一种曲轴磨削方法及曲轴磨削机床的制作方法

文档序号:3361918阅读:231来源:国知局
专利名称:一种曲轴磨削方法及曲轴磨削机床的制作方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域,尤其涉及一种曲轴磨削方法。本发明还涉及一种采用上述曲轴磨削方法对曲轴进行磨削的曲轴磨削机床。
背景技术
曲轴是发动机的主要旋转机件,曲轴主要有两个重要部件主轴颈和连杆轴颈。主 轴颈的中心轴线为曲轴的回转中心,连杆轴颈与所述回转中心具有一定的偏心距,曲轴绕 自身的回转中心旋转时,连杆轴颈绕所述回转中心作公转。曲轴成型后,为了使得曲轴的尺寸满足一定精度要求,需要对曲轴进行磨削加工, 曲轴的磨削加工主要是对曲轴的连杆轴颈、主轴颈进行磨削加工。现有技术中,曲轴通常是在专用磨床磨削的。曲轴的主轴颈一般采用外圆磨床对 其进行磨削,将曲轴的主轴颈置于磨床的头架和尾架主轴的回转中心线上,曲轴的回转中 心与头架、尾架主轴的回转中心线重合,曲轴绕其回转中心进行旋转,砂轮采用外圆磨的方 式对主轴颈进行磨削。用于磨削曲轴的连杆轴颈的专用磨床一般以外圆磨床为基型,通过设置在磨床的 头架和尾架上的专用夹具,将连杆轴颈置于头架、尾架主轴的回转中心线上,即连杆轴颈的 中心线与头架、尾架主轴的回转中心线重合,曲轴绕连杆轴颈的中心线旋转,砂轮采用外圆 磨的方式对连杆轴颈进行磨削。连杆轴颈的这种磨削方式,曲轴在旋转过程中,由于曲轴的 重心与旋转中心偏移,曲轴在其自身重力作用下不能勻速旋转,使得连杆轴颈的转速不稳 定,进而使得连杆轴颈的磨削精度较低。如果曲轴具有多个连杆轴颈,各连杆轴颈在曲轴的圆周方向具有一定的角度差, 为了能够加工不同的连杆轴颈,磨床的夹具应具有一定的分度功能,即夹具能使得不同的 连杆轴颈的中心线均与头架、尾架主轴的回转中心线重合,可以采用手动分度,也可采用自 动分度,通过夹具的分度,使得每个连杆轴颈依次置于头架、尾架主轴的回转中心线上,完 成对每个连杆轴颈的磨削。在夹具的分度过程中,存在安装误差和分度误差,使得连杆轴颈 的偏心距精度及各连杆轴颈之间的角度精度均较低,进而使得连杆轴颈的磨削精度较低。另外,在一个曲轴的加工过程中,磨削完一个连杆轴颈,进行磨削另一个连杆轴颈 之前,需要对连杆轴颈进行分度,对主轴颈进行磨削时同样需要将曲轴进行分度,以便对主 轴颈进行外圆磨削,一个曲轴需要多个磨削工序才能完成,工作效率较低,而且连杆轴颈与 主轴颈的平行精度无法保证。

发明内容
本发明的目的是提供一种曲轴磨削方法,该曲轴磨削方法对曲轴的连杆轴颈进行 磨削时,连杆轴颈能够勻速旋转,连杆轴颈的磨削精度较高。本发明的另一目的是提供一种 曲轴磨削机床。为了实现上述第一个目的,本发明提供了一种曲轴磨削方法,用于对曲轴的连杆轴颈进行磨削,该曲轴磨削方法包括所述曲轴绕该曲轴的回转中心旋转,砂轮的回转中心 按预设运动轨迹曲线运动,使得砂轮的高点始终对所述连杆轴颈的高点进行磨削。优选的,所述砂轮的高点为所述砂轮的水平直径上的靠近所述连杆轴颈上的点, 所述连杆轴颈的高点为所述连杆轴颈的水平直径上靠近所述砂轮的点。优选的,所述砂轮的回转中心的运动轨迹曲线为X = EcosC-r-R、Y = EsinC,该运 动轨迹曲线的坐标原点为所述曲轴的回转中心,其中E为所述连杆轴颈的偏心距,C为所述 曲轴的转角,R为所述砂轮的半径,r为所述连杆轴颈的半径。优选的,所述砂轮的高点为所述砂轮的竖直直径上的靠近所述连杆轴颈上的点, 所述连杆轴颈的高点为所述连杆轴颈的竖直直径上靠近所述砂轮的点。优选的,所述砂轮的回转中心的运动轨迹曲线为X = EcosC.Y = EsinC+r+R,该运 动轨迹曲线的坐标原点为所述曲轴的回转中心,其中E为所述连杆轴颈的偏心距,C为所述 曲轴的转角,R为所述砂轮的半径,r为所述连杆轴颈的半径。