CN114227389B - 凸轮轴磨削方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凸轮轴磨削方法，凸轮轴包括多组凸轮，包括以下步骤：设定第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序，三个磨削程序均至少包括空磨起始直径和空磨进给速度的设置；调用第二磨削程序，并开始首件凸轮轴的磨削；检测空磨电流百分比，根据检测到空磨电流百分比I₁，选择第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序中的一个对次件凸轮轴进行磨削，或停机检查毛坯并确认砂轮质量；第一磨削程序适用于空磨电流百分比偏下限的凸轮轴毛坯，第二磨削程序适用于空磨电流百分比为中间值的凸轮轴毛坯，第三磨削程序适用于空磨电流百分比偏上限的凸轮轴毛坯。本发明能够根据当前的空磨电流百分比进行相应的调整不同的程序，满足不同尺寸的凸轮轴毛坯磨削精度和品质。

Description

凸轮轴磨削方法

技术领域

本发明涉及磨削工艺的技术领域，尤其涉及一种凸轮轴磨削方法。

背景技术

现有的高速精密凸轮轴磨床基于成品尺寸和标准尺寸的毛坯为基准设定空磨起始直径和磨削工艺，由于铸造毛坯尺寸波动，毛坯尺寸过大时容易发生凸轮和砂轮碰撞、凸轮轴磨削成品各凸轮组相位品质不稳定和品质不良流出风险；基于最大尺寸毛坯为基准设定空磨起始直径和磨削工艺虽然可以杜绝品质波动和流出问题，但是磨削标准尺寸和偏下限尺寸的毛坯时存在严重的技术工艺冗余和节拍浪费、生产效率低下的问题。品质和效率两者存在“鱼和熊掌不可兼得"的矛盾。目前已有的专利基本针对轧辊等规则的圆柱体、圆锥体的工件磨削，空磨起始直径和空磨进给对其来说无关紧要。本发明主要针对凸轮轴这一不规则形状的工件磨削，空磨起始直径和空磨进给是不规则工件高速精密磨削的关键和核心所在技术和工艺参数。

凸轮轴磨削同普通的轧辊磨削、曲轴等零件磨削还存在另一个很大的差异，对于凸轮轴这样的细长中空类薄壁零件的磨削，磨削抗力大时工件更容易产生扭曲变形。传统的凸轮轴磨削工艺每组凸轮采用同一套参数磨削，距离卡盘夹持驱动侧越远的一组凸轮磨削时工件扭曲变形越大，凸轮相位误差越大，且随着凸轮到卡盘距离的增加，每组凸轮相位误差呈现阶梯状逐渐增大的恶化趋势，严重影响发动机的节油性能和信噪比。

其次，砂轮修整按照固定磨削次数实施，修整间隔次数设定过高时当出现砂轮磨削力不足、砂轮修整不良、毛坯硬度偏大等情况时，工件光洁度容易超差，无法实现精密磨削。修整间隔次数设定过低时造成砂轮浪费和成本增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兼顾品质和效率的凸轮轴磨削方法。

本发明的技术方案提供一种凸轮轴磨削方法，所述凸轮轴包括多组凸轮，包括以下步骤：

设定第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序，三个磨削程序均至少包括空磨起始直径和空磨进给速度的设置；

调用所述第二磨削程序，并开始磨削所述首件凸轮轴；

检测空磨电流百分比I₁，根据检测到空磨电流百分比I₁，选择所述第一磨削程序、所述第二磨削程序和所述第三磨削程序中的次根凸轮轴进行磨削，或停机检查毛坯并确认砂轮质量；

其中，所述空磨电流百分比是空磨阶段内砂轮主轴电机最大电流值与额定电流的百分比，所述第一磨削程序适用于空磨电流百分比偏下限的凸轮轴毛坯，所述第二磨削程序适用于空磨电流百分比为中间值的凸轮轴毛坯，所述第三磨削程序适用于空磨电流百分比偏上限的凸轮轴毛坯。

