2016年 增刊115
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机加工技术
四川省资阳机车有限公司 （四川资阳 641301） 聂申成
【摘要】本文针对目前阶段我部门加工大型曲轴的锥度比较大、无法进行锥度磨削的难点，通过工艺和编程研究，尝试使用通用的数控主轴颈磨床进行主轴锥度的珩磨，通过数控插补原理实现锥度贴合面、跳动的精确控制。
关键词：数控主轴颈磨床；锥度；珩磨
1. 概述
曲轴是柴油机里的关键零件，主轴颈的成品表面要求较高，一般都在0.4m m 或者更高。一般通过主轴颈磨床磨削就可以达到。但有些曲轴根据自身设计装配特点，主轴颈带有一个或多个锥度轴颈用于装配齿轮，常见的有主机产品280曲轴、240C 型车等。这类曲轴的锥度都是1∶50，计算角度约为0.573°。根据我们现有的磨床设备M1380床身最大可能调整的角度为接近3°，是可以满足主机产品的锥度磨削。但也有一些曲轴齿轮装配锥度较大，如某厂家的DK28曲轴自由端锥度为1∶6，计算角度约为4.731°。单纯从床身角度调整范围来考虑，已经超出M1380主轴颈磨床的床身调整范围。而新进的上海数控主轴颈磨床本身不具有床身角度调整能力，这些因素制约了我们加工较大锥度的曲轴生产能力。基于开发新工艺提升加工能力以便承接更多订单的考虑，新的锥度磨削工艺开发势在必行。
本文以一种1：6的锥度磨削通过工艺可行性、珩磨要素等方面阐述了如何通过数控插补的原理实现曲轴锥度磨削以及质量控制。
2. 工艺分析
（1）图样 如图1所示：曲轴的末端为1∶6的锥度，用于齿轮压装。锥度表面对基准的全跳动要
求0.03，以M1380主轴磨床的性能不能满足1∶6的锥度磨削要求。
（2）加工方案设想 由于现有的M1380主轴磨床无1∶6锥度加工能力，所以尝试用上海数控主轴颈磨床通过砂轮插补进行锥度珩磨。如图2所示。 用数控主轴颈磨床珩磨锥度的原理：首先将砂轮的外圆修整成和工件的锥度一致，然后通过数控程序控制砂轮锥面沿着锥度斜线贴着工件锥度表面进行珩磨。 （3）影响因素分析 虽然数控磨床能够证明可以提供技术方面的可行性，但在具体磨削工艺上有几个要素将会影响到最终珩磨的效果，分别是砂轮锥度修整的技巧、砂轮的宽度、珩磨的速度以及锥度检测和调整。下面将珩磨时的4大要素进行分析，如何正确的进行锥度的珩磨。
第一，砂轮锥度的修整技巧：我们知道数控磨床珩磨锥度是通过锥度斜线轨迹和砂轮锥度表面共同完
成工件锥度表面的珩磨工作。这里有个关键的地方就是：通常数控磨床的砂轮修整是通过磨头上的金刚轮修整器对砂轮端面、外圆进行修整，通过锥度参数补偿来进行砂轮的修整。但在珩磨锥度时、砂轮外圆锥度和砂轮插补轨迹必须完全吻合，锥度误差基本忽略不计。如果用金刚轮修整砂轮存在导轨的不统一，金刚轮运动有自身的运动导轨，
2016第二届轨道交通先进金属加工及检测技术交流会
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图 1
图 2
而珩磨时磨头插补轨迹沿床身纵向运动，这样就存在误差，珩磨时难以达到我们想要的锥度表面，或者珩磨时砂轮锥面因为匹配不好造成接触面不好，达不到我们想要的表面质量，进而影响齿轮压装的
小将严重影响珩磨的效率，并且影响砂轮珩磨时的光整作用。砂轮有效宽度过低，将直接影响珩磨的效果，即使珩磨速度很慢，也会在工件表面产生螺旋状纹路。所以在珩磨锥度时砂轮的修整有效宽度必须得到保障。但珩磨接触面积过大同样会造成过大的磨削抗力，引起磨头振动影响珩磨表面质量。