本发明提供的曲轴磨削方法,在磨削曲轴的连杆轴颈时,使曲轴绕其自身的回转 中心旋转,连杆轴颈绕所述回转中心公转,砂轮的回转中心按预设运动轨迹曲线运动,砂轮 高点跟踪连杆轴颈的高点,砂轮的高点对连杆轴颈的高点进行磨削。只需将砂轮的回转中 心按预设的运动轨迹曲线运动,就可以保证砂轮的高点能够始终跟踪连杆轴颈的高点,使 得砂轮的高点始终对连杆轴颈的高点进行磨削,从而实现连杆轴颈的磨削。这种曲轴磨削方法,对曲轴的连杆轴颈磨削时,连杆轴颈的转速稳定,且砂轮只对 连杆轴颈的高点进行磨削,不会对连杆轴颈的高点以外的部分进行磨削,磨削精度高;只用 砂轮的高点去磨削连杆轴颈,砂轮的其他点都不参与磨削,即使砂轮的直径的变化也不会 影响磨削精度。对于具有多个连杆轴颈的曲轴,一个连杆轴颈磨削完毕,需要对下一个连杆轴颈 进行磨削时,移动曲轴使得所需磨削的连杆轴颈位于砂轮所在平面内,移动砂轮使得砂轮 的高点与该连杆轴颈的高点对准,曲轴开始旋转,砂轮也开始随曲轴的旋转进行移动,使得 砂轮的高点始终对曲轴的高点进行磨削。与现有技术相比,这种曲轴磨削方法可以消除多 次安装和分度造成的误差,使得连杆轴颈的偏心精度及各连杆轴颈之间的角度精度均能得 到显著提高,进而可使得连杆轴颈的磨削精度得到提高。另外,由于曲轴是绕其自身的回转中心进行旋转,砂轮可以采用外圆磨的方式对 曲轴的主轴颈进行磨削,各连杆轴颈、主轴颈可以通过一个磨削工序完成,工作效率较高, 连杆轴颈与主轴颈之间的平行精度也较高。为了实现上述第二个目的,本发明还提供了一种曲轴磨削机床,该曲轴磨削机床 包括床身、工作台、头架、尾架、立柱、砂轮架;所述床身的纵向设有纵向导轨,所述工作台设 于所述纵向导轨上,所述头架和尾架分别设于所述工作台的两端,所述头架内装有用于驱 动曲轴回转的驱动电机;所述床身的横向设有横向导轨,所述立柱通过滑座立装在所述横 向导轨上,所述立柱上设有沿竖直方向延伸的竖直导轨,所述砂轮架在伺服电机的驱动下 沿所述竖直导轨运动。 该曲轴磨削机床采用上述曲轴磨削方法对曲轴进行磨削,由于上述曲轴磨削方法 具有上述技术效果,采用该方法的曲轴磨削机床也应该具有相应的技术效果。优选的,所述尾架可移动地固定在所述工作台上。
优选的,所述砂轮架上装有平衡油缸。


图1为本发明所提供的曲轴磨削方法的原理示意图;图2为本发明所提供的曲轴磨削机床的一种具体实施方式
的主视结构示意图;图3为图2中曲轴磨削机床的侧视结构示意图;图4为图2中曲轴磨削机床的俯视结构示意图;图5为图3中A-A向剖视图;其中图1-图5中砂轮11、连杆轴颈12、曲轴的回转中心13 ;床身201、工作台202、头架203、尾架204、滑座205、立柱206、竖直导轨207、砂轮 架208、砂轮209、纵向导轨210、横向导轨211。
具体实施例方式本发明的第一个核心是提供一种曲轴磨削方法,该曲轴磨削方法对曲轴的连杆轴 颈进行磨削时,连杆轴颈能够勻速旋转,连杆轴颈的磨削精度较高。本发明的另一核心是提 供一种曲轴磨削机床。为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步的详细说明。请参看图1,图1为本发明所提供的曲轴磨削方法的原理示意图。如图1所示,曲轴的主轴颈与驱动装置连接,曲轴的主轴颈的中心轴线为曲轴的 回转中心13,曲轴在驱动装置的驱动下可绕该回转中心13旋转,曲轴的连杆轴颈12绕曲轴 的回转中心13公转,在一种具体实施方式
