改造外圓磨（mó）床實現氣門錐麵的抖動磨削
2022-9-20 來源：湖南天雁機（jī）械有限責任（rèn）公司 作（zuò）者：周小偉 何光清 周雅智
摘要：通過多種創新設計，綜合利用現有的成熟（shú）技術，對現（xiàn）有氣門錐麵磨削設備M1420做（zuò）適（shì）當（dāng）的（de）改造，實現抖動磨削的方法（fǎ），達到（dào）了在滿足（zú）以盡量（liàng）小的投入、充分利用現有設備的條件下，提高氣門錐麵磨削（xuē）精度（dù）和簡化（huà）操作提（tí）高磨削效率的目的。經過使用驗證，工效提高了1倍，廢品（pǐn）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，完全達到了預定目標。
1、改造前氣門錐麵磨削（xuē）工（gōng）藝及存在問題（tí）
如圖1所示，需要對氣門的錐（zhuī）麵（加工麵）進行磨削，需要保證一定的加（jiā）工麵粗糙度、對（duì）杆部的跳動量、與杆部（bù）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（yuán）磨來進行磨削，如圖2所示，此磨床的（de）磨頭（tóu）可水（shuǐ）平旋轉（zhuǎn），可做手動的水平橫向進給運動，實現切入（rù）磨。
圖2 改造前加工方法及相關結構簡圖
此磨（mó）床的工作台可在液壓係統的驅動下做縱向往複（fù）運動，運（yùn）動速度和距（jù）離可調。工件頭通過底座裝（zhuāng）在工作台導軌上，尾座（圖中裝頂尖的座）也裝在工作台導軌上，工件頭軸線與頂尖軸線重合，並與工作台運動方向平（píng）行。修整金剛筆（圖中未畫）裝在工作台上。氣門杆部（bù）用壓板壓在V形塊的夾具體上，作為主（zhǔ）定位。V形塊的（de）夾具體裝在工（gōng）件主軸上，通過用（yòng）頂（dǐng）尖（jiān）頂住一塊一（yī）麵帶有頂尖孔的與氣門的盤端相接（jiē）觸的圓塊，來間接頂住（zhù）氣門盤端實現輔助定（dìng）位。通過工件頭（tóu）的（de）旋（xuán）轉和磨頭的橫（héng）向進給實現錐麵磨削。磨削過程中（zhōng）工作台不動，磨頭（tóu）軸線與工件頭軸線（xiàn）成一定的角度，基（jī）本上是一種切入磨。
通過上述介紹可見，由於氣門杆部尺寸的不一致，V形塊和壓板的磨損，壓板（bǎn）長度和（hé）壓力（lì）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（lún）上隻有窄窄的一圈在參與磨削，砂輪修整必（bì）須轉動磨頭。這樣，要經常調整工作台的位置，反複調整磨頭角度，既影響效率，又影響尺寸一致性。總之，這種磨削方式生產的產品質量和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（fāng）麵：
（1）要在原有機床上進行，要保證一次成功，即使不成功，也要能恢複原有結構，因此改動要（yào）盡量（liàng）小，花費要盡量低。
（2）要實現抖動磨（mó）削來提高粗糙度等級，所謂抖動磨（mó）削就是以一定頻率反複進行的縱向磨削（xuē），還要減小跳動量。
（3）要簡化氣門裝卸和砂輪修（xiū）整，提高加工效率。具體技術指標為跳動0.03mm，表麵粗糙度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
根據上述現（xiàn）狀及改造要求，我（wǒ）們首先確定采用模塊化的結構，然後進行功能分析。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（bǎo）改造後的磨床能正常運行所需的一些附加功能，還（hái）要考慮相應的修整功能。
由於上述改造要求苛刻，我們不能無限想象，也不宜設計未經驗證（zhèng）過的結構，宜采用成熟的結構技術進行合理的優化組合，達到（dào）目的。
要實現（xiàn）抖動磨削大致上有兩種方（fāng）法：一種是氣門的裝夾方向不（bú）變，磨削時（shí）工作台不動，讓磨頭增加磨削時與錐麵母線相平行方向的往複運動，一款數控錐麵磨就是這樣；另一種是讓工作台作往（wǎng）複運動，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（hòu）加工方法及相關結構簡（jiǎn）圖（tú）
顯然，對於前一種方式，我們需要（yào）在現（xiàn）有（yǒu）的磨頭底盤下增加一（yī）層導軌，並且增加實現導軌方向（xiàng）的往複運動所需要的（de）控製、驅動裝置。而且增加一層導軌後，磨頭軸線會比工件頭軸線高，需要墊（diàn）高工作台，而工作台的已有往複運動功能（néng）繼續廢用。而（ér）對於後一種方式（shì），隻要更換工件頭架底（dǐ）板，參照圖3所示安裝可旋轉的工件頭（tóu）架，來改變工件軸（zhóu）線方向，並增加相應的配重塊來（lái）平衡工作台兩邊的重量（liàng），使工作台能穩（wěn）定運行，利用工作（zuò）台已具備的往複運動功能即可（kě）。
對於實現抖動磨（mó）削功能的結構選擇（zé），不論是從技術角度，還是從經濟角（jiǎo）度考慮，我們都宜選用圖3所示結構。
對於氣門的裝夾功（gōng）能，目前有（yǒu）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（fǎ）等。
圖4 工件（氣門）裝夾簡圖
根據我們的調查分析，彈簧錐套夾緊法的裝夾最簡單、高效，也隻有這種方法才能較好地（dì）保證重（chóng）複精度。為了能方便恢複原狀，我們保留了原工件頭架的（de）外殼，隻把內部改成彈（dàn）性夾緊裝置。但是，采用這種方法（fǎ）需要增加拉（lā）緊、放鬆功能，於（yú）是我們（men）利用磨床（chuáng）本（běn）身具備的液（yè）壓係統，增加拉緊、放鬆油缸（裝（zhuāng）在頭架尾部（bù），圖中未畫）和控製拉緊、放鬆的（de）換向閥等功能結構（gòu）。這其中對彈簧夾頭及其外套的精度要求（qiú）是比較高的，因此從成本和可（kě）靠性等方（fāng）麵考慮後，我（wǒ）們把這一部分的製造委托給專業廠家完成，長期供應（yīng）彈簧（huáng）夾頭，而其它零部件的製造和整個裝配（pèi）調試工作由本公司自（zì）行完（wán）成。
4、效果分析
采用上述方案（àn），花費不（bú）足萬元就完（wán）成了設備改造，設備原值10萬元左右，而購置工（gōng）效和加工產品質量相同的數控設備要花費40多（duō）萬元。通過設備改造，實現了花小錢（qián）辦（bàn）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，表麵粗糙度從原來的0.7μm降到0.4μm，減少了修整調（diào）整時間、刹車時間和氣（qì）門（mén）裝夾調心時間，工效從原來的班產500支提升到1000支。廢品率下（xià）降到（dào）原來的三分之一，產品精度一致（zhì）性好。改造完全達到了預期目的，非常成功。
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