第三，珩磨的速度：珩磨时，工件的转速基本固定，影响锥面的表面粗糙度关键在于珩磨时如何选取最合理的横向进给速度和珩磨切深。
第四，锥度的检测和调整：为了检验珩磨后的锥面是否满足技术要求，通常用两种方法配合进行锥面检测。第一是使用标准的锥度环规（见图3）涂与工件锥面贴合检测贴合面积，第二是通过数学计算得出珩磨后的锥面精确角度以便微调珩磨轨迹。
数学计算如图4所示。以D 2为成品基准大端外
图 3
图 4
接触面积。解决问题的方法是不使用金刚轮进行砂轮锥面修整，在靠近工件锥度附近区域安装金刚笔，通过磨头沿床身进行锥度插修整砂轮的锥面。珩磨时同样通过磨头沿床身进行工件锥面锥面的珩磨，从而消除了不同导轨的运动误差。
第二，砂轮的宽度：我们知道珩磨时砂轮和工件表面接触面积必须有足够的保
kumool证，否则接触面积过
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4. 加工验证
基于珩磨试验基础，在新产品DK28试制中引
入了该珩磨加工工艺。在实际珩磨过程中，总体符
合工艺设想、基本和工艺试验吻合，但出现了一个
新问题：就是正式珩磨时选择的是另外一台磨床设
不用充电的手电筒备，结果由于这台磨床磨头的刚性比试验的要差一
些，所以在珩磨初始，砂轮刚全面接触锥度表面一
刹那，引起磨头轻微振动，造成锥面出现一条很小
的平面，难以消除，如图6所示。
圆，在锥度有效长度外切一环槽，以方便使用千分
尺测量D1的尺寸，L1尺寸通过数控车床精确的定位
切出L1的长度。根据锥度计算D1=D2－L1/6；这样
通过基于D2锥度计算出的D1尺寸与实际千分尺测出
的D1相比，得出的差值即为砂轮珩磨锥度轨迹的修
正值。
3. 试验加工
依据制定的数控磨床珩磨锥度工艺，我们进
行了珩磨试验，以一只报废的8L3240作为试验曲
轴，8L3240曲轴成品主轴颈为D=290m m，连杆
颈D=290m m，重量约为3747k g，砂轮的宽度为
100m m。为了充分保证锥度的跳动在工艺要求范
围内，我们对所有的中心架支撑主轴颈进行了精
磨，消除了主轴颈跳动。这样为获得最佳的锥度
跳动提供了保证。在刚试验时操作工按照设定的
修整方法对砂轮进行修整，砂轮修整后有效的宽度
约40mm，在进行珩磨时选取的走刀参数为：每次
珩深0.01mm，珩磨进给速度为50mm/min，结果珩
磨时无论进给速度怎么调整，珩磨后的表面总是出
现一圈圈的螺旋印痕，珩磨的表面质量严重不满
足工艺要求。经过判断，认为主要原因是砂轮有
效宽度偏小，造成珩磨过程中砂轮与锥度表面贴
合面积与珩磨走刀不匹配。经过修改砂轮修整，
将砂轮锥度宽度修整至整个砂轮。继续珩磨试验，
每次珩深0.01mm，珩磨进给速度50mm/min珩磨，
获得了下图所示效果：珩磨后的表面质量达到了工
艺要求，粗糙度测出为Ra=0.6m m，打表测跳动为
<0.01mm。
珩磨试验我们获得了完美的珩磨效果，为承接
汽化炉大角度锥面曲轴订单DK28加工提供了坚强的技术
泥浆固液分离
支持，如图5所示。
划线区域内白线为砂轮刚接触时振动引起，为
了消除磨头刚性不足问题，将砂轮珩磨行程加长，
就是珩磨起始位置至于锥度延长线上，砂轮珩磨横
向移动时砂轮渐近切入锥度表面，这样就消除了磨
头振动带来的影响，即采用图7进给方式。
图 5
图 6
图 7
5. 结语
通过积极的工艺探索，我们成功的实现了数控
主轴颈磨床珩磨大角度锥度的难题，顺利的完成了
高硅氧布DK28曲轴产品的开发。也为同类产品提供了技术
参照。
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