CN100343017C - 用于对曲轴中心轴部位进行磨削的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用多个砂轮同时对曲轴的中心轴部位进行磨削的装置，其中具有一个附加的加工单元(11)，所述附加的加工单元用于对曲轴(1)的至少一个中心轴部位(2)进行预加工，形成支架(3)的轴座。另外本发明还涉及一种对曲轴(1)的中心轴部位(2)进行磨削的方法，其中在进行最终尺寸磨削之前对支架(3)的轴座进行预加工。

Description

用于对曲轴中心轴部位进行磨削的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于对曲轴的中心轴部位进行磨削的装置和方法。

背景技术

有各种不同的用于实施大批量的对曲轴的中心轴部位或主轴进行磨削的方案供使用。

例如可以利用单个砂轮对中心轴部位进行最终磨削，由于必须对每个主轴分别单独进行加工，所以磨削时间明显较长。另外为了实现这种磨削方法的灵活性，所以加工机床结构必须相对复杂。

另外还已知对曲轴的所述轴部位利用所谓的“无心”磨削进行加工，但采用所述方法进行大批量磨削加工并不普及。

最广泛应用的用于大批量生产的方法涉及的是所谓的多轴磨削，其中一个磨削主轴的多个砂轮同时对曲轴的主轴的所述位置进行磨削。为此采用的磨床已经充分公知并具有如下结构，在磨床上安装有一个利用磨削主轴和修正装置的进给单元。修正装置优选在轴向上线性进给，所述轴向与曲轴的主轴或旋转中心轴垂直。在磨床的前端段内设置有一个磨削台，所述磨削台或者固定安装在磨床上或者利用CNC-轴在垂直于进给轴和平行于旋转轴的轴的方向上运行。在这种磨削台上安装有一个工件主轴座和一个尾座，其中工件主轴座包括工件主轴。工件主轴已知具有用于固定曲轴的卡盘或夹具。尾座同样安装在磨削台上并用于调整曲轴的不同的长度进行手动移动。与惯用的外圆磨床相同，一个尾座顶尖套筒在对曲轴加载和卸载时自动前伸或后缩。

为了在主轴座侧实现对曲轴的夹固，有两种方案供选用：一种是浮动夹具系统，另一种是定心夹固卡盘。采用电机使工件主轴座和随之的曲轴旋转。尾座顶尖套筒备有一个相应配合的顶尖，所述配合的顶尖通常为所谓的直立的顶尖结构。在工件主轴座和尾座顶尖套筒之间，曲轴的中心被固定在顶尖之间，从而保证了，一方面工件主轴和另一方面尾座顶尖套筒的中心轴与曲轴的中心轴或旋转轴精确的对准。

为对磨削过程进行精确监视，在磨削时利用两个测量器对工件自动实时地进行测量并对磨床进行相应地修正。

在采用所述的多轴磨削方法时，通常在对曲轴进行加工时广泛地采用刚玉砂轮。这种磨床的特征在于，其砂轮直径的磨损率大约为1.100至600mm。因此在对所有20至30个曲轴磨削后必须进行修正，和修正量度的数量级大约为0.03mm。

在采用多轴磨削的方法时以有益的方式可以实现对中心轴部位或主轴的磨削，所述主轴具有侧自由切痕，此点意味着，其中平面侧没有被磨削。另外也可以对具有向所述的平面侧的侧半径过渡的主轴以及高度约为4至5mm的平面侧向所述主轴的过渡一起磨削。

由于在此的方法就所采用的磨削工艺而言较为严格，所以对这种具有侧半径过渡和可能的平面侧的主轴的磨削是非常困难的。

另外采用在曲轴上进行的多轴磨削方法还可以与对法兰上的中心部分或耳轴的磨削相同，对具有或不具有侧半径过渡和可能的平面侧的曲轴的中心轴部位或主轴进行磨削。

分别根据有待磨削的曲轴的尺寸和设计，在用刚玉砂轮进行磨削时考虑到由于砂轮产生的作用于曲轴的磨削压力，磨削时采用支架对曲轴进行支撑。

即使在所谓CBN-砂轮中也会伴随合切力的提高出现增大的磨削压力的问题，这是因为采用CBN-砂轮必须传递增大的合切功率，以便实现通常对磨削过程经济的设计。此点当然不仅在于所希望实现的要求的周期时间，而且也在于CBN-砂轮特性本身。CBN-砂轮，优选那些陶瓷结合的和其覆层高度大约为5mm的CBN-砂轮，一方面其优点在于可以传递增大的切削能量，另一方面其缺点当然在于由于砂轮的技术指标合切力较高，因而整个磨削过程就技术而言明显困难。

