專利名稱：曲軸軸頸機加工的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種曲軸軸頸機加工的活動裝置和適用于此種裝置的方法。
如所周知，此類裝置一般包括兩個裝在外圓周上的帶有齒的鏈輪剖分旋轉環，其由塑料滑塊保持在曲軸軸頸之間的過渡溝上和起徑向導向的作用。該裝置由一臺壓縮空氣驅動的馬達通過裝在其中一個旋轉環周圍的滾子鏈驅動。另一旋轉環則通過可用螺釘擰入的定距桿跟從動的旋轉環連接。在旋轉環旋轉時，使用一臺固定在裝置上和備有碗形砂輪的壓縮空氣磨削機對加工表面進行機加工。使用一臺裝在裝置上的行星式磨削機或通過手工銼或研磨方法進行精加工。此后，使用人工導向和壓縮空氣驅動的徑向磨削機重新磨削該過渡溝。
由于磨削時的切削效率低而使此種方法不經濟，而且由于工作區內受到有害健康的磨削粉塵污染，故須花費大量費用進行清理。
由于滑塊在導向溝中導向不精確，以及隨著切削時間增加而增大的間隙，故需加大余量以便用復雜的人工進行精加工，從而使制造質量下降和時間的消耗增大。
制造裝置和在曲軸軸頸上裝置找準也很費時，同時，由于裝置攜帶的壓縮空氣軟管會自動打卷，因此必須定期地改變裝置的旋轉方向以便使軟管松卷。
DE 34 34 140提出一種懸掛在支架上且由滾柱或滑塊支承在曲軸軸頸上的裝置。此裝置由于支架的原故而跟隨旋轉的曲軸的軸頸，并且始終由一個電子水平儀保持在和曲軸中央軸頸平行的平面內，機加工由一從動的磨削缸完成。
除了上述磨削方法的缺點外，這種裝置如果在其附近發生振動和顫動，則在受控制的平行度方面便要冒失去精確性的風險，從而使制造的質量下降，例如在船上的情況。此外，由于機加工時的旋轉運動可能使曲軸的主軸承受到較大的應力而損壞。
德國實用型(German Ufinity Model)77 09 500曾提出一種裝置，其包含一個固定的剖分外環，該外環以軸向和徑向可調的方式固定在曲軸曲柄臂上。有一個通過減速器傳動，并可轉動的刀架環裝在此外環上。刀架環上還有一個在導軌上進行軸向移動的滑架，一把用于機加工曲軸軸頸的刀具便裝在此滑架上。所述刀具由一進給裝置驅動而沿著加工表面移動。
這一裝置的結構和安裝非常復雜，同時為了精確地調整固定的外圈還需要化費大量時間。
本發明的目的便是提出一種能簡便、快速和精確地機加工曲軸上曲軸軸頸的裝置和方法。
根據本發明，此目的由于專利的權利要求1的特征以及具有專利權利要求18-20特征的方法而得以達到。
使用此裝置的機加工方法達到設計規定的尺寸和形位公差以及要求的表面光潔度，為達到該光潔度，需要的手工精修工作量卻比新制造時還要少。
這種裝置特別利于安裝和操作簡單，從而大大節約機加工時間和使機加工的經濟效率獲得總體提高。
精加工時的切屑量令人滿意地減少意味著實際上完全消除了產生對健康有害的磨削粉塵問題。
裝置固定時無需打孔，這是特別有利的，因為切削以后，沒有由于材料被除去或材料性質發生變化而造成曲軸強度損失。特別在修復損壞的曲軸軸頸(如有硬化表面)時，使結構上允許直徑減小的情況成為可能。
下文中將參照附圖所示的推薦實施例詳細說明本發明。附圖中，
圖1為本發明裝置實施例的正視圖；圖2a為圖1所示裝置的側視圖；圖2b為通過曲軸軸頸的圖1所示裝置的剖視圖；圖3為圖1和2所示裝置在裝于發動機中的曲軸上的應用。
圖1詳細表示一根曲軸(2)，其有一個以截去一段形式表示的曲軸中心軸頸，曲軸軸頸(3)由曲軸曲柄臂連接。在從曲軸軸頸(3)的加工表面向曲軸曲柄臂過渡處制出一些過渡溝(20)。
