汽车凸轮轴的高速精密磨削加工关键技术

汽车制造技术Ａｕｌ０Ｍａｎｕｆａｃｌｕ『Ｊｎｉ

ｇＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ

汽车凸轮轴的高速精密磨削加工关键技术

盛晓敏宓海青陈涛张海燕

（湖南大学／国家高效磨削工程技术研究中心，湖南长沙４１００８２）

摘要：分析了凸轮轴加工的工艺特点，提出了凸轮轴高速精密磨削要解决的关键技术问题，希望为开发我国具有自主知识产权的高速精密数控凸轮轴磨床提供理论依据。

关键词：凸轮轴工艺特点关键技术

ＫｅｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎＨｉｇｈＳｐｅｅｄａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＧｒｉｎｄｉｎｇｏｆＣａｍＡｘｅｓ

ＳＨＥＮＧＸｉａｏｍｉｎｇ，ＭＩ

Ｈａｉｑｉｎｇ，ＣＨＥＮＴａｏ，ＺＨＡＮＧＨａｉｙａｎ

（ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＧｒｉｎｄｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，ＣＨＮ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍａｃｈｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅｃａｍａｘｉｓ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｕｎ－ｓｏｌｖｅｄｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｒｉｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｃａｍａｘｉｓ．Ｗｅｈｏｐｅｔｈａｔｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｙ

ｓｕｐｐｌｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｕｐｐｏｒｔｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｇｒｉｎｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｗｉｔｈｏｕｒｏｗｎｐａｔｅｎｔｓ

ｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣａｍＡｘｉｓ；ＰｒｏｃｅｓｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ＫｅｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ

凸轮轴是汽车、摩托车、拖拉机、内燃机、工程机械、国防、纺织、机械制造等行业的一种量大面广的机械零件，是发动机的关键零件之一。我国每年凸轮轴的产量在５０００万件以上，并且每年以２０％一３０％的速度在增长。凸轮轴加工的精度、效率、柔性和自动化程度的高低直接影响到发动机的质量、产量、寿命、废气排放和节能。

目前，国内的大部分凸轮轴生产企业仍然广泛使用机械靠模凸轮轴磨床仿形磨削凸轮轴，凸轮轴的轮廓精度直接受到磨床靠模样板制造精度的影响，反靠磨削的多片凸轮样板很难保证它们轮廓精度的一致性。在加工效率方面，我国工业应用的国产凸轮轴磨床基本上砂轮线速度在６０ｍ／ｓ以下，难以满足汽车工业大规模生产对加工效率和加工精度的需要。

我国机床行业的这种情况与汽车生产大国这一现实很不适应，许多汽车制造厂，凸轮轴配套生产厂家和油泵生产厂家迫切希望突破凸轮轴高速精密磨削关键技术，开发能满足凸轮轴高速、高效、高精度加工要求的高档数控凸轮轴磨床。以提升我国在高速精密磨削技术领域的整体水平，提高我国高档数控机床在国际上的竞争能力。

１凸轮轴加工的工艺特点

１．１加工工艺性较差

?１２２?

大部分凸轮轴均属细长轴类零件，本身刚性较差，磨削时容易产生弯曲变形，并产生磨削振动，影响加工零件的尺寸一致性和磨削表面质量，加工工艺性较差。１．２轮廓型面复杂

凸轮轴轮廓型面具有多段高次曲线型面，它的升程转角与砂轮半径之间存在非线性关系。如图１所示，它一般是由基圆段１、缓冲段２、加（减）速段３（４）、顶圆段５等几部分组成。在基圆部，其磨削条件与普通外圆磨削基本相同，但在其它区段，磨削时的情况与普通外圆磨削就有很大差异。由于凸轮轮廓曲线形状的特殊性，它在磨削时各磨削点的移动速度有很大的变化，尤其是在加（减）速段，磨削线速度可达到磨基圆时的几倍，甚至十几倍。随着汽车对废气排放的要求的提高，出现了一些轮廓更特殊的凸轮轴，如带有二次升程的凸轮轴和在外凸轮廓段中带一小段内凹轮廓的凸轮轴。都出现在新近开发的汽车发动机中，这种异形轮廓对传统机床提出了极大的挑战，促使人们去研究开发高柔性的数控凸轮轴磨床。

１．３凸轮表面不同曲线段的硬度分布不一致目前大量轿车发动机凸轮轴采用合金冷激铸铁材质。合金冷激铸铁凸轮轴由于在铸坯时已采取了局部冷激工艺，因此凸轮型面各段已具有各不相同的硬质层，不再需要进行热处理就能达到零件表面所需的硬度与强度。一般来说，在凸轮顶端，要求的硬度最高；

穗劈尝ＺＵＵ搿

Ｒ：．ｒ，ｆ＋＊ｑＭ

万方数据