中,砂轮11与连杆轴颈12在水平方向并排设置,即砂轮11的回转中心与连杆轴颈12的中心等高。砂轮11的水平直径上距离连杆轴颈12最近的点为砂轮11的高点,即砂轮11的 水平直径上、位于砂轮11轮边上的靠近连杆轴颈12的点;连杆轴颈12的水平直径上距离 砂轮11最近的点为连杆轴颈12的高点,即连杆轴颈12的水平直径上靠近砂轮11的点。在磨削曲轴的连杆轴颈12时,曲轴绕其自身的回转中心13旋转,连杆轴颈12绕 曲轴的回转中心13公转,砂轮11的高点跟踪连杆轴颈12的高点,砂轮11的高点对连杆轴 颈12的高点进行磨削。请参看图1,曲轴的回转中心13为坐标原点,水平方向为X轴,竖直方向为Y轴。 设定连杆轴颈12旋转的起始位置为水平位置,砂轮11的回转中心位于1’点,根据上述砂 轮11的高点的定义,1点位于砂轮11的水平直径上横坐标的值最大的点,即1点为砂轮11 的水平直径上距离连杆轴颈12最近的点,所以1点为砂轮的高点;根据连杆轴颈12的高点 的定义,1点位于连杆轴颈12的水平直径上距离砂轮11最近的点,1点为连杆轴颈12的高 点,用砂轮11的高点磨削连杆轴颈12的高点。连杆轴颈12绕曲轴的回转中心13旋转C2角度,连杆轴颈12的高点为2点,砂轮 11的高点跟踪至2点,砂轮11的回转中心运动至2’点,砂轮11的高点磨削连杆轴颈12 的高点,此时连杆轴颈12的中心点的坐标为χ = EcosC2、y = EsinC2,2点的坐标为χ =EcosC2-r、y = EsinC2,2,点的坐标为 x2 = EcosC2_r-R、y2 = EsinC2。依次类推,连杆轴 颈12在绕曲轴的回转中心公转过程中,依次经过3点、4点、5点等等,砂轮11的高点依次 跟踪至3点、4点、5点等,砂轮11的回转中心运动至3’点、4’点、5,点等(4’点、5’点在图 1中未能显示)。由图1可以看出连杆轴颈12的中心的运动轨迹曲线Tl为X = EcosC, Y = EsinC ;连杆轴颈12的高点的运动轨迹曲线T2为X = EcosC-r, Y = EsinC ;由于砂轮11的高点始终跟踪连杆轴颈12的高点,砂轮11的高点的运动轨迹曲线 也为T2 ;砂轮11的回转中心的运动轨迹曲线T3为X = EcosC-r-R, Y = EsinC ;其中,E为连杆轴颈12的偏心距、C为曲轴的转角,R为砂轮11的半径,r为连杆 轴颈12的半径。由上述推理过程可以看出,砂轮11的中心的运动轨迹曲线T3为圆,在砂轮11所 在平面内通过同时在水平方向和竖直方向按照T3的轨迹方程移动砂轮11的回转中心,可 以实现砂轮11的回转中心作圆周运动,就可以保证砂轮11的高点能够跟踪连杆轴颈12的 高点,使得砂轮11的高点始终对连杆轴颈12的高点进行磨削,从而可以实现连杆轴颈12 的磨削。这种曲轴磨削方法,对曲轴的连杆轴颈12磨削时,连杆轴颈12的转速稳定,且砂 轮11只对连杆轴颈12的高点进行磨削,不会对连杆轴颈12的高点以外部分进行磨削,磨 削精度高;只用砂轮11的高点去磨削连杆轴颈12,砂轮11的其他点都不参与磨削,即使砂 轮11的直径的变化也不会影响磨削精度。由于连杆轴颈12的偏心距E、砂轮11的半径R,连杆轴颈12的半径r等参数在曲 轴的加工图纸上均为已知,可将砂轮的运动轨迹曲线进行编程形成砂轮的运动程序,砂轮 的这种运动程序是任何一个两轴以上磨削基础的数控系统所含有的典型程序,若将砂轮的 这种运动程序作为三轴联动程序中的子程序对曲轴进行磨削,将大大提高曲轴磨削的自动 化程度,具有极高的经济效益。对于具有多个连杆轴颈的曲轴,一个连杆轴颈磨削完毕,需要对下一个连杆轴颈 进行磨削时,移动曲轴使得所需磨削的连杆轴颈位于砂轮所在平面内,移动砂轮使得砂轮 的高点与该连杆轴颈的高点对准,曲轴开始旋转,砂轮也开始随曲轴的旋转进行移动,使得 砂轮的高点始终对曲轴的高点进行磨削。与现有技术相比,这种曲轴磨削方法可以消除多 次安装和分度造成的误差,使得连杆轴颈的偏心精度及各连杆轴颈之间的角度精度均能得 到显著提高,进而可使得连杆轴颈的磨削精度得到提高。另外,由于曲轴是绕其自身的回转中心进行旋转,砂轮可以采用外圆磨的方式对 曲轴的主轴颈进行磨削,各连杆轴颈、主轴颈可以通过一个磨削工序完成,工作效率较高, 连杆轴颈与主轴颈之间的平行精度也较高。 在曲轴的加工图纸中均会有各连杆轴颈的相位角,在砂轮的运动程序中C轴的数 值增加一个上述的相位角,便可在一个工序中较方便地完成对各连杆轴颈、主轴颈的磨削。