进一步地，当所述空磨电流百分比I₁<35％或I₁>150％时，停机检查毛坯并确认砂轮质量；

当所述空磨电流百分比为35％＜I₁≤50％时，调用所述第一磨削程序；

当所述空磨电流百分比为50％＜I₁≤95％时，调用所述第二磨削程序；

当所述空磨电流百分比为95％＜I₁≤150％时，调用所述第三磨削程序。

进一步地，所述第二磨削程序的空磨起始直径为a1，a1＝L1-D1，其中L1为毛坯标准长径，D1为毛坯标准基圆半径。

进一步地，所述第一磨削程序的空磨起始直径为a1-2k1/3，其中k1为毛坯公差。

进一步地，所述第三磨削程序的空磨起始直径为a1+2k1/3，其中k1为毛坯公差。

进一步地，三个磨削程序均包括粗磨起始直径b1，b1＝a1-n*f1,其中f1为空磨进给速度,n为空磨圈数。

进一步地，所述第二组凸轮的空磨进给速度为f1，所述第一组凸轮的空磨进给速度为f1*1.1，所述第三组凸轮的空磨进给速度为f1*0.9，所述第四组凸轮的空磨进给速度为f1*0.8。其中，f1基于凸轮轴和砂轮、产品磨削品质试验得出，不同工件和不同设备数据存在差异。

进一步地，三个磨削程序均包括精磨起始直径c1，c1＝b1-n*h1,h1为粗磨进给速度，n为粗磨圈数。

进一步地，所述第二组凸轮的粗磨进给速度为g1,所述第一组凸轮的粗磨进给速度为g1*1.1，所述第三组凸轮的粗磨进给速度为g1*0.9，所述第四组凸轮的粗磨进给速度为g1*0.8。其中，g1基于凸轮轴和砂轮、产品磨削品质试验得出，不同工件和不同设备数据存在差异。

进一步地，还包括以下步骤：

检测粗磨电流百分比I₂，所述粗磨电流百分比是从粗磨起始到粗磨结束阶段内砂轮主轴电机电流值与额定电流的百分比；

当I₂<95％时，砂轮继续使用；

当95％<I₂≤120％时，设备自动调用程序对所述砂轮进行自动修整；

当I₂>120％时，检查设备。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

本发明先直接调用标准的第二磨削程序，通过对首件凸轮轴的空磨来检测空磨电流百分比最大值，然后根据检测到的空磨电流百分比最大值，选取相应的设定好的磨削程序对次根凸轮轴开始磨削，各个磨削程序根据不同的空磨电流百分比进行了不同的调整，至少设定了空磨起始直径和空磨进给速度，使得空磨起始直径和空磨进给速度能够根据当前的空磨电流百分比进行相应的调整，满足磨削品质的要求，同时快速选取设定的对应的磨削程序，能够高效地完成全部凸轮轴的磨削加工。

附图说明

参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明凸轮轴和卡盘的结构示意图；

图2是本发明一实施例中凸轮轴磨削方法的流程图；

图3是本发明一实施例中磨削程序的参数表；

图4是本发明一实施例中空磨电流、对应毛坯尺寸和空磨起始直径和程序的对应表；

图5是本发明一实施例中砂轮自动修整的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本发明的一些实施例中，凸轮轴磨削方法，凸轮轴包括多组凸轮，包括以下步骤：

设定第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序，三个磨削程序均至少包括空磨起始直径和空磨进给速度的设置；

调用第二磨削程序，并开始磨削首件凸轮轴；

检测空磨电流百分比I₁，根据检测到空磨电流百分比I₁，选择第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序中的一个对次件凸轮轴进行磨削，或停机检查毛坯并确认砂轮质量；

其中，空磨电流百分比是空磨阶段内砂轮主轴电机最大电流值与额定电流的百分比，第一磨削程序适用于空磨电流百分比偏下限的凸轮轴毛坯，第二磨削程序适用于空磨电流百分比为中间值的凸轮轴毛坯，第三磨削程序适用于空磨电流百分比偏上限的凸轮轴毛坯。