在所有情況下，裝置(1)由一個剖分的內環(6)固定在兩個曲軸曲柄臂的側表面上，內環(6)由扇形固定件(8)相對于曲軸軸頸的軸線同軸心定位。這些扇形固定件(8)中的每一個，在其和曲軸軸頸(3)的加工表面相接觸的表面上均有一凹入的圓角，且所述圓角和加工表面精確匹配。在本推薦設計中，各有兩個扇形固定件(8)可拆地和內環(6)的上、下半爿通過螺釘連接。當實施機加工方法時，所述扇形固定件在其復蓋的加工表面邊界區被切削到以前并不卸除，因為此時以前，所述扇形固定件(8)起補充的徑向固定作用。對于不同的軸頸直徑，必須制造具有匹配圓角的相應扇形固定件(8)。
在一個優先結構中，內環(6)用高功率圓形磁鐵(9)吸附在曲軸曲柄臂的內側表面上。這些磁鐵(9)被置入位于剖分內環(6)下半爿上臺階孔節圓上的臺階孔內，而且孔的直徑和數量以及臺階孔節圓直徑被優化到作用在曲柄臂側面上的磁鐵(9)的吸附力達到最大。另一種固定內環(6)的方法是利用敷在內環(6)和曲柄臂側面之間的粘結劑，在用化學溶劑拆除裝置(1)時，粘附作用便消失而且不留痕跡。
內環(6)和曲軸主軸線相交的垂直性和兩個內環(6)之間的平行度由多個柱螺栓(26)保證，該螺栓擰入內環(6)的螺孔內并且頂住曲柄臂的側面。當扇形固定件(8)拆去時，裝置(1)還因此得到額外的固定，以防產生徑向位移。
用千分表(12，21)檢查兩個內環(6)的位置。徑向位移由例如用磁性架固定在伸出曲軸曲柄臂之外的內環(6)區內的千分表(12)顯示，所述千分表的頂針按徑向置于曲軸曲柄臂外側；用另外一個千分表(21)監控軸向位置的變化。該千分表使用磁性架或其他方法固定在曲軸曲柄臂的外表面上，其頂針則按軸向頂住內環(6)的伸出區。
多個伸出滾柱(7)用于為其上面的旋轉環(4)實現無間隙的導向，它們被埋在內環(6)的環形表面上。為此目的，最好采用商售的帶槽滾珠軸承，因為它們既能起無間隙的滾動支承作用，又能起在外環上導向的作用。滾柱(7)在內環(6)外圓周上的分布是不均勻地分散的，以免出現當剖分旋轉環(4)同時在相反的滾柱(7)上徑過時發生相反的跳動。滾柱(7)使旋轉環(4)能在軸向和徑向上都得到無間隙的導向。
位于內環(6)和旋轉環(4)之間的密封件未詳細表示，其用于保護滾柱(7)免受沾污。
兩側的旋轉環(4)通過定距板(11)連接一起。旋轉運動靠位于整體齒圈(5)上的滾子鏈(19)驅動。此齒圈(5)亦可位于被壓配在旋轉環(4)上的另外一個附加環上。
定距板(11)位于圓周的相反方向上，而且分別通過角鐵和螺釘同旋轉環(4)連接。
建議采用兩個定距板(11)，其中之一上裝有一個進給裝置(14)，所述進給裝置藉桿(15)之助沿曲軸軸頸(3)的軸線運動。在本推薦實施例中，桿(15)為一螺桿，其兩端裝在旋轉環(4)內，可以轉動，但軸向固定。在離旋轉環(4)不遠的桿(15)上有一星形驅動輪(16)，其每當旋轉環(4)轉過一圈便和裝在相應內環(6)上的進給銷(22)嚙合一次，結果使桿(15)轉過一個可調的角度。在進給部件(37)內有一螺桿螺母和桿(15)配合。進給部件(37)從定距板(11)的豁口中伸出，所述豁口沿整個移動路程伸展，而且和板(24)連接一起。板(24)通過滑塊(23)以無間隙方式在直線導軌(13)上移動，該直線導軌沿移動路程固定在定距板(11)豁口的兩側。直線導軌(13)最好裝在下側，即定距板(11)面對被機加工的加工表面一側。在板(24)上固定著裝有調節部件(17)的夾座(25)。調節部件(17)的主軸線最好和曲軸軸頸(3)的旋轉軸線成30°的夾角。但是調節部件(17)的位置亦可選擇0～90°之間的其他角度。在本推薦設計中，調節部件(17)采用的是調節比率譬如為0．01mm的商售小孔夾頭。進行旋轉機加工的刀具(18)固定在調節部件(17)上。合適的刀具(18)包括用高速鋼、硬質金屬或陶瓷切削材料制成的掉頭刀片和車刀等。