上述实施例中,砂轮与连杆轴颈在水平方向并排设置,砂轮的回转中心与连杆轴 颈的中心等高,本发明提供的曲轴磨削方法并不局限于此一种情况,还包括砂轮与连杆轴 颈在竖直方向并排设置的情况,以下实施例将对其进行简单介绍。砂轮与连杆轴颈在竖直方向并排设置,即砂轮的回转中心与连杆轴颈的中心始终 位于同一竖直平面内,砂轮的竖直直径上距离连杆轴颈最近的点为砂轮的高点,即砂轮的竖直直径上、 位于砂轮轮边上的靠近连杆轴颈的点;连杆轴颈的竖直直径上距离砂轮最近的点为连杆轴 颈的高点,即连杆轴颈的竖直直径上靠近砂轮的点。在磨削曲轴的连杆轴颈时,曲轴绕其自身的回转中心旋转,连杆轴颈绕曲轴的回 转中心公转,砂轮的高点跟踪连杆轴颈的高点,砂轮高点对连杆轴颈的高点进行磨削。若以曲轴的回转中心为坐标原点,水平方向为X轴,竖直方向为Y轴,砂轮的回转 中心的运动轨迹曲线为X = EcosC.Y = EsinC+r+R,其中,E为所述连杆轴颈的偏心距,C为 所述曲轴的转角,R为所述砂轮的半径,r为所述连杆轴颈的半径。其余具体实施过程与上述实施例类似,在此不再做详细介绍。本发明还提供了一种曲轴磨削机床,该曲轴磨削机床采用上述的曲轴磨削方法对 曲轴进行磨削。在一种具体实施方式
中,该曲轴磨削机床可以为X-Y-C三轴联动曲轴磨削机床。请参看图2-图5,图2为本发明所提供的曲轴磨削机床的一种具体实施方式
的主 视结构示意图,图3为图2中曲轴磨削机床的侧视结构示意图,图4为图2中曲轴磨削机床 的俯视结构示意图,图5为图3中A-A向剖视图。该曲轴磨削机床包括床身201、工作台202、头架203、尾架204、立柱206、砂轮架 208。床身201的纵向设有纵向导轨210,工作台202设于纵向导轨210上,工作台202 由伺服电机经滚珠丝杠驱动可在纵向导轨210上往复运动,此处形成该曲轴磨削机床的Z轴ο头架203和尾架204分别设于工作台202的两端,头架203和尾架204用于将曲 轴支撑定位,优选方案中,头架203的主轴上设有角度定位销,该角度定位销用于确定曲轴 的连杆轴颈的初始角度;头架203内装有驱动电机,该驱动电机用于驱动曲轴回转运动,此 处形成该曲轴磨削机床的C轴。驱动电机附有编码器,编码器的分辨精度可以为秒级,驱动 电机和编码器构成对曲轴回转运动的精密的闭环控制。优选方案中,为了避免热影响,驱动电机的定子设有循环水冷却系统。优选方案中,为了使得该曲轴磨削机床能适应不同长度的曲轴,尾架204可在工 作台上移动。床身201的横向与纵向导轨210相对应的位置设有横向导轨211,立柱206通过滑 座205立装在横向导轨211上,滑座205在直线电机的驱动下可沿横向导轨211运动,滑座 205配有光栅尺构成闭环控制,此处形成该曲轴磨削机床的X轴。立柱206上设有沿竖直方向延伸的竖直导轨207,砂轮架208在伺服电机经滚珠丝 杠驱动下可沿竖直导轨207做垂直运动,此处形成该曲轴磨削机床的Y轴,砂轮架208配有 光栅尺组成Y轴的闭环控制。砂轮架208的砂轮主轴支承在精密轴承上,该砂轮主轴由后置的主轴电机驱动,可带动砂轮209回转。优选方案中,为了保证砂轮架208在导轨207上运动的精确性,砂轮架208上设有 平衡油缸。