无芯磨床加工活塞销消除加工棱园的研究.pdf

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1、36内燃机与配件2014年第8期无芯磨床加工活塞销消除加工棱园的研究王志强(石家庄金刚凯源动力科技有限公司)在活塞销的生产中，无芯磨床由于其生产率高，易于自动化，因而在生产中被广泛采用，除前面工序的成型加工和渗碳淬火处理外，后面的精加工工序全部采用无芯磨床连线加工，一条生产线磨床数量也达到机床总数60％以上。1活塞销消除棱园的重要性由于活塞销加工采用的是连续的贯穿无芯磨床加工，多台无芯磨床串联进行外圆磨削，如果调整不恰当，无芯磨床加工的外圆将会产生大的圆度误差和棱园，特别是3棱、5棱、7棱、9棱⋯⋯或其他奇数谐波形状奇数棱园，这些棱园在对直径进行测量时因各处直径相同

2、是测不出来的，只有在检测圆度是才能发现。由于有棱园的存在，就会导致活塞销和活塞孑L、连杆衬套的有效接触承载面积减少，局部压强增大，形不成油膜润滑，极易导致}再塞销、活塞销孔和连杆衬套早期磨损和咬死，引起发动机异响，甚至拉缸，给发动机就造成很大隐患。因此，发动机厂对活塞销的棱园的要求越来越严格，特别是重型柴油机，由于其负荷高、爆抓大，工作温度高，对圆度和棱园的要求普遍严格如：某国际知名公司对该公司使用的活塞销要求：当0．00005英尺；当活塞销外圆有3—9个棱时，圆度要求为：0．000025英尺，减少1／2；活塞销外圆有9个以上的棱时是不允许的。因此，研究如何消除无芯

3、磨床加工的活塞销的棱园是十分有必要。2活塞销无芯磨床加工产生棱园的成因分析对于定心磨削来讲，加工件的圆度取决于磨床主轴和磨削轮的回转精度。而对于活塞销来讲，几乎全部采用无芯磨床进行磨削加工，其产生棱圆的内在原因是由于无芯外圆磨削这种特殊的成圆机制造成的。活塞销在无芯磨削加工中依靠活塞销的原始表面定位，由此继承了原始误差。当活塞销原始外圆几何形状不圆时，使活塞销在磨削时中心线位置发生变动，因而产生棱圆度，如图1所示。这种棱园基本上可分为两种类型：奇数棱园或偶数棱园。．％．圈J圈2从图2我们可以看出无芯磨床加工活塞销的成圆原理。如图2所示，磨削成园过程和砂轮、导轮、支片

4、和活塞销本身有关，活塞销的中心都是高于砂轮轴线和导轮轴线的连线，高出值称为中心高我们用h来表示。为了保证活塞销在磨削过程中能够紧贴导轮，支片的支撑面一般都会有一个角度d，磨削布局我们可以描述成为为图3如果中心高h=0，且支片角度仪=0。，则此时,y1=0。，"y2=0。时，由于活塞销的中心是浮动状态，可以很明显地看出，这时无芯磨床对于活塞销无芯磨床加工活塞销消除加工棱园的研究37没有纠正棱圆度的能力。任何的外因都会引起在加工中产生奇数棱园，如果把已经带有棱圆的活塞销再进行多次磨削也无法消除棱园。但是，当h≠0时，71≠0。，3,2≠0。，此时无芯磨床具有消棱作用。从

5、理论上说，h越大，消棱作用也就越明显，但如果h取值太大，磨削力、导轮带动工件旋转的摩擦力和砂轮及导轮产生的进刀压力的合力，在垂直方向的分力就会太大，这样容易于造成工件中心不稳定，而产生震动，从而使加工出活塞销棱圆度增大；根据理论计算和实践，支片的角度d对加工活塞销的棱园度也有影响，Ot太大，支片强度减弱，对磨削也是不利。因此，无芯磨床的生产厂家都会在设备说明书中给出根据加工工件的大小推荐的中心高h的选择值和支片角度的选择范围。但是如何根据磨床的性能、转速等匹配这些参数，使无芯磨床达到最佳的消除棱园的效果是需要大量的经验和复杂而认真的调试。＼／一一—＼／沦／＼／／活i

6、稍、／1嫘猡1图33消除无芯磨床加工活塞销的数学计算过程厂、，＼／活塞销＼／砂逍／7＼√7心，导轮ta3＼专～彳＼支片浓崮4图4是活塞销磨削过程的示意图从这个示意图我们可以得到3个与计算有关的角度：1．活塞销与导轮接触点的切线和支片支撑面的夹角d22．活塞销与砂轮的接触点的切线和支片支撑面的夹角d33．支片的支撑面角度仅经平面几何的推导，我们可以建立起以下关系方程式：关系式1：d2=丌／2一Q+arcsin2h／(Dx+Dd)其中：Dx：为活塞销直径；Dd：为导轮直径；h：为活塞销中心高度；关系式2：Otl=Ot—arcsin2H／(Ds+Dx)一arcsin2h／

7、(Dd+Dx)其中：Ds：为砂轮直径DX：为活塞销直径；Dd：为导轮直径；h：为活塞销中心高度；我们取活塞销的轴心线为极点，并以此建立起活塞销外表面的极坐标方程如下：y=y(0)并将他展开为傅里叶级数：7(0)=Ao+∑之1Cicos(i臼+咖i)式中：A。为活塞销的平均半径Ci为i次谐波的振幅机为i次谐波的相角我们设想如果希望在活塞销被磨削后获得是半径为A的理想的圆型，再假设把活塞销的中心固定的0点进行磨削，这样就类似于定心磨削的情况，，因此活塞销的磨削量△A为：AA=Ao一／4+∑11Cicos(iO+咖i)但是，在实际的加工过程中，活塞销和外圆始终是和支片