現有技術熟知的壓縮空氣磨削機或有一把例如鑲齒端銑刀的從動銑刀的銑削裝置均可裝在夾座(25)上。
這些磨削或銑削裝置均可直接裝在定距板(11)上。在本設計中，當曲軸軸頸加工表面的圓周完成一個切削過程后，必須沿軸向退出，再進行下一個過程。這些裝置亦可如圖示研磨裝置(38)那樣安裝。
研磨裝置(38)包括一個成形塊(29)，其在嚙合表面上具有和曲軸軸頸(3)的圓柱形表面相配的凹圓弧。嚙合表面上復蓋有砂布或常用的表面精整材料。成形決(29)通過擰入定距板(11)的螺桿(28)和定距板(11)連接。因此，影響材料切削的成形塊(29)作用在加工表面上的切削壓力便能調節。為了安裝螺桿(28)，定距板(11)上制成多個螺桿孔(27)，所述孔位于沿曲軸軸頸軸線方向的直線上，而且使成形塊(29)得以偏移出曲軸軸頸(3)加工表面的整個寬度。
圖2a和b為裝置(1)的側視圖。從圖上可以看到扇形固定件(8)如何安裝在內環(6)上和如何貼靠在曲軸軸頸(3)的加工表面上，同時還表明用于連接兩半爿內環(6)和兩半爿旋轉環(4)的接合點和螺釘連接。滾柱(7)像表示隱蔽的輪廓圖形那樣用虛線表示，為的是清楚說明滾柱(7)在環繞內環(6)的圓周上不均勻的分布情況。進給銷(22)的位置差不多在裝置(1)的水平中央平面上，并且可以由安裝架(30)修改，該安裝架固定在內環(6)上，部分被環(4、6)遮住了。
在此視圖中亦可看到用于內環(6)平行找準的柱螺栓(26)的安排。
和旋轉環(4)一同旋轉的定距板(11)用剖面形式表示。在頂上的定距板(11)圖形中，只能看到直線導軌(13)和進給部件(37)用的豁口。底下的定距板(11)和頂上的一樣顯示固定用角型材的正視圖和用于固定以其凹圓弧貼靠在曲軸軸頸(3)上的成形塊(29)的螺桿(28)正視圖。
旋轉運動由馬達(33)通過圍繞一個旋轉環(4)的齒圈(5)的滾子鏈(19)驅動。此馬達最好為用壓縮空氣工作的，而且通過變速裝置和小鏈輪(32)連接。為了張緊滾子鏈(19)，小鏈輪應和裝置(1)分開安裝，并且可以縱向移動。亦可采用電動機或其他的驅動裝置。可以通過左面的或右面的旋轉環(4)(見圖1)驅動，或者由兩個驅動部件(33、32、19、5)同時驅動兩個旋轉環(4)。
為了阻尼滾子鏈(19)上產生的任何橫向顫振，和／或為了將所述滾子鏈予拉緊，可以采用同阻尼裝置一起作用的張緊裝置(31)。
一個特別值得提及的優點是本發明的裝置和方法可以在安裝于發動機內的曲軸上使用。
從圖3中可以了解裝在內燃機發動機架(34)上的曲軸(2)如何使用本活動裝置(1)。
截頭圖表示安裝在例如船體或動力站發動機間內底座上的發動機架(34)。位于曲軸軸頸區內沿氣缸方向的開孔(35)上的蓋已被卸去。
驅動裝置(1)的馬達(33)固定在發動機架(34)外面未表示的安裝座上，通過滾子鏈(19)驅動裝置。
曲軸(2)的主軸承和所有其他同本發明無關的內燃機零部件均已從圖中略去。