将需要磨削的曲轴与头架203、尾架204的主轴固定,使得曲轴的回转中心与头架 203、尾架204的主轴的回转中心重合,通过调整头架203的主轴上的角度定位销,可调整曲 轴轴颈的初始角度,驱动电机驱动曲轴回转;直线电机驱动滑座205沿横向导轨211运动、 伺服电机驱动砂轮架208沿竖直导轨207运动、砂轮209在主轴电机的驱动下旋转,可使得 砂轮209的高点始终对连杆轴颈高点进行磨削;一个连杆轴颈磨削完毕,伺服电机驱动工 作台202沿纵向导轨210运动,使得下一个连杆轴颈与砂轮209对齐,砂轮209的高点始终 对该连杆轴颈的高点进行磨削,直至所有的连杆轴颈均被磨削至所需尺寸精度。以上所述仅是发明的优选实施方式的描述,应当指出,由于文字表达的有限性,而在客观上存在无限的具体结构,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原 理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种曲轴磨削方法,用于对曲轴的连杆轴颈进行磨削,其特征在于,该曲轴磨削方法包括所述曲轴绕该曲轴的回转中心旋转,砂轮的回转中心按预设运动轨迹曲线运动,使得砂轮的高点始终对所述连杆轴颈的高点进行磨削。
2.根据权利要求1所述的曲轴磨削方法,其特征在于,所述砂轮的高点为所述砂轮的 水平直径上的靠近所述连杆轴颈上的点,所述连杆轴颈的高点为所述连杆轴颈的水平直径 上靠近所述砂轮的点。
3.根据权利要求2所述的曲轴磨削方法,其特征在于,所述砂轮的回转中心的运动轨 迹曲线为X= EcosC-r-R、Y = EsinC,该运动轨迹曲线的坐标原点为所述曲轴的回转中心, 其中E为所述连杆轴颈的偏心距,C为所述曲轴的转角,R为所述砂轮的半径,r为所述连杆 轴颈的半径。
4.根据权利要求1所述的曲轴磨削方法,其特征在于,所述砂轮的高点为所述砂轮的 竖直直径上的靠近所述连杆轴颈上的点,所述连杆轴颈的高点为所述连杆轴颈的竖直直径 上靠近所述砂轮的点。
5.根据权利要求4所述的曲轴磨削方法,其特征在于,所述砂轮的回转中心的运动轨 迹曲线为X = EcosC.Y = EsinC+r+R,该运动轨迹曲线的坐标原点为所述曲轴的回转中心, 其中E为所述连杆轴颈的偏心距,C为所述曲轴的转角,R为所述砂轮的半径,r为所述连杆 轴颈的半径。
6.一种曲轴磨削机床,其特征在于,该曲轴磨削机床包括床身、工作台、头架、尾架、立 柱、砂轮架;所述床身的纵向设有纵向导轨,所述工作台设于所述纵向导轨上,所述头架和 尾架分别设于所述工作台的两端,所述头架内装有用于驱动曲轴回转的驱动电机;所述床 身的横向设有横向导轨,所述立柱通过滑座立装在所述横向导轨上,所述立柱上设有沿竖 直方向延伸的竖直导轨,所述砂轮架在伺服电机的驱动下沿所述竖直导轨运动;该曲轴磨 削机床采用权利要求1-5任一项所述的曲轴磨削方法对曲轴进行磨削。
7.根据权利要求6所述的曲轴磨削机床,其特征在于,所述尾架可移动地固定在所述 工作台上。
8.根据权利要求6所述的曲轴磨削机床,其特征在于,所述砂轮架上装有平衡油缸。
全文摘要
本发明涉及机械加工技术领域,公开了一种曲轴磨削方法。该曲轴磨削方法包括所述曲轴绕该曲轴的回转中心旋转,砂轮的回转中心按预设运动轨迹曲线运动,使得砂轮的高点始终对所述连杆轴颈的高点进行磨削。这种曲轴磨削方法只需使砂轮的回转中心按预设的运动轨迹曲线运动,就可以保证砂轮的高点能够始终跟踪连杆轴颈的高点,使得砂轮的高点始终对连杆轴颈的高点进行磨削,从而实现连杆轴颈的磨削,连杆轴颈的磨削精度较高。本发明还公开了一种曲轴磨削机床。
文档编号B24B5/42GK101837559SQ20101012946
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者王作均 申请人:北京诺思泰格精密技术有限公司
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