但采用CBN-砂轮进行磨削的明显的优点在于，可以传递增大的切削能量和修正周期增大十倍，这意味着，对曲轴的加工主时间和辅助时间总体上较小。因而将提高单位时间内曲轴的生产率。

虽然采用这种CBN-砂轮是所希望的，但由于在磨削时提高了磨削压力正好在对曲轴的主轴范围进行至少直至支撑支架贴合的磨削，就磨削技术而言是非常棘手的。

发明内容

基于上述考虑，本发明的目的在于提出一种方法和装置，采用所述方法和装置将伴随对支架轴座磨削的明显的改善。

实现本发明的技术方案如下：

一种用于对曲轴的中心轴部位进行磨削的装置，具有：一个用于将曲轴在旋转轴上进行夹固和驱动的夹固单元；一个磨削主轴单元，所述磨削主轴单元具有一个磨削主轴，所述磨削主轴的旋转轴与曲轴的旋转轴平行，并可垂直于曲轴进给，其中磨削主轴上携带有与有待磨削的曲轴的中心轴部位的数量相符数量的砂轮，其中一个与磨削主轴相对的支架在至少一个中心轴部位的范围内对曲轴进行支撑，其中支架的设计应在对中心轴部位进行磨削时使其对中心轴部位进行支撑，不断地跟调，直至达到轴部位的最终尺寸，具有一个附加的加工单元，所述附加的加工单元对曲轴的至少一个中心轴部位进行预加工，形成用于支架的相对于中心轴部位隆起的轴座和在磨削主轴位于非磨削位置时，为实现对曲轴的磨削附加的加工单元可在曲轴与磨削主轴之间向曲轴进给或摆向曲轴。

一种用于对曲轴的中心轴部位进行磨削的方法，其中利用砂轮组同时对中心轴部位进行磨削和采用支架，和其中在将中心轴部位最终磨削到最后尺寸之前至少在一个中心轴部位上为支架磨削出一个具有不同于最终尺寸的尺寸的轴座和在将轴座磨削到最终尺寸时支架被跟调到轴座的最终尺寸，首先在磨削主轴位于非磨削位置时，为实现对曲轴的磨削具有砂轮的附加的磨削单元可在曲轴与磨削主轴之间向曲轴进给或摆向曲轴，利用附加的磨削单元在中心轴部位上为支架磨削出轴座和接着在将支架定位后用砂轮组对曲轴的中心轴部位进行最终磨削。

一种用于对曲轴的中心轴部位进行磨削的方法，所述曲轴的中心轴部位具有侧自由切痕，其中利用砂轮组同时对中心轴部位进行磨削和采用支架，和其中在将中心轴部位最终磨削到最后尺寸之前至少在一个中心轴部位上为支架磨削出一个具有不同于最终尺寸的尺寸的轴座和在利用砂轮组将轴座磨削到最终尺寸时支架被跟调到轴座的最终尺寸，包括下述方法步骤：

a)利用螺旋铣削或车削对曲轴的中心轴部位进行预加工，其中至少在一个所述中心轴部位上保留一个隆起；

b)利用砂轮组的一个砂轮在该隆起上磨削出用于支架的轴座，而并不将自由切痕的侧区和其它的中心轴部位一并磨削掉；

c)在将支架贴靠在位于该隆起上的轴座上之后，用砂轮组对曲轴的中心轴部位进行最终磨削。

原则上讲，在对支架轴座进行磨削时特别重要的是，所述支架轴座首先具有与有待磨削的主轴的良好的同心性和其次具有与之相关的良好的圆度。

因此本发明的装置的特征在于，具有一个附加的预加工单元，所述附加的预加工单元对曲轴的至少一个中心轴部位进行预加工，所述轴部位在最后进行多轴磨削时作为支架贴合的轴座。

