CIMT 2015曲轴、凸轮轴磨床评述

肖建军



CIMT 2015曲轴、凸轮轴磨床评述

肖建军

（上海机床厂有限公司 上海200093）

2015年4月20～25日，第十四届中国国际机床展览会（CIMT 2015）在北京中国国际展览中心举办。本次展会恰处在中国经济变革调整时期，围绕“新常态•新发展”的主题，企业面临各种新挑战，新挑战也带来新希望，孕育新发展。本次展会受到了业界的广泛关注和支持，国内外各参展商通过产品展示，充分体现了机床行业的新面貌。

对于曲轴、凸轮轴磨床而言，本次展品以数控切点跟踪随动磨削为主，但机床实物展出数量较少，大多以图文资料呈现，主要生产厂家参与热情稍显不足，相应的新产品、新技术成果展示也较少。

１ 国内主要厂家展品与产品介绍

1.1 JKM8320A数控高速凹面凸轮轴磨床

JKM8320A（图1所示）是由江西杰克机床有限公司生产，该机床利用大、小砂轮翻转组合，随动磨削，实现一次装夹对整根凹面凸轮轴粗精加工，并可配置自动上下料机构，适用生产线。

图1 JKM8320A数控高速凹面凸轮轴磨床

JKM8320A主要规格参数如下（以展出机床为例）：

最大工件长度 800 mm

最大工件直径 200 mm

非圆最大偏心 20 mm

最大工件质量 70 kg

顶尖中心高 140 mm

大砂轮规格（CBN砂轮） 500×203×B mm

大砂轮最高线速度 120 m/s

小砂轮规格（CBN砂轮） 150×70×B mm

小砂轮最高线速度 80 m/s

基圆直径尺寸误差 ±0.01 mm

基圆跳动误差 0.01 mm

非圆截面相位角偏差 ±10′

非圆截面轮廓曲线误差 ±0.03 mm

非圆截面相邻升程误差 ±0.005 mm/°

非圆截面与母线平行度 0.005 mm

磨削表面粗糙度a≤0.4 µm

尺寸（长×宽×高） 4 300×2 300×1 900mm

JKM8320A磨床主要结构及性能特点：

（1）采用德国西门子(SIEMENS 840D)数控系统，4轴2联动。

（2）采用具有自主知识产权的凸轮数控磨削软件。

（3）采用具有自主知识产权的静、动压轴承砂轮电主轴。

（4）采用具有自主知识产权的大小磨头翻转机构。

（5）采用120 m/s的CBN砂轮高速磨削技术。

（6）砂轮主轴配有意大利(Marposs)内置式在线动平衡、消空程和防碰撞装置。

（7）砂轮架进给系统采用圆柱静压导轨及西门子1FN3系列直线电机。

（8）采用具有自主知识产权的高效、低能耗的循环过滤冷却系统。

1.2 MK8220/SD双砂轮架数控切点跟踪曲轴磨床

MK8220/SD（图2、3所示）是国家重大科技专项研制产品，由上海机床厂有限公司生产，本机床为双砂轮数控切点跟踪曲轴磨床，能在一次装夹下实现曲轴主轴颈和连杆颈的外圆磨削。适用于汽车整机厂发动机生产线四缸机、六缸机的曲轴磨削。机床采用卧式布局，砂轮架移动形式。

图2 MK8220/SD曲轴磨床

图3 MK8220/SD曲轴磨床试磨

MK8220/SD机床主要规格参数如下：

最大工件直径 200 mm

最大磨削长度 750 mm

最大砂轮线速度 150 m/s

中心架上最大可磨削直径 60 mm

圆度 0.003 mm

直线度 0.004 mm

表面粗糙度a0.8 μm

CPK值 ≥1.67

MK8220/SD磨床主要结构及性能特点：

（1）床身整体采用整体铸件制造，前后床身一体式布局。

（2）工作台为单层的铸铁平台面，固定安装于床身前部。

（3）砂轮轴系是采用静压轴承和内装式电机，电机布置形式，采用了电机布置在静压轴承之间中置形式。

采用固定牧场放牧或者圈养2种方式对可能受到威胁的群体进行隔离饲养，地址的选择远离居民区、交通要道等，隔离区的周围最好有树木、人工栅栏等屏障。

（4）两个砂轮架的横向进给由直线电机驱动，实现砂轮架的随动磨削的高动态性能要求。导轨副为闭式静压矩形导轨，由独立的供油系统提供压力润滑。

（5）头架采用内装式力矩电机驱动，与拖板直线电机联动，实现随动磨削。主轴系统的支承采用滚动轴承支承形式。

（6）液压及润滑系统主要由静压导轨液压系统和静压主轴液压系统，主轴静压油箱附冷却循环泵，提供电机的冷系统，静压导轨液压系统由阀板控制，提供部分油液给润滑系统。

（7）电气系统采用独立、带温度控的落地式大电箱。数控系统采用SIEMENS 840D SL控制系统。

1.3 B2-K1018型双砂轮架随动式数控曲轴磨床

B2-K1018型数控切点跟踪曲轴磨床（如图4所示）是由北京第二机床厂有限公司生产，本次展会以实物展出。该机床是一款针对汽车发动机曲轴连杆颈、主轴颈精密磨削的超高速精密磨削设备，能够一次装夹实现曲轴连杆颈、主轴颈的批量精密加工，适合于曲轴生产线配套使用。

