過程優(yōu)化是如今不斷發(fā)展和不斷適變的機(jī)加工廠要完成的基本“訓(xùn)練”。提高國際競爭力憋庙、縮短零件加工時(shí)間以及“恨不能今天訂貨昨天就生產(chǎn)好”的交貨時(shí)間要求他們必須這樣做笔喉。遺憾的是，優(yōu)化凸輪軸凸角磨削過程從來沒有起作用和達(dá)到預(yù)期目標(biāo)硝皂。
        
        其成功率在很大程度上依賴于操作員的經(jīng)驗(yàn)及直覺常挚。充分考慮已知機(jī)床動態(tài)約束及凸角輪廓以建議“大概”加工速度的計(jì)算機(jī)程序確實(shí)存在。然而稽物，依然需要重復(fù)進(jìn)行許多試驗(yàn)性磨削奄毡，通過被認(rèn)為是技能熟練的操作員來完成磨削過程。在發(fā)生凸角燒傷現(xiàn)象時(shí)贝或，某些制造廠家選擇降低砂輪進(jìn)給增量吼过，其他一些廠家則降低加工速度。這種“單憑感覺”進(jìn)行的變化通常會消除磨床燒傷現(xiàn)象咪奖，但是卻不一定會產(chǎn)生經(jīng)過優(yōu)化的過程盗忱。
        
        數(shù)字式模型制作是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)者多年依賴以完成新的設(shè)計(jì)和組裝的優(yōu)化工具酱床。這種技術(shù)越來越多地受到那些想精確協(xié)調(diào)其金屬加工過程的制造廠家的青睞。這樣的一種可預(yù)測性計(jì)算機(jī)軟件工具趟佃，讓他們從某零件上真正去除任何材料之前扇谣，在消除某些過程猜測和試湊工作的情況下，有機(jī)會在調(diào)節(jié)過程變量后立即看到結(jié)果（充分進(jìn)行“如果那么”一類的場景模擬）闲昭。
        
        現(xiàn)在有一種用于凸輪軸凸角磨削的數(shù)字式模型制作工具已經(jīng)問世冕咒。通過實(shí)際預(yù)測磨削過程中產(chǎn)生的熱量、凸角圓周上的位置以及在凸角表面下達(dá)到的深度益爽，這種新型熱模型制作軟件讓現(xiàn)有凸輪軸磨削計(jì)算機(jī)加工速度生成程序更上一層樓彭理。可以從簡單的彩色圖上立即識別出有可能存在問題的區(qū)域企棘，并且可以試驗(yàn)出不會對凸角產(chǎn)生熱損失的過程變量以確定盡可能最快的加工速度减组。Landis磨削系統(tǒng)（賓夕法尼亞州Waynesboro市）已經(jīng)在其Tetra4000凸輪軸磨削分析程序中添加了這樣一種熱模型制作模塊。該程序可以在公司帶有直線電機(jī)砂輪進(jìn)給驅(qū)動的3L CNC凸輪軸凸角磨床上使用特植。
        
        這種模型制作工具“及時(shí)雨”來得正是時(shí)候，因?yàn)樵絹碓蕉嗟氖炀毠と艘呀?jīng)到了退休年齡肋漏。熱模型制作不僅優(yōu)化了凸輪軸磨削過程逝惑，同時(shí)它還充當(dāng)了凸輪軸設(shè)計(jì)者和制造廠家之間的培訓(xùn)工具和橋梁。
        
        存在問題的輪廓
        
        凸輪軸凸角磨削提出了同心磨削操作中不存在的難題茶黄。砂輪和凸角之間的接觸區(qū)（也稱接觸唤砉怠）隨著砂輪通過凸角圓周不同位置而不斷變化。接觸區(qū)在相對扁平的側(cè)面最大崔败，而在凸輪軸比較圓的基圓和端部則比較小祷安。因此，在側(cè)面最可能發(fā)生燒傷兔乞，各個(gè)制造廠家也正是在這里放慢加工速度以防止發(fā)生燒傷汇鞭。但是，訓(xùn)練有素的猜測已經(jīng)典型地指出了要將加工速度降低到多高的程度庸追。
        