具体为，凸轮轴适用于包括二组、三组、四组、五组、六组凸轮等多组凸轮的凸轮轴。下列所述以包含四组凸轮的凸轮轴为例。如图1所示，凸轮轴10包括第一组凸轮1、第二组凸轮2、第三组凸轮3、第四组凸轮4，以靠近发动机驱动端开始编号，靠近发动机驱动端的为第一组凸轮1。第一组凸轮1、第二组凸轮2、第三组凸轮3和第四组凸轮4均在凸轮轴10的同一个轴心线上，各组凸轮相位不一样。

磨削凸轮轴10前，凸轮轴10的靠近第一组凸轮1的一端被卡盘20夹持；磨削时，卡盘20带动凸轮轴10转动，对各组凸轮进行磨削加工。

本实施例中，开始磨削加工前，先设定第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序，三个磨削程序均至少包括空磨起始直径和空磨进给速度的设置。其中，第二磨削程序为标准程序，包括常用的磨削加工参数，因此在检测空磨电流百分比前，先直接调用第二磨削程序中的参数，对首件凸轮轴进行磨削，磨削过程中，检测当前的空磨电流百分比。

获取到的空磨电流百分比，作为选取后续次根凸轮轴加工的磨削程序的条件，根据空磨电流百分比的范围，来选取选用三个磨削程序中的哪一个。当空磨电流百分比不符合磨削加工的条件时，停机检查毛坯并确认砂轮质量。

本发明中的空磨电流百分比是空磨阶段内砂轮主轴电机最大电流值与额定电流的百分比。采用额定电流的百分比而非采用实际的电流百分比是基于不同的磨床、不同的电机磨削过程中实际电流百分比存在很大的差异没有可比性，而实际的电流百分比与额定电流百分比和电机负载百分比相当，适用于不同的磨床和不同的电机。

本实施例中，由于磨削程序的参数重点包括空磨起始直径和空磨进给速度。和现有的磨削加工专利仅提到粗磨进给速度的优化，没有关注空磨起始直径和空磨进给速度的优化有很明显的独特。而且，对于凸轮轴等不规则形状的工件磨削最重要的是空磨起始直径和空给进给速度而非单一的粗磨起始直径和粗磨进给速度。因此，选取合适的空磨起始直径和空磨进给速度，更有利于提升凸轮轴等不规则工件的磨削加工品质。

此外，本实施例中先直接调用标准的第二磨削程序，通过对首件凸轮轴的空磨来检测空磨电流百分比，然后根据检测到的空磨电流百分比，选取相应的设定好的磨削程序开始磨削次件凸轮轴，既保证了尺寸偏上限的大毛坯凸轮轴高精磨磨削品质的要求，又消除了尺寸偏下限的小毛坯凸轮轴磨削节拍浪费实现了高速磨削。兼顾了凸轮轴磨削的品质和效率的要求。

本发明能够满足不同尺寸的凸轮轴毛坯磨削精度和品质，特别针对细长的中空薄壁类凸轮轴采用阶梯式递减进给磨削工艺保证每组凸轮的相位同一性和精密磨削品质的要求。同时根据粗磨阶段的电流百分比监测自主实现砂轮的自动修整，解决砂轮定期修整的种种弊端。