图4 B2-K1018型数控切点跟踪曲轴磨床

B2-K1018主要规格参数及精度指标：

最大回转直径 520 mm

顶尖距 600/1 200 mm

中心高 350 mm

顶尖间最大质量 150 kg

数控轴数 7轴/4轴联动

砂轮直径（宽度） Ф650×（16~80）mm

CBN砂轮最大线速度 120 m/s

圆度 0.003 mm

圆柱度 0.005 mm

表面粗糙度a0.32 μm

B2-K1018主要结构及性能特点：

（1）机床采用工作台固定，双砂轮架后移动式布局。

（2）采用工作台固定，双砂轮架十字滑台后置移动的形式，实现砂轮架横向及纵向移动（1、2、1、2）。

（3）两个砂轮架进给轴（1、2轴）采用直线电机直接驱动，闭式静压导轨结构，减少了中间环节的传递误差，提高了轴的定位精度和响应速度。

（4）拖板（1、2轴）驱动采用交流伺服电机+滚珠丝杠副驱动。

（5）头架主轴（1轴）采用高精度滚动轴承的主轴结构，并配置角度编码器实现闭环控制。

（6）配备了曲轴连杆颈随动磨削软件和用户专用的磨削界面软件。

2 国外主要厂家展品与产品介绍

2.1 JUCAM 6L型凸轮轴磨床

JUCAM 6L型凸轮轴磨床（图5、图6所示）由德国的JUNKER公司生产。该机床砂轮架上前后布置两套砂轮直径不一的轴系，运用摆线跟踪磨削工艺，可实现带凹凸面等多种形状的凸轮轴磨削，工件一次装夹即可完成粗、精磨，通过更换程序可对多种缸数的凸轮轴进行加工，达到高柔性与高效率的兼顾。

图5 JUCAM 6L机床外形图

图6 JUCAM 6L试磨

JUCRAM 6L主要规格参数如下（以展出机床为例）：

最大磨削长度 1 800 mm

最大装夹长度 2 000 mm

中心高 170 mm

最大工件质量 200 kg

CBN砂轮直径 700 mm

砂轮线速度 90 m/s

尺寸（长×宽×高） 4 900×3 750×2 450 mm

JUCRAM系列凸轮轴磨床主要结构及性能特点：

（1）采用整体床身，材料为聚合物混凝土。

（2）数控系统为FANUC。

（3）头架采用滚动轴承支撑，内装式力矩电机驱动工件旋转，角度编码器闭环控制，配备专用的液压夹具。

（4）拖板（Z轴）采用矩形静压导轨，伺服电机+齿轮齿条驱动，光栅尺闭环控制。

（5）进给轴（轴）采用静压圆柱导轨，伺服电机+静压丝杆驱动，光栅尺闭环控制。

（6）砂轮主轴采用滚动轴承支承的电主轴。

（7）配备液压伺服中心架。

（8）砂轮架可绕B轴摆动，可以适用不同轮廓凸轮轴的加工。

2.2 LT2（E）型曲轴磨床（双砂轮架）

英国Cinetic Landis公司本次没有展出实物，该公司的曲轴磨床也是极具特色，因此，笔者选择了Landis公司的LT2（E）型曲轴磨床（图7）作以下介绍，该机床采用随动磨削方式磨削曲轴连杆颈或其它轴颈，是Landis公司LT2曲轴磨床系列中最新的一代。相比老一代LT2系列产品，该机床在中心高、整机体积、砂轮尺寸、总功率、加工节拍等方面参数都优化缩少，获得了更好的使用效果。

图7 LT2（E）试磨

LT2（E）主要规格参数如下：

最大回转直径 180 mm

最大磨削长度 750 mm

中心高 240 mm

最大工件质量 50 kg

砂轮直径（最大） 520 mm

CBN砂轮最大线速度 150 m/s

尺寸（长×宽×高） 4 520×5 790×2 280 mm

LT2（E）系列曲轴磨床主要结构及性能特点：

（1）采用整体铸铁床身。

（2）数控系统为专用的Landis CNC6400，主要电机和伺服驱动均采用力士乐产品。

（3）头架采用滚动轴承支撑，内装式力矩电机驱动工件旋转，角度编码器闭环控制，配备专用的液压卡盘。

（4）拖板（轴）采用矩形静压导轨，滚珠丝杆或直线电机驱动，光栅尺闭环控制。

（5）进给轴（轴）采用矩形静压导轨，直线驱动，光栅尺闭环控制。

（6）砂轮主轴采用静压轴承支承的电主轴。

（7）配备液压伺服中心架，中心架通过液压的方式驱动三片托瓦夹持曲轴中间段主轴颈，克服了曲轴类工件抗弯刚性不足的弱点。

（8）金刚滚轮修整器安装在尾架的后侧，修整器主轴采用角接触球轴承支撑，直接由可变速电机驱动。

3 结语

曲轴、凸轮轴是内燃发动机的关键零件。纵观本届展会的各家凸轮轴、曲轴加工设备，可以看出，随着汽车工业的发展，发动机也随之升级换代，国内外相关磨床产品也有了较快的发展，其主要的发展趋势是提高生产率、提高自动化程度、提高加工质量。就本届展出的产品而言，表现出以下三个明显的特点：

（1）就应用领域而言，集中在内燃发动机行业，尤其是在乘用车发动机行业，中、小型曲轴与凸轮轴磨床发展迅速，数量多、更新快。

（2）就技术水平而言，切点跟踪磨削技术成为主流，直驱技术被广泛使用，随动式曲轴、凸轮轴磨床比重越来越多。

（3）就设备类型而言，许多著名的曲轴、凸轮轴磨床厂家不再仅仅着眼于单一的曲轴、凸轮轴磨床，而是面向整个曲轴、凸轮轴加工生产线，并为用户提供配套服务的完整技术方案。