优选加工单元涉及一种附加的磨削单元，所述附加的磨削单元具有至少一个砂轮，所述砂轮用于对作为支架轴座的曲轴的中心轴部位进行磨削加工。

最好至少加工单元的砂轮具有一个窄于中心轴部位的宽度的宽度，以便在主轴承上为支架建立一个如此宽的磨削好的转动轨迹，从而支架颚板可以毫无问题地贴靠在其上。其中由窄的砂轮建立的磨削好的转动轨迹至少比支架颚板本身宽约2mm。这种方式优选用于对具有圆弧半径的主轴的磨削。

根据本发明，当用于对曲轴进行最终磨削的磨削主轴位于对曲轴的非磨削的位置时，曲轴的附加的加工单元可以向曲轴进给或摆入。

根据本发明按如下方式进行多轴磨削，在将中心轴部位磨削到最终尺寸之前至少对起着支架轴座作用的轴部位进行预磨削。即整个加工步骤在对工件的一次夹固中进行。

为此根据本发明有两种基本不同的方案。在对具有侧自由切痕的主轴承磨削时，其中对主轴的平面侧不一并磨削，如上面结合本发明的装置所述，采用此方式也可以不采用所谓的附加磨削装置。在此需要在曲轴的主轴上在利用螺旋铣削或车削预加工时留出隆起的轮廓，以便在磨床上接着进行多轴磨削时为实现多轴磨削首先将该隆起磨削掉。其中所述隆起必须构成有待建立的支架轴座的宽度，其中在用砂轮组对旁边的主轴加工之前，所述隆起已经被磨削干净。换句话说，在此也可以就支架轴座的所要求的同心度和圆度的精度实现最佳值。接着将支架贴靠在该磨削好的转动轨迹上和接着将磨削主轴的砂轮组在进给方向进一步进给和将一个或多个主轴最终磨削到最后的成品尺寸。

另一方案在于，如上结合本发明的装置所述，利用一个砂轮对支架轴座进行磨削，其中在磨床内采用一个附加的磨削装置。

在两种情况下，根据本发明在将轴承部位多轴磨削到最终尺寸时为实现最佳的支撑，支架始终被跟调，其中在加工过程中测量器自动对曲轴进行测量，从而在用刚玉砂轮进行磨削时磨削过程实际是相同的。

附图说明

下面将对照附图中所示的实施例对本发明的方法和装置做进一步的说明。图中示出：

图1为本发明的装置的磨削单元在对支架轴座进行磨削时的俯视示意图；

图2为用于表述各个砂轮设置的侧视示意简图；

图3为在对曲轴进行多轴磨削时的俯视示意图；

图4具有可摆动的附加磨削装置的侧视示意简图；

图5示出对具有侧半径的轴承部位进行磨削时的砂轮的作用，和

图6示出在对具有预先加工的隆起的转动轨迹的轴部位上对支架轴座进行磨削的过程。

具体实施方式

图1为俯视简图，其中示出曲轴1以及夹固状况和砂轮组12、13。曲轴1被固定在具有在曲轴1中心的顶尖8的浮动卡盘6上并利用一个纵向止挡7对其长度进行定位。

卡盘6的浮动设置的卡爪将曲轴1夹固在其法兰盘上，从而实现磨削时的径向夹固。

在尾座侧曲轴1同样被一定心顶尖9夹固，实现曲轴1两端的经过加工的定心被固定和夹固，从而实现磨削时针对对曲轴的位置和应力对曲轴精确的定位。

另外在图中还示出安装在磨床台上的测量器4和5，但在对支架轴座进行磨削时所述测量器不与曲轴贴合。

支架3同样安装在磨削台上，但在对支架轴座进行磨削时支架颚板(图中未示出)被强制地不与工件贴合。

曲轴1具有多个主轴或中心轴部位2，在本例中用I、II、III和VI标示出。图1中示出在定心旋转的主轴II上实现对支架轴座的磨削。

其中采用作为附加磨削装置的加工单元，优选采用作为电机轴的主轴单元形成附加磨削装置。所述电机轴在其前端段的轴凸起上对砂轮10进行固定。

为了可以使附加磨削装置11摆向曲轴，所述附加磨削装置必须平行于Z-轴，所述Z-轴构成磨削台的CNC-运行轴，和必须利用X-轴对砂轮13进行不受约束的运行，所述X-轴用于对磨削主轴座进行进给移动。