进一步地，如图2所示，当空磨电流百分比I₁<35％或I₁>150％时，停机检查毛坯并确认砂轮质量；

当空磨电流百分比为35％＜I₁≤50％时，调用第一磨削程序；

当空磨电流百分比为50％＜I₁≤95％时，调用第二磨削程序；

当空磨电流百分比为95％＜I₁≤150％时，调用第三磨削程序。

具体为，磨削加工开始后，先调用第二磨削程序对首件凸轮轴进行空磨；

检测空磨电流百分比，先判断空磨电流百分比是否满足I₁≥35％；

当空磨电流百分比不满足I₁≥35％的条件时，此时说明空磨电流百分比I₁<35％，执行停机检查毛坯并确认砂轮质量；

当空磨电流百分比满足I₁≥35％的条件时，继续判断当前的空磨电流百分比是否满足I₁≥50％；

当空磨电流百分比不满足I₁≥50％的条件时，此时说明空磨电流百分比为35％＜I₁≤50％，次根凸轮轴磨削调用第一磨削程序；

当空磨电流百分比满足I₁≥50％的条件时，继续判断当前的空磨电流百分比是否满足50％＜I₁≤95％；

当空磨电流百分比满足50％＜I₁≤95％时，次根凸轮轴磨削调用第二磨削程序；

当空磨电流百分比不满足50％＜I₁≤95％时，继续判断当前的空磨电流百分比是否满足95％＜I₁≤150％；

当空磨电流百分比不满足95％＜I₁≤150％时，此时说明空磨电流百分比I₁>150％，执行停机检查毛坯并确认砂轮质量；

当空磨电流百分比满足95％＜I₁≤150％时，次根凸轮轴磨削调用第三磨削程序。

较佳地，如图2所示，通过空磨电流百分比来调取第一磨削程序，或第二磨削程序，或第三磨削程序后，对次根凸轮轴进行磨削加工；

然后，继续对空磨电流百分比进行检测和判断，根据当前的空磨电流百分比，选取磨削程序，对次根凸轮轴进行磨削加工，此时可以直接判断当前的空磨电流百分比是否满足I₁≥50％；

通过不断判断当前的空磨电流百分比，能够使不同尺寸的凸轮毛坯自动调用对应的磨削工艺，既保证磨削品质又保证磨削节拍没有浪费。

可选地，也可以只判断一次空磨电流百分比，选取一次磨削程序后，对应全部的凸轮，能够进一步提高工作效率。

进一步地，如图3所示，第二磨削程序的空磨起始直径为a1，a1＝L1-D1，其中L1为毛坯标准长径，D1为毛坯标准基圆半径。

L1和D1为已知的标准值，因此可以通过计算得到第二磨削程序的空磨起始直径为a1。

进一步地，如图3所示，第一磨削程序的空磨起始直径为a1-2k1/3，其中k1为毛坯公差。其中，毛坯公差是凸轮轴毛坯产品尺寸设计标准，每个产品的成品和毛坯设计时就规定了尺寸和形状等基本要素，毛坯的实际公差可以通过现场统计1000根工件统计得到。

进一步地，如图3所示，第三磨削程序的空磨起始直径为a1+2k1/3，其中k1为毛坯公差。

如图4所示，本实施中的磨削工艺参数和空磨起始直径基于凸轮成品和毛坯实际尺寸的基准设定，对工件空磨阶段的磨削电流变量高频监控和采样，利用空磨检测电流百分比和毛坯大小同趋性原理，根据空磨阶段的磨削电流百分比选择设定空磨起始直径和调用相应的磨削程序。当首件凸轮轴的空磨电流百分比位于50％＜I≤95％区间时，次件凸轮轴的空磨起始直径采用a1参数，并调用第二磨削程序；当首件凸轮轴的空磨电流百分比位于95％＜I≤150％区间时，次件凸轮轴的空磨起始直径采用a1+k1/3参数并调用第三磨削程序，既避免了跳开空磨提前进入粗磨阶段引发砂轮碰撞崩裂的风险，又保证了加工品质稳定性实现精密磨削；当首件凸轮轴的空磨电流百分比位于35％＜I≤50％区间时，次件凸轮轴的空磨起始直径采用a1-k1/3参数并调用第一磨削程序，减少空磨圈数和节拍，实现高效率磨削。

