改造外圓磨床實（shí）現氣門（mén）錐麵的抖動磨削
2022-9-20 來（lái）源：湖南天雁機械有限責（zé）任公司 作者：周小偉 何光清 周雅智
摘要：通過（guò）多種創新設計，綜合利用現有的成熟（shú）技術，對現有氣門錐麵磨（mó）削設（shè）備M1420做適當的改造，實現抖動磨削的方法，達到了在（zài）滿足以盡量小的投入、充分（fèn）利用現有設備的條件下，提高氣門錐麵磨削精度和簡化操作提高磨（mó）削效率的目的（de）。經過使用（yòng）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）到了預定目標。
1、改造前氣門錐麵磨削工藝（yì）及存在問題
如圖1所示，需要對氣門的（de）錐麵（加工（gōng）麵）進行磨削，需要保證一定的加工麵（miàn）粗糙度、對杆部的跳動量、與杆部的同心度等，而且氣（qì）門兩端（duān）是沒有中心孔的。
圖1 工件（氣門）圖樣
改造（zào）前，采用（yòng）通（tōng）用的M1420外圓磨來進行磨削，如圖2所（suǒ）示，此磨床的磨頭可水平旋（xuán）轉，可做手（shǒu）動的水平橫（héng）向進給運動，實現切入磨。
圖2 改造前加工方法及相關結構簡圖
此磨床的工作台可在液壓係統的驅動（dòng）下做縱向往複運動（dòng），運動速度和距離可調。工（gōng）件頭通過底座裝在工作台導軌上，尾座（圖中裝（zhuāng）頂尖的座）也裝在工作台導軌上，工件頭（tóu）軸線與頂尖軸線重合，並與工作台運動方向平行。修整金剛筆（圖中未畫）裝在工作台上。氣門杆部用壓板壓在V形塊的夾具體上，作為主定位（wèi）。V形塊的夾具體裝（zhuāng）在工件主軸上，通過用頂尖頂住一塊一麵帶有頂尖孔的（de）與氣門的盤端相接（jiē）觸的圓塊，來（lái）間接頂住氣門盤端實現輔助定位。通過工件頭的旋轉和磨頭的橫向進給實現錐麵磨（mó）削（xuē）。磨削過程中工作台不動，磨頭（tóu）軸線與工件頭軸線成（chéng）一定的角度，基本上是一種切入磨。
通過上述介紹可見（jiàn），由於（yú）氣門杆部尺寸的不一致，V形塊和壓（yā）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，對於一個確定的工作台位置，砂輪上隻有窄（zhǎi）窄的一圈在參（cān）與磨削，砂（shā）輪修整必須轉動磨頭。這樣，要經常調整工作台的位置（zhì），反複調整磨頭角度，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）品質量和（hé）工作效率都不盡如人意。
2、改造要求
改造的要求主（zhǔ）要有三個方麵：
（1）要在原有機（jī）床上進行，要保證一次（cì）成功，即使不成功，也要能（néng）恢複原有結（jié）構，因此改動要盡量小，花費要盡量低。
（2）要實（shí）現抖動磨削（xuē）來提高粗糙度等級，所（suǒ）謂抖動磨削就是（shì）以一定頻（pín）率反複進（jìn）行的縱向磨削，還要減小跳動量。
（3）要簡化（huà）氣門裝卸和砂輪修整，提高加工效率。具（jù）體技術指標為跳動0.03mm，表麵粗糙度（dù）0.4μm，班產量1000支。廢品率不得升高。
3、功能分析和結構方案擬定（dìng）
根（gēn）據上述現狀及改造要（yào）求，我們首先確定采用模塊（kuài）化的結構，然後（hòu）進行功能分析。主要功能就是要在原有（yǒu）磨床上實現抖動磨削，次要功能是氣門的裝夾和確保改造後的磨（mó）床能正常運（yùn）行所需的一些附加（jiā）功（gōng）能，還要考慮（lǜ）相（xiàng）應的修（xiū）整功能。