為了對曲軸軸頸(3)進行機加工，首先應將備有扇形固定件(8)的曲軸軸頸(3)上的兩爿內環(6)用螺釘連接，然后找準和固定到相應曲柄臂側面上。此后將兩爿旋轉環(4)置于內環(6)上，同樣用螺釘固定在一起。在此過程中，進給部件(14)已經裝入桿(15)和定距板(11)，但是只有在找準后方能固定到已經用螺釘連接在一起的旋轉環(4)上。另一個定距桿(11)先不帶研磨裝置(38)裝上。在驅動部件(19、32、33、31)裝上后，開始對曲軸軸頸(3)的加工表面開始進行機加工。先將刀具(18)送入曲軸軸頸(3)上用于供給潤滑油的孔(36)。此時，使裝置(1)開始工作，使加工表面的機加工從孔(36)開始在一個軸向上進行，直到扇形固定件(8)的附近為止。此后，將板(24)上的夾座(25)掉轉180°，從同一個孔開始和上述一樣進行另一個軸向的機加工。
對了對曲軸軸頸(3)加工表面的邊界區域進行機加工，應卸去扇形固定件(8)，從靠近邊界的孔(36)開始，方式和前述相同。
在旋轉機加工后，加工表面上仍有幾個1／100mm的余量需要用研磨裝置(38)除去。
為此，使其上有研磨材料的成形塊(29)貼靠在加工表面上，而且通過裝置(1)在加工表面上運動。為了在加工表面的整個軸向范圍內進行機加工，成形塊(29)必須在軸向上偏出大約和其寬度相等的距離。這一點通過將螺桿(28)擰入以軸向偏置方式布置的相應孔(27)中實現。因此，機加工分階段地進行。
最后，加工表面兩側的過渡溝(20)最好使用裝在夾座(25)或調節部件(17)上的成形工具重新磨削。此時，用分階段調整成形工具的方法加工過渡溝(20)。成形工具亦可由多個成形鑲塊構成，該鑲塊按照過渡溝(20)的相應部位布置和調整。
過渡溝(20)的最后精加工在裝置(1)卸去后像通常加工新結構那樣用手工進行。但是也可以用裝置(1)藉助裝在定距板(11)之一上的壓縮空氣或電驅動的磨削機進行。
為了實施此機加工方法，裝置(1)既可裝在直列式發動機或V形發動機的曲軸(2)上，亦可裝在拆下的曲軸(2)上。
為了將裝置(1)用于不同型式發動機的不同曲軸(2)上，裝置(1)可以通過更換帶直線導軌(13)的定距板(11)、桿(15)、帶孔(27)的定距板(11)和扇形固定件(8)適應不同直徑的要求。
1．裝置2．曲軸3．曲軸軸頸4．旋轉環5．齒圈6．內環7．滾柱8．扇形固定件9．磁鐵10．支承件11．定距板12．千分表13．直線導軌14．進給部件15．桿16．驅動部件17．調節部件18．切削刀具19．滾子鏈20．過渡溝21．千分表22．進給銷23．滑動24．板25．夾座26．柱螺栓27．孔28．螺桿29．成形塊30．安裝架31．張緊裝置32．小鏈輪
33．馬達34．發動機架35．開孔36．孔37．進給部件38．研磨裝置
權利要求
1．一種對曲軸的曲軸軸頸表面進行機加工的活動裝置，其有轉動的旋轉環和可以在曲軸軸頸的軸線方向上移動的工具，其特征在于，轉動的旋轉環(4)由內環(6)導向，該內環通過扇形固定件(8)徑向固定在曲軸軸頸(3)的加工表面上，并且可以固定在曲軸軸頸(3)的曲柄臂側表面上。
2．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，內環(6)的徑向位置可以相對于曲軸軸徑(3)的加工表面改變。
3．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，扇形固定件(8)可以拆卸。
4．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，內環(6)可以利用磁鐵(9)固定在曲軸軸頸(3)的曲柄臂側表面上。
5．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，內環(6)可以利用化學可溶粘接劑固定在曲軸軸頸(3)的曲柄臂側表面上。
6．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，內環(6)利用支承件(10)固定在曲軸曲柄臂的外廓上。