进一步地，三个磨削程序均包括粗磨起始直径b1，b1＝a1-n*f1,其中f1为空磨进给速度，n为空磨圈数，可以得出b1的值。

进一步地，如图3所示，三个磨削程序均包括精磨起始直径、微磨起始直径和光磨起始直径，其中精磨起始直径c1，c1＝b1-n*g1,g1为粗磨进给速度，n为粗磨圈数；微磨起始直径d1＝c1-n*h1,h1为精磨进给速度，n为精磨圈数；光磨起始直径e1＝d1-n*i1,i1为微磨进给速度，n为微磨圈数。

因此，当确定了空磨起始直径后，选定的对应的磨削程序后，避免了毛坯过大撞机和品质不稳定的隐患和毛坯过小节拍浪费效率低下的问题，实现了高速精密磨削。

进一步地，如图3所示，第二组凸轮的空磨进给速度为f1，f1基于凸轮轴和砂轮、产品磨削品质试验得出，不同工件和不同设备数据存在差异，第一组凸轮的空磨进给速度为f1*1.1，第三组凸轮的空磨进给速度为f1*0.9，第四组凸轮的空磨进给速度为f1*0.8。

第二组凸轮的粗磨进给速度为g1，g1基于凸轮轴和砂轮、产品磨削品质试验得出，不同工件和不同设备数据存在差异，第一组凸轮的粗磨进给速度为g1*1.1，第三组凸轮的粗磨进给速度为g1*0.9，第四组凸轮的粗磨进给速度为g1*0.8。

第二组凸轮的精磨进给速度为h1,h1基于凸轮轴和砂轮、产品磨削品质试验得出，不同工件和不同设备数据存在差异，第一组凸轮的精磨进给速度为h1*1.1，第三组凸轮的精磨进给速度为h1*0.9，第四组凸轮的精磨进给速度为h1*0.8。

可选地，如图3所示，全部组凸轮的微磨进给速度为i1，i1≤0.01mm。

全部组凸轮的光磨进给速度为j1，j1≤0.005mm。

本实施例中，对每组凸轮采用阶梯式递减进给的差异化参数磨削设计，从卡盘侧开始到远离卡盘侧的1-4组凸轮的空磨进给速度、粗磨进给速度和精磨进给速度，以第二组凸轮的进给速度为基准分别按照1.1倍率、1.0倍率、0.9倍率、0.8倍率以阶梯式递减进给速度磨削，降低工件扭曲变形对各组凸轮相位的影响，提升发动机的节油性能、信噪比等综合性能。

可选地，当有6组凸轮的凸轮轴磨削时，从靠近卡盘开始的1-6组凸轮则可以按照1.1倍率、1.0倍率、0.9倍率、0.8倍率、0.7倍率、0.6倍率的阶梯式递减进给速度磨削。

进一步地，如图5所示，还包括以下步骤：

检测粗磨电流百分比I₂，所述粗磨电流百分比是从粗磨起始到粗磨结束阶段内砂轮主轴电机电流值与额定电流的百分比；

当I₂<95％时，砂轮继续使用；

当95％<I₂≤120％时，设备调用程序自动对砂轮进行自动修整；

当I₂>120％时，检查设备。

本实施例中，根据粗磨的电流百分比监控自动调用设备程序进行砂轮修整，砂轮粗磨电流百分比I₂≤95％区间时，砂轮继续磨削无需修整，可以延长砂轮使用寿命，降低成本；当出现砂轮磨削力不足、毛坯硬度偏大等情况时，粗磨电流百分比位于95％＜I₂≤120％区间时，系统自动调用程序进行砂轮修整提高砂轮锋利度，消除因砂轮磨削力不足引发的设备颤振和波纹和光洁度超差问题，保证精密磨削的品质。当I₂>120％时，则停机检查设备，必要时更换砂轮。

