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随动磨削技术在大型曲轴加工中的应用

  • 2016-1-18 8:39:49
  • 来源:弗戈工业在线

能否加工出形状和表面光洁度最好的曲轴是决定成功与否的关键,因为曲轴所有轴颈的圆度质量至关重要,它决定了曲轴运行时的稳定性和磨损。大型曲轴质量大,它的圆度质量比小型曲轴显得更为重要。“我们的PM 460是专为大型曲轴设计的新型磨床”,NAXOS-UNION公司负责新机床应用的销售工程师Hans-Peter Wolf先生介绍说,“这台磨床能加工的曲轴重量最大可达6t,长度6m”。这类大型曲轴的圆度要求一般是10μm或更高。鉴于PM 460的独创性设计,其加工精度完全可以符合要求。而和以前的设备相比,用它来加工曲轴,各种成本会少得多。

PM 460型磨床可加工的曲轴最大重量为6t,长度6m

“以前在加工连杆轴颈时,为了能够偏心夹住工件,需要配置极其复杂的机械夹紧系统,加工时要将曲轴从旋转轴提起到冲程轴,还要转到不同的角度位置,所以调整工作不仅困难,而且费时。它不仅要求工人有极好的感觉,更要有丰富的经验,才能达到规定的质量要求。如今有了CNC技术和专用软件,一切都变得简单而快捷,而且柔性大大提高。”Muckli博士一针见血地道出了先进技术和老技术的区别。用今天的技术加工曲轴,只要将工件中心夹紧,并可一次性加工完毕。连杆轴颈的偏心磨削通过砂轮的随动实现,也就是说当连杆轴颈由于旋转从中心面远离砂轮时,砂轮会“跟随曲轴运动”。而砂轮的精确随动则完全得益于砂轮主轴的直线驱动,它保证了砂轮随动的精度和速度与工件完全同步,从而保证了μm 级的加工精度。当然要保证这个加工精度更得依靠最新的CNC技术,高速的计算能力以及分辨度达到0.1μm级的编码器和光栅尺。

高柔性的新型磨床

新型磨床配置了三套灵敏度很高的测量系统。一个测头测量工件的挠曲,第2个测头用于轴颈的轴向和径向定位,第3个测头一直在移动,对正在加工的轴颈直径进行在线测量。CNC通过它的测量值来控制砂轮的磨削。

随动磨削是通过CNC技术才得以实现的,因为随动磨削要求数据传送速度快、数据量大,而且需要大量的NC轴。NAXOS-UNION 将随动磨削技术完全集成到了曲轴磨床内,从而使客户可以充分体验这个技术的种种优点。首先这台新磨床的柔性大大提高,增加了可加工的曲轴品种;换装时间大幅度减少;节拍时间大大缩短,但磨削质量却大为提高。

要保证加工尺寸、表面光洁度和圆度的高品质,砂轮是重要因素之一。如今CBN砂轮的使用越来越普及,其优点是线速度高,可以达到200m/s。

NAXOS-UNION公司所有磨床的砂轮主轴都可配置CBN砂轮,配置刚玉砂轮更是不在话下。由于磨床配置了声音传感器,可以识别砂轮和工件以及砂轮和修整辊轮的接触,同时集成了砂轮自动动平衡装置,所以大大提高了磨削质量。特别值得一提的是设计极其成功的砂轮修整系统。这个系统能对处于加工位置的砂轮进行修整,这样不仅节约了时间,而且可以使工件头架和砂轮的相对位置保持不变。

直线驱动的砂轮头架将砂轮带入切削位置

独特的系统

磨床配置的双卡钳中心架对保证加工质量也起到了举足轻重的作用。中心架从下面及前面定心夹紧轴颈,避免了长曲轴因为自重或受切削压力的影响而产生的挠曲,而且保证了曲轴的无振动旋转。中心架可以自由移动,能够根据曲轴的不同尺寸进行定位,而且它的每个运动都通过一个NC轴实现, 所以在磨削过程中能够调整支撑尺寸,也大大简化了调整工作。一台NAXOS磨床拥有16个轴是很正常的,为了精确控制如此众多的轴,“我们采用了高精密的控制系统。根据用户需求我们会配置西门子或英得拉马特的控制系统”,Hans-Peter Wolf先生在介绍PM 460的电脑时介绍说。

NAXOS-UNION公司磨床的所有刀架运动都采用直线驱动。Hans-Peter Wolf 先生介绍说:“我们是世界上首家应用直线驱动的磨床生产厂。采用直线驱动可以控制砂轮头架快速精确地向前和退回,并允许工件有较高的转速,而这些是轨迹控制系统最为关键的质量因素。用滚珠丝杆传动时,因为存在反向间隙,哪怕间隙再小,由于传动对象质量大,也会对磨削表面产生极大的负面影响。殊不知,PM 460磨床光是砂轮头架的重量就有7t。鉴于此设计人员想出了一个绝妙的设计:砂轮随动时沉重的砂轮护罩不必跟着随动。”

砂轮和工件头架也采用直接驱动。砂轮驱动采用电主轴,如果是特大砂轮,则采用带齿轮传动机构的整体式电机;曲轴旋转采用力矩电机驱动。准确地说,曲轴的旋转由两个电机驱动,因为头架和尾架两端各有一个驱动电机,两个电机通过电子同步。通过高分辨率的绝对值编码器和光栅尺,CNC控制系统每时每刻都知道每个轴的位置,“所以走参考点就成了过去时”,Hans-Peter Wolf先生的脸上写满笑意。

Marposs Fenar测头,正在磨削过程中对轴颈直径进行在线测量

机床采用了模块化结构,所以配置极其灵活,可以轻松满足不同客户的工件和质量要求。NAXOS-UNION磨床的所有大标准组件全部采用焊接结构,所以在不必改型的前提下也极易修改,而且不会影响机床的精度和稳定性。像PM 460型磨床,光其床身重量就差不多40t,为刀架和工件头架的安装提供了极其坚固的基础。由于磨床的规格很大, 所以可以精确加工大而重的工件。

(管理员)



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