7．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，內環(6)可以利用貼靠曲軸曲柄臂側表面上的柱螺栓找準相互平行。
8．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，旋轉環(4)可以利用定距板(11)相互固定。
9．按照權利要求8所述的裝置，其特征在于，至少在一個定距板(11)上設有一個進給部件(14)，所述進給部件通過桿(15)使刀具(18)進行軸向移動，每當旋轉環轉過一滿圈，該桿通過固定的進給銷(22)轉過一個可以調整的角度。
10．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，內環(6)的軸向和徑向位置可以在該裝置工作時用千分表(12、13)檢查。
11．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，旋轉加工刀具(18)像活動的刀具那樣安裝。
12．按照權利要求11所述的裝置，其特征在于，設置一個其主軸線和曲軸軸頸(3)的旋轉軸線大約成0～90°的小孔夾頭，用作切削刀具(18)的調節部件(17)。
13．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，從動的磨削機裝在定距板(11)上。
14．按照權利要求8所述的裝置，其特征在于，在至少一個定距板(11)上設有沿軸向可以偏置的磨削裝置，用于旋轉磨削。
15．按照權利要求8所述的裝置，其特征在于，在至少一個定距板(11)上備有沿軸向可以偏置的研磨裝置。
16．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，旋轉環(4)可以被一臺氣動或電動馬達通過被張緊裝置(31)予張緊的滾子鏈(19)驅動。
17．按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，旋轉環(4)由起滾動支承作用的滾柱(7)導向，且滾柱不均勻地分散安裝在內環(6)的圓周上。
18．一種采用按上述權利要求之一所述裝置對曲軸軸頸進行機加工的方法，其特征在于，曲軸軸頸(3)的加工表面和過渡溝(20)在粗車時留余量，扇形固定件(8)為了對加工表面邊界區進行機加工被拆去，然后，利用本裝置通過腐蝕研磨成形對加工表面進行精加工，最后對過渡溝(20)進行精加工。
19．按照權利要求18所述的方法，其特征在于，過渡溝(20)在裝置(1)拆除后用人工進行精加工。
20．按照權利要求18所述的方法，其特征在于，過渡溝(20)利用裝置(1)通過研磨機進行精加工。
21．按照權利要求18所述的方法，其特征在于，用從動的銑刀進行旋轉機加工。
22．按照權利要求18～21所述的方法，其特征在于，此方法是在裝有曲軸的發動機中實施的。
全文摘要
提出一種對裝在發動機中的曲軸(2)的曲軸軸頸(3)進行機加工的活動裝置(1),所述裝置固定在曲軸曲柄臂的側表面上,用車、銑或磨的方法完成經濟的加工過程裝置(1)及應用于它的方法達到為新加工曲軸(2)所規定的尺寸和形位公差以及表面光潔度。
文檔編號B23Q9/02GK1280895SQ0012023
公開日2001年1月24日 申請日期2000年7月14日 優先權日1999年7月14日
發明者D·斯托貝, B·弗里德特 申請人:曼·B及W柴油機公開股份有限公司