[實用新型]一種恒速曲軸隨動磨削加工實驗系統

有效

• 申請號: 201720362267.4
• 申請日: 2017-04-09
• 公開（公告）號: CN206780075U
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 范晉偉;鄔昌軍;李中生;陶浩浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B24B5/42
• 分類號: B24B5/42;B24B41/02;B24B41/00;B24B47/12;B24B1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本實用新型涉及一種磨削加工實驗系統及工藝方法，適用于曲軸隨動磨削加工，通過控制砂輪的橫向進給和工件回轉運動，在磨削連桿頸時，實現磨削點繞連桿頸中心做恒速運動。

背景技術

發動機是汽車的動力源泉，而曲軸(如圖1所示)則是作為汽車發動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，是發動機的心臟，曲軸的加工質量嚴重影響發動機的各項性能指標，也就影響了整車的使用壽命和相關功能。由于曲軸形狀復雜工序間轉運困難，因此曲軸的加工對機床、檢具和轉運工具等要求很高。精密磨削加工作為曲軸生產的終加工工序，決定了曲軸的最終加工質量。

在磨削連桿頸時，通過控制砂輪的橫向進給和工件回轉運動，也就是頭架的旋轉運動 (C軸)與砂輪架的往復跟蹤(X軸)為聯動控制，砂輪的磨削點始終與連桿頸相切，以達到隨動實時跟蹤磨削，保證連桿頸的磨削質量和表面質量。由于連桿頸中心相對于主軸頸中心線存在偏心距，在頭架主軸采用恒轉速過程中，連桿頸上的磨削點相對于轉動中心的速度和受力狀態是時刻變化的，且各個位置磨削時間也不一樣，如圖3所示。因此，出現了工件表面磨削深度不均勻和單位時間去除率是變化的，引起了工件的不圓度、錐度，嚴重影響了工件的精度和表面質量，造成了工件的次品率的提高。

實用新型內容

針對曲軸隨動磨削加工中的問題，本實用新型提出了一種基于頭架主軸在旋轉過程中為變速運動，工件磨削點相對于連桿頸中心為恒速運動的曲軸隨動磨削加工工藝方法，本實用新型避免了在磨削加工過程中，磨削點相對于轉動中心的速度和受力狀態時刻變化的情況，針對隨動磨削加工運動結構和工作特點，推導出曲軸磨削加工時，砂輪和曲軸磨削點的瞬時位置運動軌跡表達方程，計算出整個切點跟蹤磨削周期中，在連桿軸頸上產生的恒去除率切削方程，以此為基礎實現磨削點繞連桿頸中心做恒速運動，以達到精密磨削加工的要求。

一種恒速曲軸隨動磨削加工實驗系統，曲軸隨動磨削加工(如圖2所示)是以曲軸主軸頸進行定位，以主軸頸中心連線為回轉中心，采用現代數控技術，通過工件旋轉軸(C1、 C2軸)、砂輪進給軸(X1、X2軸)及砂輪架后滑臺(Z1、Z2軸)的六軸同步插補聯動，實現一次裝夾，雙砂輪同步磨削曲軸連桿頸和主軸頸。

一種恒速曲軸隨動磨削加工實驗系統，該系統包括床身、頭架、裝夾卡盤、曲軸、Z 向導軌、X向導軌、電機和砂輪，床身的側部為支撐臺，支撐臺頂部設有一對滑軌a，頭架安裝在滑軌a上；曲軸通過裝夾卡盤安裝在頭架上；床身的底面設有一對滑軌b，Z向導軌的底部與滑軌b相配合，Z向導軌的頂部設有一對滑軌c，X向導軌的底部與滑軌c 相配合；兩個X向導軌對稱布置在Z向導軌上，X向導軌的頂部均安裝有電機，兩部電機對稱設置，每部電機分別驅動一個砂輪，砂輪與曲軸的位置相對應。

X向導軌的兩側設有盲孔，X向導軌的頂部設有階梯面，盲孔用于填充散熱工質，保證X向導軌的散熱穩定；階梯面用于保證電機在轉動過程中保持穩定，同時節省了材料。

一種基于頭架主軸在旋轉過程中為變速運動，工件磨削點相對于連桿頸中心為恒度運動的曲軸隨動磨削加工工藝方法，該方法包括以下步驟：

(1)建立隨動磨削加工的瞬時位置方程

如圖4所示，分別在主軸頸軸中心、砂輪中心、以及連桿頸軸中心建立與各自部件固連的坐標系O₁X₁Y₁，O₂X₂Y₂，O₃X₃Y₃,在主軸頸軸中心建立固定不動的大地坐標系O₀X₀Y₀。在初始位置時，θ₁,θ₂為零，所有坐標系坐標軸均與大地坐標系平行，坐標系O₁X₁Y₁原點坐標為(0,0)，坐標系O₂X₂Y₂的原點坐標為(L,0),坐標系O₃X₃Y₃的原點坐標為(R₀，0)，砂輪可沿X軸平行移動，位移量參數為x，曲軸可繞主軸頸軸中心轉動，轉角為θ₁。設在連桿頸軸中心坐標系中有一個起點(0，0)，終點為任意點p的矢量r，矢量r與連桿頸軸中心坐標系X₃軸的夾角為θ₂，任意點p在連桿頸軸中心坐標系中的坐標為：