        凸角幾何結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜霍骄。如今許多滾輪凸輪軸在側(cè)面帶有一個(gè)凹入式輪廓。這種特征淡溯，也被稱作負(fù)曲率半徑（NROC）读整，設(shè)計(jì)用于優(yōu)化閥的打開和關(guān)閉，以提高發(fā)動機(jī)功率和降低排放量咱娶。但是米间，它卻帶來了額外的不斷變化的接觸區(qū)，使得一種業(yè)已困難的磨削過程變得甚至更加撲朔迷離膘侮。此外屈糊，新的滾輪凸輪軸比以前的設(shè)計(jì)要經(jīng)歷更高的接觸應(yīng)力的榛，這意味著必須密切關(guān)注熱損傷。
        
        凸角磨削一般被分成粗加工和精加工階段关读，盡管它們是在一個(gè)加工循環(huán)中發(fā)生的蝶映。粗加工的目的是去除盡可能多的材料。此時(shí)够戒，熱損傷問題不是很大擦斑，因?yàn)檫B續(xù)的粗加工采用足以去除前面任何材料損傷層的砂輪橫向進(jìn)給深度進(jìn)行。但是驼牵，在最后的粗加工中才昔，熱損傷一定不能如此之深而使得采用較小砂輪橫進(jìn)給量的精加工過程無法消除它。
        
        參數(shù)輸入
        
        在表面上蛮昭，對有如凸輪軸磨削這么復(fù)雜的制造過程進(jìn)行模型制作訓(xùn)練看起來似乎一點(diǎn)都不直觀峰礁。但是，它是一種比較簡單的輸入已知且已公布的機(jī)床腋积、砂輪及冷卻液值的過程鞠洪。
        
        熱模型制作模塊建立在現(xiàn)有加工速度優(yōu)化和加速修勻程序基礎(chǔ)上，這種程序除了材料去除率和凸角升程分布圖外平敏，還考慮傳統(tǒng)的機(jī)床性能變量乏唤。凸輪軸設(shè)計(jì)者以繞凸角圓周每度多少升程的方式提供升程分布圖。磨床制造廠提供機(jī)床動態(tài)限值諸如砂輪進(jìn)給加速度和跳動愤惰、主軸箱速度和跳動等數(shù)據(jù)苇经。產(chǎn)生熱模型模塊所需要的三個(gè)主要參數(shù)為：
        
        ◆Cr值——這種通過經(jīng)驗(yàn)得出的數(shù)值代表了砂輪的材料去除能力，與凸輪軸材料及砂輪材料和結(jié)合劑（立方氮化硼即CBN材質(zhì)宦言，采用陶瓷結(jié)合劑的砂輪是當(dāng)前用于磨削凸輪軸最常用的砂輪）的類型有關(guān)扇单。這些Cr值從機(jī)床力及功率測量值中推導(dǎo)出來〉焱“C”分量表示磨粒密度（磨料與結(jié)合劑之比）蜘澜，“r”表示砂輪表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（刮痕寬度對刮痕深度）。
        ◆熱分配常數(shù)——這是進(jìn)入零件的熱能與冷卻液帶走的熱量之間的百分比响疚。熱分配常數(shù)對油和水基冷卻液分別是不同的兼都。
        ◆進(jìn)給增量——這是砂輪每刀切入凸角的深度（通常在砂輪/凸角接觸區(qū)最小的端部位置最小）稽寒，并且對粗加工和精加工分別不同扮碧。砂輪不是以螺旋方式逐漸進(jìn)給到增量深度，而是直接進(jìn)給到該增量值并且在整個(gè)凸角周圍將保持這個(gè)深度杏糙。該進(jìn)給增量一般對粗加工循環(huán)要大于精加工循環(huán)慎王，并且它直接與材料去除率相關(guān)。
        

