圖一
對于曲軸加工設備來講，磨床是使產(chǎn)品零件達到工藝要求的最終加工機床，固對其精度要求極高、復雜程度極難。對于工件長度超過6m,重量超過5t,工件的主軸頸和連桿頸粗糙度值要達到R a=0.4~0.6μm,主軸頸、連桿頸直徑公差在0.008mm,主軸頸和連桿頸直線度在0.01 / 200 mm,連桿頸圓柱度0.015 mm,連桿頸分度±15′的技術(shù)要求并且加工不同角度和不同偏心量的連桿頸磨削的大型曲軸磨床，其要求就更高了。
根據(jù)目前現(xiàn)有設備狀況和加工工藝，曲軸在磨床上的加工是分兩步執(zhí)行的，也就是說加工磨削主軸頸和連桿頸是由兩種機型分開實施的，這主要是受到設備結(jié)構(gòu)的限制和約束。一般磨削主軸頸選擇在大型的普通外圓磨床進行，曲軸依靠外圓磨床的頭架單驅(qū)動，在二頂尖和中心架的支撐下逐步對主軸頸進行磨削。在磨削主軸頸的過程中，產(chǎn)品的尺寸精度和技術(shù)要求都由人工直接干預。特別是對中心架兩個方向支撐力量的控制，這就要看操作工人的熟練掌握程度，但要長期依靠人為因素來保證質(zhì)量穩(wěn)定是難以做到的，也是不科學的。如圖1所示，在加工磨削連桿頸直徑時，是選擇專用的曲軸磨床來進行加工的。這種曲軸磨床的頭尾座卡盤是可以以頭尾座中心軸線為基準，按照曲軸主軸頸和連桿頸的沖程偏心量進行調(diào)整，使頭尾座卡盤夾持連桿頸的中心圍繞頭尾座主軸的旋轉(zhuǎn)中心，對連桿頸直徑進行磨削加工。如圖2所示。
因為曲軸技術(shù)設計的原因，它在長度質(zhì)量分配上存在著比較大的偏心，如果不采取措施，曲軸在加工旋轉(zhuǎn)中會出現(xiàn)運轉(zhuǎn)不均勻的現(xiàn)象并產(chǎn)生有離心力狀況，這樣磨削加工的表面粗糙度肯定會受到影響。所以在機床的頭尾座后側(cè)都配制了配重裝置，通過觀察頭尾座的驅(qū)動電動機電流的情況進行調(diào)整，從而可以改善和均衡頭尾座的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。因為曲軸本身結(jié)構(gòu)的原因，在頭尾座同時夾緊曲軸兩頭時，頭尾座在旋轉(zhuǎn)時不同步就會造成曲軸的扭曲而影響加工精度。目前為了保證頭尾座的同步，曲軸磨床頭尾座的傳動方式有兩種，一是通過同步軸傳遞，即頭座作為主傳動經(jīng)過一系列的傳動鏈傳遞到尾座，使它們實現(xiàn)曲軸磨床的頭尾座卡盤同步，保證曲軸在運轉(zhuǎn)過程中不造成扭曲的現(xiàn)象。這種傳遞的方式制造成本低，但不可避免地存在機械傳動鏈過長有間隙和磨損的現(xiàn)象，給調(diào)整帶來諸多的不便。另一種是利用頭尾座旋轉(zhuǎn)作為兩軸，采用數(shù)控同步技術(shù)，使頭尾座在旋轉(zhuǎn)的過程中旋轉(zhuǎn)誤差達到最小。有的在采用了頭尾座旋轉(zhuǎn)作為兩軸的數(shù)控同步技術(shù)的制造廠家，為了防止因設備故障和突然停電造成頭尾座失步，使設備損壞以及造成產(chǎn)品的報廢，把砂輪電動機作為突然停電后的大直徑砂輪的慣性當作發(fā)電機使用，把發(fā)出的電提供給頭尾座電動機作為臨時電源，臨時保證頭尾座能夠在短時間內(nèi)有旋轉(zhuǎn)的空間防止故障的擴大。同時為防止頭尾座電器系統(tǒng)本身的故障而引起失步，在頭尾座機械部分設計有超越離機構(gòu)作為保護裝置，在實際運行中因頭座調(diào)速系統(tǒng)模板故障造成頭尾座失步3°，正因為在該裝置的作用下防止故障進一步擴大和保全近30萬元的工件報廢。
圖二
曲軸屬于細長軸零件，在加工時會形成中間下垂的情況，有的廠家為了克服這種狀態(tài)在機床設計中加有機械、電氣、液壓測量等系統(tǒng)組成的曲軸防下垂吊系統(tǒng)。圖3、圖4所示就是該裝置的外形，這個裝置在機床數(shù)控系統(tǒng)中設置為第三軸，它的防曲軸下垂吊力由液壓比例閥控制，保持和頭尾座旋轉(zhuǎn)角度的同步。
圖三
圖四
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機床功能部件水平的提高，目前國外已經(jīng)發(fā)展出一種隨動磨削曲軸的新設備新工藝，它只要在同一臺機床上通過一次夾裝就可以同時磨削加工曲軸主軸頸和連桿頸，而不需要再用兩臺設備依次分別對曲軸主軸頸和連桿頸進行磨削。
圖5是該設備基本結(jié)構(gòu)和加工工藝布置的示意圖。該設備在電氣系統(tǒng)上設計成全數(shù)控控制、全閉環(huán)反饋測量的控制模式，在機械設計上打破傳統(tǒng)磨床的結(jié)構(gòu)分布，把原來頭尾座和工件Z 軸移動更改為砂輪架移動而頭尾座及工件固定不動，因而床身長度就可以設計較短。由于采用了X 軸橫向滑臺原理，這樣就可以克服和消除因工件移動而造成的機床變形等諸多因素，并且還增強了機床的剛性。固定工件的工作臺臺面設計成向砂輪架方向傾斜 20°，以便于冷卻液方便排泄帶走大量的磨削顆粒，保證了機床的熱穩(wěn)定性和工件因工作臺傾斜 20°的設計而使頭尾座能在固定工件的工作臺臺面上安全夾緊。因設計結(jié)構(gòu)的不同，從而磨削方法也不同于一般的傳統(tǒng)曲軸磨床，它的主軸頸磨削采用切入式磨削法，連桿頸的磨削是采用切入式隨動磨削法。圖6、圖7是隨動磨削法的曲軸與砂輪運動的軌跡示意圖。
隨動磨削法的公式：
式中 X --砂輪架橫向滑臺移動軸；C--頭尾座工件夾持旋轉(zhuǎn)軸。
采用隨動磨削法
