的特征是，曲拐轴（K）通过换位装置（5）可以放入第一夹紧位置并进入规定的将首先要研磨的曲柄连杆颈（H₁…H_n）的旋转位置。

20、根据权利要求第19条，研磨机的特征是，曲拐轴的径向夹紧位置可借助一控制装置进行监控。

21、根据权利要求第19至20条，研磨机的特征是，通过分位装置（7）在将要研磨的曲柄连杆颈（H₁…H_n）旁夹住曲拐轴（K）并使其旋转进入与将要研磨的曲柄连杆颈（H₁…H_n）相关的研磨位置。

22、根据权利要求第21条，研磨机的特征是，为了精调曲柄连杆颈（H₁…H_n）的研磨位置，最先研磨了的曲柄连杆颈（H₁…H_n）将作为参考标准使用。

23、根据权利要求第12至22条的一条，研磨机的特点是，通过一种装置使砂轮（S）的径向给进力与被夹紧的曲拐轴（K）的不同速度相匹配。

24、根据权利要求第12至23条的一条，研磨机的特点是，曲拐轴（K）可以不同的转速驱动。

25、根据权利要求12至24条的一条，研磨机的特点是，通过装置（8）可矫正砂轮。

26、根据权利要求12至25条的一条，研磨机的特点是，在研磨期间，通过装置（6）可测量曲柄连杆颈（H₁…H_n）的直径。

27、根据权利要求第12至26条的一条，研磨机的特征是，直径测量装置（6）、轴向位置装置（6）、换向装置（5）和/或分径装置（7）借助回转台可从返回去的等候位置转入轴拐轴（K）旁的工作位置。

28、根据权利要求12至27条的一条，研磨机的特点是，研磨期间，工具台主要是通过液压系统固定夹紧。

29、根据权利要求第12至28条的一条，研磨机的特点是，在曲拐轴（K）放入、换位、和/或分位时，夹头可以固定。

30、根据权利要求第12至29条的一条，研磨机的特点是，在分位期间，曲拐轴（K）的夹紧装置可以松开。

31、根据权利权利要求第12至30条的一条，研磨机的特点是，采用数控系统控制。

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