为了使曲轴1不必在X-轴方向上运行，在对支架轴座进行磨削时，所述附加磨削装置11被摆入，用于磨削支架轴座的窄的砂轮10设置在磨削主轴12的砂轮组的砂轮13前面的中间位置。用于对磨削主轴座进行运行的X-轴用于使砂轮10向曲轴进给，其中附加磨削装置11也安装在所述磨削主轴座上。

另外在图1中示出磨削主轴12，所述磨削主轴具有一个精确的平行于曲轴的中心轴14，用于对主轴或中心轴部位2的I至IV进行加工的砂轮13围绕所述中心轴旋转。

图中用附图标记2标示曲轴1上有待磨削的主轴或中心轴部位。

为了尽可能将对支架的轴座进行磨削时的切削压力保持在尽可能小的程度，砂轮10具有的宽度大约为10至12mm，其中支架颚板(图中未示出)例如约为8mm宽。例如采用由刚玉制成的砂轮或CBN-砂轮作为用于对支架轴座进行磨削的磨削机构。

在本例中附加磨削装置11是一个可摆入的单元。但也可以将所述附加磨削装置进给或摆动到磨床内任何位置。

图2为图1的主轴II范围内的侧视简图。用于磨削的支架轴座的砂轮10设置在磨削主轴12的一个砂轮13的前面。在剖面图中示出曲轴1。如图中所示，砂轮10和13的中心轴都与曲轴1的中心轴平行，其中所述中心轴优选共同在一个水平面上。

在图3中示出对主轴I至IV的最终的多轴磨削过程。由于所有砂轮13固定在两端固定的磨削主轴12上。利用X-轴对砂轮组进行CNC-控制进给。在多轴磨削时支架3的颚板(图中未示出)贴靠在主轴II上，从而实现在磨削过程中对工件牢固的支撑。为了在曲轴1上实现主轴的精确的直径，优选分别在主轴I和IV上设置有一个具有直径测量头的测量器4和5。在磨削时连续地对曲轴1的额定值和实测值进行比较。然后通过磨床的CNC-控制实现修正，其中测量设备连续地对主轴I和IV直径的实际值进行测量。一旦在磨削时曲轴1的一个主轴上达到额定值，则结束磨削周期和磨削主轴12被退出。

虽然在图3中示出对曲轴1上的主轴的磨削，但也可以在同一次夹固采用相应变型的砂轮组对曲轴1的其它的中心部分进行磨削。

图4为在图3中的主轴II工作空间范围的俯视图的简化侧视图。从图中可以看出附加磨削装置11与砂轮10一起被向上摆动离开，但也可以联想到根据磨床的结构和供使用的空间可以将附加磨削装置摆入或摆出，或运行到每个其它的任意的位置。

图5详细示出采用砂轮13对曲轴1的主轴进行磨削的过程，其中用13A表示砂轮的基体和用13B表示CBN-覆层。覆层高度通常约为5mm。如图所示，在曲轴1的主轴上侧半径15也被一起磨削。在以侧平面为基准的半径过渡位置上一起被磨削出约为4至5mm的方形肩高度。

在图6中简要地示出砂轮13如何对主轴进行磨削的过程。主轴具有一个隆起16，所述隆起是通过预加工，例如所述隆起是在另一装置中通过旋风铣削或车削形成的。从图中可以清楚地看出，砂轮13仅对主轴的隆起16起着磨削作用，但其中在对支架轴座磨削时曲轴1的侧区18和曲轴的其它的主轴不会被一并磨削。在对隆起16的圆周上的支架轴座进行磨削后，将支架贴靠在其上。

