近年來(lái)國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展迅速，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的性能、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量等方面均提出了許多新的要求，從技術(shù)上看，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展對(duì)內(nèi)燃機(jī)及其零部件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高[1]。

       凸輪軸是內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零件之一，整個(gè)進(jìn)、排氣系統(tǒng)是由凸輪軸驅(qū)動(dòng)。由于凸輪軸具有形狀復(fù)雜、剛性差、加工精度要求高等特點(diǎn)，一直是汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)零部件制造的難點(diǎn)之一。而磨削是凸輪軸加工的關(guān)鍵工序之一，在加工工藝中處于重要地位。磨削的質(zhì)量影響到整根凸輪軸乃至發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

       目前國(guó)內(nèi)凸輪軸加工均采用單砂輪臥式磨削的方式進(jìn)行精加工，但臥式磨削加工因磨床結(jié)構(gòu)的限制，始終無(wú)法很好的消除砂輪對(duì)工件的作用力及重力帶來(lái)的變形，極大的制約到凸輪軸各關(guān)重精度的提高。如何能避免細(xì)長(zhǎng)桿類(lèi)零件磨削時(shí)因產(chǎn)品自重和切削力導(dǎo)致的產(chǎn)品變形一直制約著細(xì)長(zhǎng)桿類(lèi)零件加工精度的提升，成為細(xì)長(zhǎng)桿類(lèi)零件加工中亟待突破技術(shù)瓶頸。

       1、凸輪軸磨削的工藝特點(diǎn)

       1.1 加工工藝性差

       汽油機(jī)凸輪軸均屬細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，所以剛性差，在加工過(guò)程中易受到切削力、夾緊力及重力等外力作用，產(chǎn)生變形，使零件的加工精度降低。熱擴(kuò)散性能差，在切削熱的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的線膨脹，而磨削加工時(shí)軸的兩端為固定支撐，工件會(huì)因伸長(zhǎng)而彎曲。磨削時(shí)容易產(chǎn)生彎曲變形，并產(chǎn)生磨削振動(dòng)，影響加工零件的尺寸一致性和磨削表面質(zhì)量，加工工藝性較差。

       1.2 加工表面容易產(chǎn)生波紋

       由于凸輪軸屬細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件，且凸輪部位與圓柱面不同，其磨削余量大且不均勻，帶來(lái)的是磨削加工中凸輪表面的受力變化大。變化的磨削力容易引起磨削振動(dòng)，加上凸輪軸本身剛性差則會(huì)使這種情況愈加嚴(yán)重，其后果則是在磨削表面產(chǎn)生直線波紋，甚至達(dá)到肉眼就可看出的程度。

       1.3 加工精度要求越來(lái)越高

       隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。新的凸輪軸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)加工設(shè)備提出了更高的要求，凸輪軸的加工精度的高低直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的的質(zhì)量、壽命、廢氣排放和節(jié)能。因而，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件凸輪軸的制造精度的要求也越來(lái)越高。

       1.4 加工節(jié)拍和效率高

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中為提高加工效率，減少生產(chǎn)線上機(jī)床數(shù)量，在工藝上將多道工藝進(jìn)行組合。用高速、超高速磨削取代傳統(tǒng)的粗加工（如車(chē)、銑等），實(shí)現(xiàn)以磨代車(chē)、以磨代銑，從而在加工工藝上實(shí)現(xiàn)突破，將多道工序合并成一道工序，以提高生產(chǎn)效率[2]。

       2、立式磨削

       2.1 立式磨削原理分析

       傳統(tǒng)的凸輪軸磨削是采用機(jī)械靠模仿型磨削法。一般采用臥式磨床，工件夾在兩頂尖之間。由于工件夾具的重量以及夾緊力的影響，凸輪軸撓曲變形較大，加工精度較低。

       與臥式磨削不同，立式磨削是將工件豎直固定在機(jī)床底座內(nèi)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)卡盤(pán)上，磨削主軸豎直布置，從工件上方開(kāi)始作上、下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的磨削加工。如圖1所示。

圖1 立式磨削與臥式磨削原理對(duì)比圖

       立式磨床內(nèi)側(cè)床身上安裝了兩個(gè)獨(dú)立可行走的十字滑臺(tái)，十字滑臺(tái)采用雙軸模式，即x軸和z軸，并集成了磨頭。工件在加工區(qū)中心通過(guò)尾架和頭架夾緊，尾架安裝在下方并且固定，頭架安裝在上方可上下行走，這種結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)左右同步磨削創(chuàng)造了條件。凸輪軸立式磨削示意圖如圖2所示。

圖2 立式磨削示意圖

       2.2 立式磨削優(yōu)勢(shì)分析

       (1)工件垂直放置，克服自重導(dǎo)致的變形

       在臥式磨削中，工件水平安裝，凸輪軸會(huì)因自重而產(chǎn)生彎曲變形，如圖3所示。

圖3 立式磨削示意圖

       夾具所施加的夾緊力一方面要抵抗磨削力，另一方面還必須抵抗工件自重，導(dǎo)致施加在工件上的

       夾緊力較大。在立式磨床上，工件豎直安裝，重力作為夾緊力的一部分，施加到下頂尖上，夾緊力只需抵抗磨削力。因此立式磨削相對(duì)臥式磨削夾緊力較小，產(chǎn)品在夾緊后的變形量小，在磨削完成工件自由回彈后，產(chǎn)品依然能保證精度。

       (2)雙軸磨削，克服法向力

       立式磨床采用雙軸模式，法向力可以互相抵消。普通磨削時(shí)加在工件上的主要力是法向力，多數(shù)情況下法向力是切向力的3至4倍。當(dāng)兩個(gè)砂輪對(duì)置時(shí)，法向力可以互相抵消，如圖2所示。通過(guò)兩個(gè)砂輪的逆向旋轉(zhuǎn)，由法向力造成的扭矩也互相抵消，當(dāng)工件只是通過(guò)頭架側(cè)的摩擦力帶動(dòng)時(shí)，這種抵消效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯[3]。

       (3)便于裝卸，提高效率

       立式磨削相對(duì)于臥式磨削裝卸工作更為簡(jiǎn)便，能夠提高裝卸作業(yè)的效率，縮短作業(yè)時(shí)間[4]。

       臥式磨床裝卸工件時(shí)，操作者需雙手同時(shí)作業(yè)，同時(shí)由于工件重力的影響，找芯作業(yè)比較繁瑣；在立式磨床上，操作者只需簡(jiǎn)單地將工件向下安裝到卡盤(pán)中即可，同時(shí)也保證了作業(yè)的安全性，如圖3所示。

圖4 裝卸作業(yè)對(duì)比

       3、結(jié)論

       立式磨床采用工件豎直安裝的裝夾方式，攻克細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)磨削中重力對(duì)精度影響的工藝難題攻克了細(xì)長(zhǎng)桿類(lèi)零件加工中因工件自重和切削力導(dǎo)致產(chǎn)品變形這一難題。通過(guò)雙軸磨削克服磨削法向力減少加工中因磨削力導(dǎo)致的產(chǎn)品變形，提高了磨削效率。立式磨削技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)凸輪軸的高效高精度加工，減輕工人工作強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本，將在凸輪軸的加工中得到更為廣泛的應(yīng)用。