本发明解决了现有技术中高速精密磨床效率和品质两者不可兼得的难题；并且杜绝高速精密磨床因毛坯尺寸偏大引发的销伤、相位精度超差、定位销孔裂纹、工件报废率超高的行业难题；现有技术主要用于规则形状的工件，只需专注粗磨进给速度等工艺参数设计，未涉及到空磨起始直径和空磨进给速度工艺参数设计，对于凸轮轴等不规则形状的工件磨削最核心的是空磨起始直径、空磨进给速度工艺参数的设计，因此本发明对于凸轮轴等不规则形状的工件的磨削能过获取更精密的磨削品质和更合理的节拍。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种凸轮轴磨削方法，所述凸轮轴包括多组凸轮，其特征在于，包括以下步骤：

设定第一磨削程序、第二磨削程序和第三磨削程序，三个磨削程序均至少包括空磨起始直径和空磨进给速度的设置；

调用所述第二磨削程序，并开始磨削首件凸轮轴；

检测空磨电流百分比I₁，根据检测到空磨电流百分比I₁，选择所述第一磨削程序、所述第二磨削程序和所述第三磨削程序中的一个对次件凸轮轴进行磨削，或停机检查毛坯并确认砂轮质量；

其中，所述空磨电流百分比是空磨阶段内砂轮主轴电机最大电流值与额定电流的百分比，所述第一磨削程序适用于空磨电流百分比偏下限的凸轮轴毛坯，所述第二磨削程序适用于空磨电流百分比为中间值的凸轮轴毛坯，所述第三磨削程序适用于空磨电流百分比偏上限的凸轮轴毛坯；

所述空磨电流百分比为偏下限时，35％＜I₁≤50％；

所述空磨电流百分比为中间值时，50％＜I₁≤95％；

所述空磨电流百分比为偏上限时，95％＜I₁≤150％。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，

当所述空磨电流百分比I₁<35％或I₁>150％时，停机检查毛坯并确认砂轮质量；

当所述空磨电流百分比为35％＜I₁≤50％时，调用所述第一磨削程序；

当所述空磨电流百分比为50％＜I₁≤95％时，调用所述第二磨削程序；

当所述空磨电流百分比为95％＜I₁≤150％时，调用所述第三磨削程序。

3.根据权利要求1所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，所述第二磨削程序的空磨起始直径为a1，a1＝L1-D1，其中L1为毛坯标准长径，D1为毛坯标准基圆半径。

4.根据权利要求3所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，所述第一磨削程序的空磨起始直径为a1-2k1/3，其中k1为毛坯公差。

5.根据权利要求3所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，所述第三磨削程序的空磨起始直径为a1+2k1/3，其中k1为毛坯公差。

6.根据权利要求3所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，三个磨削程序均包括粗磨起始直径b1，b1＝a1-n*f1,其中f1为空磨进给速度，n为空磨圈数。

7.根据权利要求6所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，所述凸轮轴包括第一组凸轮、第二组凸轮、第三组凸轮和第四组凸轮，所述第二组凸轮的空磨进给速度为f1，所述第一组凸轮的空磨进给速度为f1*1.1倍率，所述第三组凸轮的空磨进给速度为f1*0.9倍率，所述第四组凸轮的空磨进给速度为f1*0.8倍率。

8.根据权利要求7所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，三个磨削程序均包括精磨起始直径c1，c1＝b1-n*h1，h1为粗磨进给速度，n为粗磨圈数。

9.根据权利要求8所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，所述第二组凸轮的粗磨进给速度为g1,所述第一组凸轮的粗磨进给速度为g1*1.1，所述第三组凸轮的粗磨进给速度为g1*0.9，所述第四组凸轮的粗磨进给速度为g1*0.8。

10.根据权利要求1所述的凸轮轴磨削方法，其特征在于，还包括以下步骤：

检测粗磨电流百分比I₂，所述粗磨电流百分比是从粗磨起始到粗磨结束阶段内砂轮主轴电机电流值与额定电流的百分比；

当I₂<95％时，砂轮继续使用；

当95％<I₂≤120％时，设备调用程序自动对所述砂轮进行自动修整；

当I₂>120％时，检查设备。

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