由於上述改造要求苛刻，我們不能無限想象，也不宜設（shè）計（jì）未經驗（yàn）證過的（de）結構，宜采用成（chéng）熟的結構技術進行合理的優（yōu）化組（zǔ）合，達到目（mù）的。
要實現（xiàn）抖（dǒu）動磨（mó）削大（dà）致上有兩（liǎng）種方法：一種是氣門的裝夾方向不變，磨削時工作台不動，讓磨頭（tóu）增加磨削時與錐麵母（mǔ）線相平行方（fāng）向的往複運（yùn）動，一款數控錐麵磨就是（shì）這樣；另一（yī）種是讓工（gōng）作台作往複運（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 改造後加工方法及相關結構簡圖
顯（xiǎn）然，對於前一種方式，我們需要在現有的磨頭底盤下增（zēng）加一層導軌，並且增加實現導（dǎo）軌方向的往複運動（dòng）所需要（yào）的控製、驅動（dòng）裝置。而且（qiě）增加一層導（dǎo）軌後，磨頭軸線會比工件（jiàn）頭軸線高，需要墊高工作（zuò）台，而工作台的已有往複運動（dòng）功能繼續（xù）廢用。而對於後一種方式，隻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（jiàn）軸線方向，並增加相應的配重塊來平衡工作台兩邊（biān）的重（chóng）量，使工作台能穩定運行，利用工作台（tái）已具備的往複運動功能即可。
對於實現（xiàn）抖動（dòng）磨削（xuē）功能的結構選擇，不論是從技術角度，還是從經濟角度考慮，我們都宜（yí）選用圖3所（suǒ）示（shì）結構。
對於氣門的裝夾功能，目前有前述（shù）的V形塊定心裝夾法、彈簧錐（zhuī）套定心夾緊法（參見圖4）和三輥定心夾緊法等。
圖4 工件（氣（qì）門）裝（zhuāng）夾（jiá）簡圖
根據我們的調查分（fèn）析（xī），彈簧錐套夾（jiá）緊法的裝夾最簡單、高效，也隻有這種方法才能較好地（dì）保證重複精度。為了能方（fāng）便恢複原狀，我們保（bǎo）留了原工件頭架的外殼（ké），隻把內部改成（chéng）彈（dàn）性夾緊裝置。但是，采（cǎi）用這種方法需要增加拉緊（jǐn）、放鬆功能，於是我們（men）利（lì）用磨床本身具備的液壓係統，增加拉緊（jǐn）、放鬆（sōng）油缸（裝在頭架尾部（bù），圖中未畫）和控製拉緊、放鬆的換向閥等功能結構。這其中對彈簧夾頭及其（qí）外套的精（jīng）度要求是比較高的，因此從成本和（hé）可靠性等方麵考慮後，我們把這一部分的製造（zào）委托給專業廠家完成，長期（qī）供應彈簧夾頭，而其它零部件的（de）製造和整個裝配調（diào）試工作由本公司自行完成。
4、效果分析
采用上（shàng）述方案，花費不足萬元就完（wán）成了設備（bèi）改（gǎi）造，設備原值10萬元左右，而購置工效和加工產品質量相同的數控設備要花（huā）費40多（duō）萬元（yuán）。通過設備改造，實現了花小錢辦大事。
經過使用證明，機床性能穩定，產品跳動從原來的0.05mm減小到0.03mm，表（biǎo）麵粗糙度從原來的0.7μm降到（dào）0.4μm，減少了修整調（diào）整時間、刹車（chē）時間和（hé）氣門（mén）裝夾調（diào）心時間，工效從原來的班產500支提升（shēng）到1000支。廢（fèi）品率（lǜ）下降到原來的三（sān）分之一，產品精（jīng）度一致性好。改造完全（quán）達到了預期目的，非（fēi）常成功。
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