圖一
對(duì)于曲軸加工設(shè)備來講，磨床是使產(chǎn)品零件達(dá)到工藝要求的最終加工機(jī)床，固對(duì)其精度要求極高、復(fù)雜程度極難。對(duì)于工件長(zhǎng)度超過6m,重量超過5t,工件的主軸頸和連桿頸粗糙度值要達(dá)到R a=0.4~0.6μm,主軸頸、連桿頸直徑公差在0.008mm,主軸頸和連桿頸直線度在0.01 / 200 mm,連桿頸圓柱度0.015 mm,連桿頸分度±15′的技術(shù)要求并且加工不同角度和不同偏心量的連桿頸磨削的大型曲軸磨床，其要求就更高了。
根據(jù)目前現(xiàn)有設(shè)備狀況和加工工藝，曲軸在磨床上的加工是分兩步執(zhí)行的，也就是說加工磨削主軸頸和連桿頸是由兩種機(jī)型分開實(shí)施的，這主要是受到設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制和約束。一般磨削主軸頸選擇在大型的普通外圓磨床進(jìn)行，曲軸依靠外圓磨床的頭架單驅(qū)動(dòng)，在二頂尖和中心架的支撐下逐步對(duì)主軸頸進(jìn)行磨削。在磨削主軸頸的過程中，產(chǎn)品的尺寸精度和技術(shù)要求都由人工直接干預(yù)。特別是對(duì)中心架兩個(gè)方向支撐力量的控制，這就要看操作工人的熟練掌握程度，但要長(zhǎng)期依靠人為因素來保證質(zhì)量穩(wěn)定是難以做到的，也是不科學(xué)的。如圖1所示，在加工磨削連桿頸直徑時(shí)，是選擇專用的曲軸磨床來進(jìn)行加工的。這種曲軸磨床的頭尾座卡盤是可以以頭尾座中心軸線為基準(zhǔn)，按照曲軸主軸頸和連桿頸的沖程偏心量進(jìn)行調(diào)整，使頭尾座卡盤夾持連桿頸的中心圍繞頭尾座主軸的旋轉(zhuǎn)中心，對(duì)連桿頸直徑進(jìn)行磨削加工。如圖2所示。
因?yàn)榍S技術(shù)設(shè)計(jì)的原因，它在長(zhǎng)度質(zhì)量分配上存在著比較大的偏心，如果不采取措施，曲軸在加工旋轉(zhuǎn)中會(huì)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻的現(xiàn)象并產(chǎn)生有離心力狀況，這樣磨削加工的表面粗糙度肯定會(huì)受到影響。所以在機(jī)床的頭尾座后側(cè)都配制了配重裝置，通過觀察頭尾座的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流的情況進(jìn)行調(diào)整，從而可以改善和均衡頭尾座的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。因?yàn)榍S本身結(jié)構(gòu)的原因，在頭尾座同時(shí)夾緊曲軸兩頭時(shí)，頭尾座在旋轉(zhuǎn)時(shí)不同步就會(huì)造成曲軸的扭曲而影響加工精度。目前為了保證頭尾座的同步，曲軸磨床頭尾座的傳動(dòng)方式有兩種，一是通過同步軸傳遞，即頭座作為主傳動(dòng)經(jīng)過一系列的傳動(dòng)鏈傳遞到尾座，使它們實(shí)現(xiàn)曲軸磨床的頭尾座卡盤同步，保證曲軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不造成扭曲的現(xiàn)象。這種傳遞的方式制造成本低，但不可避免地存在機(jī)械傳動(dòng)鏈過長(zhǎng)有間隙和磨損的現(xiàn)象，給調(diào)整帶來諸多的不便。另一種是利用頭尾座旋轉(zhuǎn)作為兩軸，采用數(shù)控同步技術(shù)，使頭尾座在旋轉(zhuǎn)的過程中旋轉(zhuǎn)誤差達(dá)到最小。