圖1：該曲線圖采用用于凸輪軸磨 削的熱模型制作軟件生成嚼般。圖中顯 示了凸角圓周在磨削過程中有可能 發(fā)生熱損傷的位置偿股。

        溫度信息
        
        熱模型產(chǎn)生的顏色曲線圖有兩種澄俘。一種顯示實(shí)際凸角形狀，帶有顯示在凸輪軸轉(zhuǎn)一圈時(shí)凸角表面下熱分布的色溫帶（見圖1）堤麻。朝凸角中心的溫度峰值表示產(chǎn)生問題的區(qū)域酸儿。
        
        另一個(gè)曲線圖以凸輪軸旋轉(zhuǎn)（單位：度）與表面深度之間的關(guān)系表示溫度分布。這種圖表示各種溫度在凸角圓周某特定點(diǎn)都達(dá)到什么樣的深度（圖2表示的是凸輪軸轉(zhuǎn)一圈時(shí)這種圖的一個(gè)實(shí)例）紧甫。
        
        一般地昵鳍，要繪制整個(gè)磨削循環(huán)以用于分析，包括粗加工和精加工（軟件可以制作凸輪軸最多轉(zhuǎn)20圈的模型）匀洪。由基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表明加工過程應(yīng)該保持在什么樣的溫度水準(zhǔn)和穿透深度难宋，具體情況依據(jù)凸輪軸材料而定。在評價(jià)了熱量和穿透深度后厕扼，可以對參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)并確定精磨循環(huán)以確保去掉以前的任何熱損傷層乙闰。
        
        對于帶凹入輪廓的凸輪軸，將對兩個(gè)磨削循環(huán)制作模型胚茴。一個(gè)模型將針對采用大直徑砂輪對整個(gè)凸角形狀的粗加工互墓，另一個(gè)針對用小直徑（一般為凹入直徑的80%）砂輪對凹入輪廓進(jìn)行精加工和磨削。為了在一臺磨床上既完成粗加工又完成精加工過程蒋搜，需要一臺帶有使用小砂輪的副主軸的機(jī)床轰豆。
        

圖2：此圖顯示了砂輪在凸角上切 一刀時(shí)，產(chǎn)生的熱量齿诞、達(dá)到的深度、 在凸角圓周上特定點(diǎn)的凸角表面情形骂租。

        不同工程專業(yè)之間的橋梁
        
        凸輪軸磨削的熱模型制作可以幫助設(shè)計(jì)和制造工程師聯(lián)手形成優(yōu)化的凸輪軸設(shè)計(jì)和制造過程祷杈。制造工程師的主要關(guān)注點(diǎn)是生產(chǎn)率、生產(chǎn)量和質(zhì)量——即如何盡快加工出合格的零件渗饮。凸輪軸設(shè)計(jì)工程師必須根據(jù)凸輪軸負(fù)載情況而決定材料類型和凸角輪廓但汞。冶金專業(yè)人士也可能參與這個(gè)過程，他主要關(guān)心剩余應(yīng)力以及在磨削過程中產(chǎn)生的熱量互站。借助熱模型制作私蕾，制造工程師可以對新的凸輪軸設(shè)計(jì)制作模型，并向設(shè)計(jì)者和冶金專業(yè)人士報(bào)告該模型所預(yù)測的在磨削過程中將發(fā)生的現(xiàn)象胡桃，以及根據(jù)材料和設(shè)計(jì)這一點(diǎn)是否可以接受等踩叭。
        
        熱模型制作還可以用作凸輪軸磨削過程的培訓(xùn)工具。例如昵裁，在開發(fā)這種模型制作軟件之前锋辩，人們一致認(rèn)為加工速度對凸角燒傷和裂紋具有最大的影響，這就是為什么通常它是要改變的第一變量祈痢。已經(jīng)確定叽燃，與砂輪特征和砂輪進(jìn)給增量深度相比缕沟，加工速度實(shí)際上是最不敏感的參數(shù)之一。
        
