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改造外圓磨床實(shí)現(xiàn)氣門錐面的抖動磨削

2022-9-20 來源：湖南天雁機(jī)械有限責(zé)任公司作者：周小偉何光清周雅智

摘要：通過多種創(chuàng)新設(shè)計，綜合利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，對現(xiàn)有氣門錐面磨削設(shè)備M1420做適當(dāng)?shù)母脑欤瑢?shí)現(xiàn)抖動磨削的方法，達(dá)到了在滿足以盡量小的投入、充分利用現(xiàn)有設(shè)備的條件下，提高氣門錐面磨削精度和簡化操作提高磨削效率的目的。經(jīng)過使用驗證，工效提高了1倍，廢品率下降到原來的1/3，磨削粗糙度提高了一個等級，跳動減小0.02mm，完全達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

1、改造前氣門錐面磨削工藝及存在問題

如圖1所示，需要對氣門的錐面（加工面）進(jìn)行磨削，需要保證一定的加工面粗糙度、對桿部的跳動量、與桿部的同心度等，而且氣門兩端是沒有中心孔的。

圖1 工件（氣門）圖樣

改造前，采用通用的M1420外圓磨來進(jìn)行磨削，如圖2所示，此磨床的磨頭可水平旋轉(zhuǎn)，可做手動的水平橫向進(jìn)給運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)切入磨。

圖2 改造前加工方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)簡圖

此磨床的工作臺可在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下做縱向往復(fù)運(yùn)動，運(yùn)動速度和距離可調(diào)。工件頭通過底座裝在工作臺導(dǎo)軌上，尾座（圖中裝頂尖的座）也裝在工作臺導(dǎo)軌上，工件頭軸線與頂尖軸線重合，并與工作臺運(yùn)動方向平行。修整金剛筆（圖中未畫）裝在工作臺上。氣門桿部用壓板壓在V形塊的夾具體上，作為主定位。V形塊的夾具體裝在工件主軸上，通過用頂尖頂住一塊一面帶有頂尖孔的與氣門的盤端相接觸的圓塊，來間接頂住氣門盤端實(shí)現(xiàn)輔助定位。通過工件頭的旋轉(zhuǎn)和磨頭的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)錐面磨削。磨削過程中工作臺不動，磨頭軸線與工件頭軸線成一定的角度，基本上是一種切入磨。

通過上述介紹可見，由于氣門桿部尺寸的不一致，V形塊和壓板的磨損，壓板長度和壓力的有限等問題，造成氣門的裝卸繁瑣，加工精度不高。另外，對于一個確定的工作臺位置，砂輪上只有窄窄的一圈在參與磨削，砂輪修整必須轉(zhuǎn)動磨頭。這樣，要經(jīng)常調(diào)整工作臺的位置，反復(fù)調(diào)整磨頭角度，既影響效率，又影響尺寸一致性。總之，這種磨削方式生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率都不盡如人意。

2、改造要求

改造的要求主要有三個方面：

（1）要在原有機(jī)床上進(jìn)行，要保證一次成功，即使不成功，也要能恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，因此改動要盡量小，花費(fèi)要盡量低。

（2）要實(shí)現(xiàn)抖動磨削來提高粗糙度等級，所謂抖動磨削就是以一定頻率反復(fù)進(jìn)行的縱向磨削，還要減小跳動量。

（3）要簡化氣門裝卸和砂輪修整，提高加工效率。具體技術(shù)指標(biāo)為跳動0.03mm，表面粗糙度0.4μm，班產(chǎn)量1000支。廢品率不得升高。

3、功能分析和結(jié)構(gòu)方案擬定

根據(jù)上述現(xiàn)狀及改造要求，我們首先確定采用模塊化的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行功能分析。主要功能就是要在原有磨床上實(shí)現(xiàn)抖動磨削，次要功能是氣門的裝夾和確保改造后的磨床能正常運(yùn)行所需的一些附加功能，還要考慮相應(yīng)的修整功能。

由于上述改造要求苛刻，我們不能無限想象，也不宜設(shè)計未經(jīng)驗證過的結(jié)構(gòu)，宜采用成熟的結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行合理的優(yōu)化組合，達(dá)到目的。

要實(shí)現(xiàn)抖動磨削大致上有兩種方法：一種是氣門的裝夾方向不變，磨削時工作臺不動，讓磨頭增加磨削時與錐面母線相平行方向的往復(fù)運(yùn)動，一款數(shù)控錐面磨就是這樣；另一種是讓工作臺作往復(fù)運(yùn)動，磨削時磨頭不動，氣門的裝夾方向就要改變，如圖3所示。

圖3 改造后加工方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)簡圖

顯然，對于前一種方式，我們需要在現(xiàn)有的磨頭底盤下增加一層導(dǎo)軌，并且增加實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌方向的往復(fù)運(yùn)動所需要的控制、驅(qū)動裝置。而且增加一層導(dǎo)軌后，磨頭軸線會比工件頭軸線高，需要墊高工作臺，而工作臺的已有往復(fù)運(yùn)動功能繼續(xù)廢用。而對于后一種方式，只要更換工件頭架底板，參照圖3所示安裝可旋轉(zhuǎn)的工件頭架，來改變工件軸線方向，并增加相應(yīng)的配重塊來平衡工作臺兩邊的重量，使工作臺能穩(wěn)定運(yùn)行，利用工作臺已具備的往復(fù)運(yùn)動功能即可。

對于實(shí)現(xiàn)抖動磨削功能的結(jié)構(gòu)選擇，不論是從技術(shù)角度，還是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，我們都宜選用圖3所示結(jié)構(gòu)。

對于氣門的裝夾功能，目前有前述的V形塊定心裝夾法、彈簧錐套定心夾緊法（參見圖4）和三輥定心夾緊法等。

圖4 工件（氣門）裝夾簡圖

根據(jù)我們的調(diào)查分析，彈簧錐套夾緊法的裝夾最簡單、高效，也只有這種方法才能較好地保證重復(fù)精度。為了能方便恢復(fù)原狀，我們保留了原工件頭架的外殼，只把內(nèi)部改成彈性夾緊裝置。但是，采用這種方法需要增加拉緊、放松功能，于是我們利用磨床本身具備的液壓系統(tǒng)，增加拉緊、放松油缸（裝在頭架尾部，圖中未畫）和控制拉緊、放松的換向閥等功能結(jié)構(gòu)。這其中對彈簧夾頭及其外套的精度要求是比較高的，因此從成本和可靠性等方面考慮后，我們把這一部分的制造委托給專業(yè)廠家完成，長期供應(yīng)彈簧夾頭，而其它零部件的制造和整個裝配調(diào)試工作由本公司自行完成。

4、效果分析

采用上述方案，花費(fèi)不足萬元就完成了設(shè)備改造，設(shè)備原值10萬元左右，而購置工效和加工產(chǎn)品質(zhì)量相同的數(shù)控設(shè)備要花費(fèi)40多萬元。通過設(shè)備改造，實(shí)現(xiàn)了花小錢辦大事。

經(jīng)過使用證明，機(jī)床性能穩(wěn)定，產(chǎn)品跳動從原來的0.05mm減小到0.03mm，表面粗糙度從原來的0.7μm降到0.4μm，減少了修整調(diào)整時間、剎車時間和氣門裝夾調(diào)心時間，工效從原來的班產(chǎn)500支提升到1000支。廢品率下降到原來的三分之一，產(chǎn)品精度一致性好。改造完全達(dá)到了預(yù)期目的，非常成功。

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