有的在采用了頭尾座旋轉(zhuǎn)作為兩軸的數(shù)控同步技術(shù)的制造廠家，為了防止因設(shè)備故障和突然停電造成頭尾座失步，使設(shè)備損壞以及造成產(chǎn)品的報(bào)廢，把砂輪電動(dòng)機(jī)作為突然停電后的大直徑砂輪的慣性當(dāng)作發(fā)電機(jī)使用，把發(fā)出的電提供給頭尾座電動(dòng)機(jī)作為臨時(shí)電源，臨時(shí)保證頭尾座能夠在短時(shí)間內(nèi)有旋轉(zhuǎn)的空間防止故障的擴(kuò)大。同時(shí)為防止頭尾座電器系統(tǒng)本身的故障而引起失步，在頭尾座機(jī)械部分設(shè)計(jì)有超越離機(jī)構(gòu)作為保護(hù)裝置，在實(shí)際運(yùn)行中因頭座調(diào)速系統(tǒng)模板故障造成頭尾座失步3°，正因?yàn)樵谠撗b置的作用下防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大和保全近30萬(wàn)元的工件報(bào)廢。
圖二
曲軸屬于細(xì)長(zhǎng)軸零件，在加工時(shí)會(huì)形成中間下垂的情況，有的廠家為了克服這種狀態(tài)在機(jī)床設(shè)計(jì)中加有機(jī)械、電氣、液壓測(cè)量等系統(tǒng)組成的曲軸防下垂吊系統(tǒng)。圖3、圖4所示就是該裝置的外形，這個(gè)裝置在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置為第三軸，它的防曲軸下垂吊力由液壓比例閥控制，保持和頭尾座旋轉(zhuǎn)角度的同步。
圖三
圖四
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床功能部件水平的提高，目前國(guó)外已經(jīng)發(fā)展出一種隨動(dòng)磨削曲軸的新設(shè)備新工藝，它只要在同一臺(tái)機(jī)床上通過一次夾裝就可以同時(shí)磨削加工曲軸主軸頸和連桿頸，而不需要再用兩臺(tái)設(shè)備依次分別對(duì)曲軸主軸頸和連桿頸進(jìn)行磨削。
圖5是該設(shè)備基本結(jié)構(gòu)和加工工藝布置的示意圖。該設(shè)備在電氣系統(tǒng)上設(shè)計(jì)成全數(shù)控控制、全閉環(huán)反饋測(cè)量的控制模式，在機(jī)械設(shè)計(jì)上打破傳統(tǒng)磨床的結(jié)構(gòu)分布，把原來頭尾座和工件Z 軸移動(dòng)更改為砂輪架移動(dòng)而頭尾座及工件固定不動(dòng)，因而床身長(zhǎng)度就可以設(shè)計(jì)較短。由于采用了X 軸橫向滑臺(tái)原理，這樣就可以克服和消除因工件移動(dòng)而造成的機(jī)床變形等諸多因素，并且還增強(qiáng)了機(jī)床的剛性。固定工件的工作臺(tái)臺(tái)面設(shè)計(jì)成向砂輪架方向傾斜 20°，以便于冷卻液方便排泄帶走大量的磨削顆粒，保證了機(jī)床的熱穩(wěn)定性和工件因工作臺(tái)傾斜 20°的設(shè)計(jì)而使頭尾座能在固定工件的工作臺(tái)臺(tái)面上安全夾緊。因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不同，從而磨削方法也不同于一般的傳統(tǒng)曲軸磨床，它的主軸頸磨削采用切入式磨削法，連桿頸的磨削是采用切入式隨動(dòng)磨削法。圖6、圖7是隨動(dòng)磨削法的曲軸與砂輪運(yùn)動(dòng)的軌跡示意圖。
隨動(dòng)磨削法的公式：
式中 X --砂輪架橫向滑臺(tái)移動(dòng)軸；C--頭尾座工件夾持旋轉(zhuǎn)軸。
采用隨動(dòng)磨削法