        這種熱模型制作技術(shù)還可以用于幫助識別過程變量沒有改變卻開始出現(xiàn)磨削燒傷或裂紋的問題校惧。一個(gè)實(shí)例是有一個(gè)制造廠家意外地接到一批硬度值超出預(yù)計(jì)的凸輪軸葛暇。在似乎莫名其妙地發(fā)生問題時(shí)，在聲稱已經(jīng)淬硬至60 Rc的凸輪軸凸角上進(jìn)行熱模型制作竣篷。制作出來的模型表明不應(yīng)該發(fā)生處理問題尼软，因此接著進(jìn)行了材料硬度試驗(yàn)。這些試驗(yàn)揭示出新的一批凸輪軸實(shí)際硬度為65 Rc瘩朋。一旦測定這一點(diǎn)尔减，又生成了第二個(gè)熱模型，并得出了針對一批硬度更高的凸輪軸新的加工速度券亚。
        
        曲軸曲拐磨削是應(yīng)用熱模型制作技術(shù)的另一個(gè)過程缓艳。熱模型制作還在同心直徑的無心磨削方面接受試驗(yàn)。與凸輪軸磨削一樣看峻，這種模型制作能力不會完全消除測試磨削過程阶淘，但它確實(shí)提供了大大降低試驗(yàn)?zāi)ハ鞔螖?shù)并以更科學(xué)的方式開發(fā)優(yōu)化的凸角磨削過程的機(jī)會。
        

最新的凸輪軸設(shè)計(jì)在凸角的側(cè) 面具有凹入輪廓互妓。這些輪廓通 常是在一臺采用副主軸的機(jī)床 上加工的溪窒，副主軸使用比主主 軸用于粗加工凸角輪廓的砂輪 要小的砂輪。對粗加工及二次 精加工/凹入輪廓磨削操作都生 成熱模型冯勉。

        sabir:凸輪軸加工的有關(guān)定義
        
        升程(Lift) — 隨動件與凸輪凸角相接觸進(jìn)行直線運(yùn)動的總量澈蚌。
        端部（Nose） — 凸輪軸的尖端，隨動件升程最大處灼狰。
        基圓（Base circle） — 凸角上將零升程傳遞給隨動件的區(qū)域宛瞄。
        側(cè)面（Flank） — 凸輪軸上引導(dǎo)至并離開凸輪軸端部的大致扁平部分。正是在該區(qū)域交胚，砂輪和凸角的接觸面積達(dá)到最大份汗，最可能發(fā)生磨床燒傷。
        NROC — 負(fù)曲率半徑的縮寫蝴簇，它是某曲軸側(cè)面中一個(gè)凹入的輪廓伤刑。該圓弧的中心位于凸角外側(cè)。
        凹入輪廓（Re-entrant profile） — NROC的另一個(gè)叫法鹤曼。
        加工速度（Work speed） — 凸輪軸在磨削中的自旋速度入撇。
        橫向進(jìn)給量（Infeed） — 砂輪每刀進(jìn)入凸輪軸凸角的直線量（增量）。
        CBN—立方氮化硼的縮寫暇创，它是凸輪軸磨削最常用的砂輪磨料嗤舀。
        轉(zhuǎn)拉（Turn broaching）— 粗加工凸角輪廓的一種工序，采用圓周帶許多刀片的大直徑切削輪在精磨前粗切凸角輪廓。
        綠色磨削（Green grinding）— 從圓棒料上磨削凸角輪廓的過程工杀。新的砂輪技術(shù)正使得該技術(shù)成為轉(zhuǎn)拉工藝的競爭對手彰茉。
        接觸弧（Arc of contact） — 砂輪和凸輪軸凸角之間的接觸區(qū)估裁。該接觸區(qū)對基圓垮登、側(cè)面、NROC及端部各不相同吠谐。
        當(dāng)量直徑（Equivalent diameter） — 表示接觸弧的一個(gè)值疙岂，從砂輪直徑以及不斷變化的加工（凸角）直徑中推導(dǎo)而來。

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