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機械圓柱凸輪磨削工藝

如今不斷發(fā)展和不斷適變的機加工廠要完成的基本“訓練”。提高國際競爭力、縮短零件加工時間以及“恨不能今天訂貨昨天就生產(chǎn)好”的交貨時間要求他們必須這樣做。遺憾的是，優(yōu)化機械圓柱凸輪凸角磨削過程從來沒有起作用和達到預(yù)期目標。 其成功率在很大程度上依賴于操作員的經(jīng)驗及直覺。充分考慮已知機床動態(tài)約束及凸角輪廓以建議“大概”加工速度的計算機程序確實存在。然而，依然需要重復(fù)進行許多試驗性磨削，通過被認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，某些制造廠家選擇降低砂輪進給增量，其他一些廠家則降低加工速度。這種“單憑感覺”進行的變化通常會消除磨床燒傷現(xiàn)象，但是卻不一定會產(chǎn)生經(jīng)過優(yōu)化的過程。 數(shù)字式模型制作是一種產(chǎn)品設(shè)計者多年依賴以完成新的設(shè)計和組裝的優(yōu)化工具。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)測性計算機軟件工具，讓他們從某零件上真正去除任何材料之前，在消除某些過程猜測和試湊工作的情況下，有機會在調(diào)節(jié)過程變量后立即看到結(jié)果(充分進行“如果那么”一類的場景模擬)。 現(xiàn)在有一種用于機械圓柱凸輪凸角磨削的數(shù)字式模型制作工具已經(jīng)問世。通過實際預(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到的深度，這種新型熱模型制作軟件讓現(xiàn)有機械圓柱凸輪磨削計算機加工速度生成程序更上一層樓。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，并且可以試驗出不會對凸角產(chǎn)生熱損失的過程變量以確定盡可能最快的加工速度。Landis磨削系統(tǒng)(賓夕法尼亞州Waynesboro市)已經(jīng)在其Tetra4000機械圓柱凸輪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砂輪進給驅(qū)動的3L CNC機械圓柱凸輪凸角磨床上使用。 這種模型制作工具“及時雨”來得正是時候，因為越來越多的熟練工人已經(jīng)到了退休年齡。熱模型制作不僅優(yōu)化了機械圓柱凸輪磨削過程，同時它還充當了機械圓柱凸輪設(shè)計者和制造廠家之間的培訓工具和橋梁。存在問題的輪廓機械圓柱凸輪凸角磨削提出了同心磨削操作中不存在的難題。砂輪和凸角之間的接觸區(qū)(也稱接觸弧)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，而在機械圓柱凸輪比較圓的基圓和端部則比較小。因此，在側(cè)面最可能發(fā)生燒傷，各個制造廠家也正是在這里放慢加工速度以防止發(fā)生燒傷。但是，訓練有素的猜測已經(jīng)典型地指出了要將加工速度降低到多高的程度。 凸角幾何結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜。如今許多滾輪機械圓柱凸輪在側(cè)面帶有一個凹入式輪廓。這種特征，也被稱作負曲率半徑(NROC)，設(shè)計用于優(yōu)化閥的打開和關(guān)閉，以提高發(fā)動機功率和降低排放量。但是，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。此外，新的滾輪機械圓柱凸輪比以前的設(shè)計要經(jīng)歷更高的接觸應(yīng)力，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，盡管它們是在一個加工循環(huán)中發(fā)生的。粗加工的目的是去除盡可能多的材料。此時，熱損傷問題不是很大，因為連續(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給深度進行。但是，在最后的粗加工中，熱損傷一定不能如此之深而使得采用較小砂輪橫進給量的精加工過程無法消除它。參數(shù)輸入在表面上，對有如機械圓柱凸輪磨削這么復(fù)雜的制造過程進行模型制作訓練看起來似乎一點都不直觀。但是，它是一種比較簡單的輸入已知且已公布的機床、砂輪及冷卻液值的過程。 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，還考慮傳統(tǒng)的機床性能變量。機械圓柱凸輪設(shè)計者以繞凸角圓周每度多少升程的方式提供升程分布圖。磨床制造廠提供機床動態(tài)限值諸如砂輪進給加速度和跳動、主箱速度和跳動等數(shù)據(jù)。產(chǎn)生熱模型模塊所需要的三個主要參數(shù)為： Cr值 熱分配常數(shù) 進給增量 ——這種通過經(jīng)驗得出的數(shù)值代表了砂輪的材料去除能力，與機械圓柱凸輪材料及砂輪材料和結(jié)合劑(立方氮化硼即CBN材質(zhì)，采用陶瓷結(jié)合劑的砂輪是當前用于磨削機械圓柱凸輪最常用的砂輪)的類型有關(guān)。這些Cr值從機床力及功率測量值中推導(dǎo)出來。“C”分量表示磨粒密度(磨料與結(jié)合劑之比)，“r”表示砂輪表面拓撲結(jié)構(gòu)(刮痕寬度對刮痕深度)。 ——這是進入零件的熱能與冷卻液帶走的熱量之間的百分比。熱分配常數(shù)對油和水基冷卻液分別是不同的。 ——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)，并且對粗加工和精加工分別不同。砂輪不是以螺旋方式逐漸進給到增量深度，而是直接進給到該增量值并且在整個凸角周圍將保持這個深度。該進給增量一般對粗加工循環(huán)要大于精加工循環(huán)，并且它直接與材料去除率相關(guān)。
圖1：該曲線圖采用用于機械圓柱凸輪磨削的熱模型制作軟件生成。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。