接着对砂轮组继续进给，从而使曲轴1被磨削到成品的最终尺寸。

附图标记对照表

1                 曲轴

2                 中心轴部位

3                 支架

4、5              测量器

6                 卡盘

7                 纵向止挡

8、9              定心顶尖

10                砂轮

11                加工单元、附加磨削装置

12                磨削主轴

13                砂轮

13A               砂轮的基体

13B               CBN-覆层

14                砂轮13的中心轴

15                侧半径

16                隆起

17                自由切痕

18                侧区

I、II、III、IV    各个中心轴部位(主轴)

Claims (7)

1.一种用于对曲轴(1)的中心轴部位(2)进行磨削的装置，具有：一个用于将曲轴(1)在旋转轴上进行夹固和驱动的夹固单元；一个磨削主轴单元，所述磨削主轴单元具有一个磨削主轴(12)，所述磨削主轴(12)的旋转轴与曲轴(1)的旋转轴平行，并可垂直于曲轴(1)进给，其中磨削主轴(12)上携带有与有待磨削的曲轴(1)的中心轴部位(2)的数量相符数量的砂轮(13)，其中，一个与磨削主轴(12)相对的支架(3)在至少一个中心轴部位(2)的范围内对曲轴(1)进行支撑，其中支架(3)的设计应在对中心轴部位(2)进行磨削时使其对中心轴部位(2)进行支撑，不断地跟调，直至达到中心轴部位(2)的最终尺寸，其特征在于，具有一个附加的加工单元(11)，所述附加的加工单元(11)对曲轴(1)的至少一个中心轴部位(2)进行预加工，形成用于支架(3)的相对于中心轴部位(2)隆起的轴座和在磨削主轴(12)位于非磨削位置时，为实现对曲轴(1)的磨削，附加的加工单元(11)可在曲轴(1)与磨削主轴(12)之间向曲轴(1)进给或摆向曲轴(1)。

2.按照权利要求1所述的装置，其中附加的加工单元(11)是一个具有至少一个砂轮(10)的磨削单元。

3.按照权利要求2所述的装置，其中砂轮(10)具有的宽度小于中心轴部位(2)的宽度。

4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，附加的加工单元(11)的砂轮(10、13)是CBN-砂轮。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，对附加的加工单元(11)单独进行驱动。

6.一种用于对曲轴(1)的中心轴部位(2)进行磨削的方法，其中利用砂轮组同时对中心轴部位(2)进行磨削和采用支架(3)，和其中在将中心轴部位(2)最终磨削到最后尺寸之前至少在一个中心轴部位(2)上为支架(3)磨削出一个具有不同于最终尺寸的尺寸的轴座和在将轴座磨削到最终尺寸时支架(3)被跟调到轴座的最终尺寸，其特征在于，首先在磨削主轴(12)位于非磨削位置时，为实现对曲轴(1)的磨削，具有砂轮(10)的附加的加工单元(11)可在曲轴(1)与磨削主轴(12)之间向曲轴(1)进给或摆向曲轴(1)，利用附加的加工单元(11)在中心轴部位(2)上为支架(3)磨削出轴座和接着在将支架(3)定位后用砂轮组对曲轴(1)的中心轴部位(2)进行最终磨削。

7.一种用于对曲(1)轴的中心轴部位(2)进行磨削的方法，所述曲轴(1)的中心轴部位(2)具有侧自由切痕(17)，其中利用砂轮组同时对中心轴部位(2)进行磨削和采用支架(3)，和其中在将中心轴部位(2)最终磨削到最后尺寸之前至少在一个中心轴部位上为支架(3)磨削出一个具有不同于最终尺寸的尺寸的轴座和在利用砂轮组将轴座磨削到最终尺寸时支架(3)被跟调到轴座的最终尺寸，其特征在于下述方法步骤：

a)利用螺旋铣削或车削对曲轴(1)的中心轴部位(2)进行预加工，其中至少在一个所述中心轴部位(2)上保留一个隆起(16)；

b)利用砂轮组的一个砂轮(13)在该隆起(16)上磨削出用于支架(3)的轴座，而并不将自由切痕(17)的侧区(18)和其它的中心轴部位(2)一并磨削掉；

c)在将支架(3)贴靠在位于该隆起(16)上的轴座上之后，用砂轮组对曲轴(1)的中心轴部位(2)进行最终磨削。

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