基于仿形法磨削的凸轮轮廓误差分析

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    凸轮轴是发动机中的关键零件，直接驱动气门的开合。凸轮轴中最难加工的是凸轮的磨削，传统的凸轮磨削方法主要是靠模仿形法。该方法采用具有摆动工作台的凸轮轴磨床，凸轮轴安装在工作台的头架及尾架之间，在头架的主轴上装有靠模，靠模与固定的滚轮接触，加工时凸轮轴与靠模一同旋转，在弹簧作用下，工作台来回摆动，刀架通过液压缸或者其他传动系统带动作 X 轴方向的进给运动，从而加工出轮的表面型面［1］。

    仿形法磨削依靠靠模和砂轮的旋转形成凸轮轮廓，由于仿形法采用恒转速旋转，而且靠模本身存在误差及仿形法磨削的成型原理等因素导致加工出的凸轮型面存在较大的误差。基于仿形法磨削存在的弊端，国外一些工业发达国家现在较多采用数控凸轮磨床对凸轮进行磨削。数控凸轮磨床采用变速旋转，完全摒弃靠模机构，而且刀具可自动补偿，磨削出的凸轮轮廓误差相对普通磨床有很大改善。

    数控凸轮轴磨床技术含量高，现在掌握这项技术的国家很少，每台机床的售价达 60 ～ 80 万美元，国内企业一般无法承受［2］。出于技术和成本的考虑，目前我国大多数凸轮轴生产厂磨削凸轮仍然采用摆架式靠模法横向切入进行仿形磨削［3］。因此，分析仿形法磨削凸轮时轮廓误差偏大的原因及如何改善这一问题对我国凸轮轴行业来说就显得很关键。

    1 凸轮轮廓误差分析

    仿形法磨削出的凸轮轮廓误差较大，其产生误差的原因有很多，诸如靠模精度: 凸轮是依靠靠模的旋转而成型的，靠模的轮廓直接决定凸轮的轮廓，因此靠模的精度低是导致凸轮轮廓误差较大的原因之一。除靠模外，本文对误差的起因着重在以下几方面进行了分析:

    1. 1 砂轮磨损引起的

    在凸轮磨削过程中，靠模和滚轮的尺寸保持不变，砂轮在磨削过程中不断修整，直径尺寸逐渐减小，所以磨出的凸轮升程尺寸将产生误差。若砂轮直径大于标准砂轮直径，则磨出的凸轮轮廓偏瘦，反之磨出的轮廓偏胖。

    为形象的说明砂轮磨损对凸轮轮廓误差的影响，我们将砂轮和滚轮的位置互换，即根据已成型的凸轮反加工出靠模。这样一台凸轮磨床即可加工凸轮也可加工靠模，因此可以根据已给的凸轮型线计算靠模型线，也可按照已给的靠模型线反算出凸轮型线。依据这一道理，对某配气凸轮按 M8325 磨床的几何尺寸，取标准砂轮半径 275mm，算出了靠模对应的平面从动件升程曲线( 公式( 1) 和公式( 2) ，计算方法见图 1) 。