[发明专利]一种数控凸轮轴磨床磨削变形补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在三个方向支撑凸轮轴以抵消磨削变形的数控凸轮轴磨床磨削变形补偿装置，该装置包含机械机构、电气控制系统及控制方法。本发明属于精密加工技术和工业自动化控制领域。 

背景技术

凸轮轴广泛应用在汽车发动机、柴油机发动机中，用以控制发动机的吸排气和喷油，由于发动机的转速较高，凸轮轴的精度对发动机的进排气性能和喷油性能及整机的性能影响很大。 

凸轮轴通常采用先铸造出凸轮轴毛坯，然后对毛坯进行车削，最后送到数控凸轮轴磨床上进行磨削，其中磨削是最后一道工序，磨削质量的好坏直接决定凸轮轴成品质量的优劣。 

数控磨床的坐标轴如图1所示，夹持工件的旋转轴为C轴，与C轴法向方向垂直且在水平面的方向为X轴，远离工件的方向为X轴正方向，与X轴垂直且在水平面内的方向为Z轴，远离工件的方向为Z轴正方向，按笛卡尔坐标系规则即可确定Y轴。 

磨削时，凸轮轴被夹在主轴和尾座之间，C轴与X轴进给联动，即可磨出凸轮的形状。磨削时砂轮直接作用在凸轮轴上，凸轮轴在磨削过程中受到的磨削力如图2、图3和图4所示，图中O为凸轮基圆的圆心，O_g为砂轮圆心，P为磨削点，F为砂轮对凸轮的作用力。图2为磨削凸轮的基圆处，此时凸轮受到向左的力F，凸轮轴将向左变形，图3为凸轮升程部分与砂轮的上半部分接触，此时凸轮受到左上方向的力F，凸轮轴将向左上的方向变形，图4为凸轮升程部分与砂轮的下半部分接触，此时凸轮受到左下方向的力F，凸轮轴将向左下的方向变形，总之，无论磨削点在任何位置，凸轮轴都将会变形。 

目前处理凸轮轴磨削变形普遍采用的方法是在凸轮轴底部加一个支撑，支撑的上部为圆弧形开口，圆弧形开口与凸轮轴轴承安装处配合，然而，这种支撑只能抵消凸轮轴向左下方向的受力，且凸轮轴轴承安装处的直径变化时，必须更换新的支撑，影响工作效率。 

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种数控凸轮轴磨床磨削变形补偿装置，该补偿装置可以补偿不同规格的凸轮轴向左、左上和左下方向的受力变形，且操作简单、使用方便，可以有效提高凸轮轴的加工精度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够补偿凸轮轴磨削变形的补偿装置及方法，该补偿装置由垂直方向活动滑块、水平方向活动滑块、垂直滑块驱动系统、水平滑块驱动系统、底座、控制系统等六部分组成。垂直方向滑块包括垂直方向上滑块（7）和垂直方向下滑块（9），垂直方向上、下滑块位于被磨削凸轮轴垂直方向的上、下两侧，用于抵消凸轮轴在磨削过程中沿垂直方向上的变形，水平方向滑块（8）用于抵消凸轮轴在磨削过程中沿垂直方向上的变形，垂直方向滑块、水平方向滑块分别由垂直方向滑块驱动系统、水平方向滑块驱动系统以及控制系统进行驱动和控制，垂直方向滑块驱动系统、水平方向滑块驱动系统由伺服电机（14、27）、丝杠（18、29）、螺母（19、31）、联轴器、连杆构成，控制系统由PLC（47）、触摸屏（40）、伺服驱动器（48、49）、启动按钮（41）、停止按钮（42）、限位开关（43）（44）（45）（46）组成。 

垂直方向上滑块（7）通过上连杆轴（21）与上连杆（12）一端连接，垂直方向下滑块（9）通过下连杆轴（22）与下连杆（13）一端连接，上、下连杆另一端分别与垂直运动螺母（19）连接，垂直运动螺母（19）套在垂直运动丝杠（18）上，该丝杠（18）与垂直运动伺服电机（14）通过联轴器（17）相连；水平方向滑块（8）通过连接螺栓（33）、连接板（32）与水平运动螺母（31）相连，水平运动螺母（31）套在水平运动丝杠（29）上，水平运动丝杠（29）通过联轴器（28）与水平运动伺服电机（27）相连。 

垂直方向上、下滑块和水平方向滑块朝向凸轮轴的一端均开有槽，所述槽中均开有孔，孔内安装有滚子转轴，滚子套在滚子转轴上，滚子可以绕滚子转轴自由转动，滚子的边缘突出滑块（7），以便与凸轮轴接触，垂直方向上、下滑块中部安装连杆轴（21、22），垂直方向上、下滑块和水平方向滑块与底板（10）间通过导轨连接，从而可以在底板（10）上自由运动。 

垂直方向上、下滑块和水平方向滑块（7、8、9）、伺服电机（14、27）、丝杠（18、29）、螺母（19、31）均装在底座的箱体（37）内，箱体（37）安装在导轨（39）上，底座箱体（37）可以沿导轨（39）运动，底座可以通过 锁紧螺栓（38）锁紧在导轨（39）上。