在凸轮轴的加工中，凸轮的磨削是其工艺技术关键，其表面加工质量尤为重要。针对凸轮表面的加工质量，本文主要介绍了奇瑞公司发动机厂某凸轮轴线OP70序凸轮磨削产生小平面的问题分析及解决方法。

凸轮轴作为汽车发动机上配气机构的重要组成零件，用于控制气门的开启与关闭。由于凸轮轮廓属于异型曲面，所以加工工艺和方案也较为复杂，尤其是凸轮表面的加工质量和型线误差，直接决定了凸轮轴在发动机进气和排气工作循环中是否会产生进、排气阀和凸轮之间的冲击和振动，影响汽车发动机在工作中的平稳性。

在凸轮轴的加工中，凸轮的磨削是其工艺技术关键。目前我公司该加工工序采用德国JUNKER公司的JUCAM 5000/10C数控凸轮轴磨床对凸轮进行粗磨和精磨（见图1），磨削主要依靠机床的X轴（砂轮进给）、Z轴（工作台左右移动）和C轴（工件旋转），配合自定心中心架，以精确的角度控制和砂轮进给进行插补仿形磨削，完全取消了机械靠模，具有良好的柔性。但在实际生产过程中，磨出的凸轮轮廓表面会出现小平面、多边形、振纹及亮线等质量问题，尤其是机床机械装置发生恶化导致加工存在质量缺陷，往往无相关经验的工艺工程师和设备工程师很难找到问题点。因此，分析探索质量问题产生的原因，寻找问题点，尽快恢复机床原有功能和精度，是摆在工艺和设备人员面前的首要难题。

数控凸轮磨床的性能

考虑一次装夹状态下可获得更高的加工精度，JUCAM 5000/10C数控凸轮磨床采用带B轴回转的砂轮架，其砂轮架配置2个砂轮主轴，并安装直径一大一小2片砂轮。在磨削过程中使用大砂轮完成凸轮形面大余量切入式粗磨，以求快速切除凸轮毛坯上的大部分余量，缩短工件加工时间。采用CBN砂轮粗切可实现半径方向上最大5mm的切削余量。而采用小砂轮完成凸轮表面的精磨，达到凸轮表面质量要求，降低表面粗糙度值，精磨后可以达到Rz6.3mm。

JUCAM 5000/10C数控凸轮磨床X轴（砂轮进给）丝杠采用静压丝杠，由静压轴承支撑并与静压导轨组合使用。X轴采用光栅尺进行闭环反馈，提高了机床性能和可靠性。在磨削加工时，工作台上装置4套自定心中心架进行支撑零件，C轴驱动工件精密旋转，砂轮架前后（X轴）移动，工作台左右（Z轴）移动，满足8个凸轮的磨削要求。

凸轮磨削产生小平面的问题分析及解决方法

奇瑞公司发动机厂某凸轮轴线有2台JUCAM 5000/10C数控凸轮磨床，其中1台（OP70-2）凸轮磨床更换新的金刚辊轮，磨削凸轮表面出现小平面，如图2、图3所示，主要在轮廓的开启段与基圆交接处，最小平面宽度约0.5～1mm，最大2～3mm，且同一根凸轮轴的8个凸轮均在同一位置出现小平面。

在实际生产过程中，这种质量缺陷对于没有经验的工艺工程师而言，短时间内很难锁定产生原因，而长时间停机则会严重影响生产效率。通过分析，我们最终找到了失效原因，并及时进行了处理，解决了OP70-2加工过程中凸轮表面出现小平面的问题，保证了产品质量。

1. 粗精加工余量

一般情况下，我们不太关注粗磨的加工情况，认为粗磨仅仅是为了减少精磨的加工余量，是为了精加工的加工质量而进行的预加工，其允许的变差大，而精磨才是决定产品质量的关键。因此往往较为注重精磨的状况，而忽视了粗磨的状况。

但是实际加工过程中经常出现粗精磨余量分配不合理，粗磨后的表面缺陷（见图4）在精磨无法修整，最终缺陷保留在凸轮表面。因此，粗磨的质量控制是不容忽视的，磨削余量的定期检查是非常必要的。

通过OP70-2与OP70-3机床的加工验证(见表)，我们排除了磨削余量对小平面的影响。

2. 工件支撑系统精度

查看磨削过的有缺陷零件，初步分析4个中心架的轴心线调整不一致，工件在旋转时扭曲点正好和凸轮开启段与基圆交接处中和，致使C轴在这个点与砂轮架之间振动而出现平面。现场检测验证：把芯棒夹紧后，检测2～5轴颈跳动值均为0.002mm，说明零件支撑系统精度满足要求。在工件支撑系统精度良好的情况下，检查小砂轮磨削时砂轮架也无干涉情况。

3. 工艺参数

（1）磨削参数

①查阅机床说明书，小砂轮X轴的加速度设定要求为（-1.5～+1.5）m/s2，咨询磨床生产厂家，厂家反馈X轴加速度设定不超过2m/s2。现场检查此处参数设置与机床设定要求一致。

②切削参数的调整是解决问题过程中比较方便的手段,此次降低砂轮磨削转速，加工验证无明显改善效果。

（2）砂轮修整参数

①考虑到更换新的金刚辊轮（修整器）后加工出现小平面，初步分析可能是金刚辊轮（修整器）本身存在问题。再次更换新的金刚辊轮（修整器）进行加工验证，没有任何明显改善效果。检查该机床小砂轮直径为84.7668mm，砂轮有效磨削厚度3.1034mm。砂轮直径已小，磨削性能降低，于是调整砂轮修整进给量进行验证，修整量由0.003m/次调整至0.005mm/次，修整次数由6次调整为8次（目的是把砂轮修整粗一些、锋利些）。加工验证无明显改善效果。

②考虑砂轮直径已小，且调整修整参数无效的情况下，更换新的小砂轮进行加工验证。更换小砂轮后磨削凸轮表面的状态发生变化，整个凸轮表面均有小菱面（见图5）。砂轮修整速度从70m/s提高到80m/s，加工验证凸轮表面状态非但没有好转，反而更差。为了找到问题的症结，还是恢复原有参数，同时换回原小砂轮。

4. X轴反向间隙

通过上述相关验证均未改善凸轮小平面缺陷，经咨询磨床生产厂家，分析可能主要的原因是X轴静压丝杠反向间隙偏大，即砂轮进给X轴在换向进给时存在滞后响应误差。根据凸轮加工特性，砂轮X轴向前加工到位，需要反向进给加工时，此时反向进给滞后，瞬间把缺陷留在零件上，形成小平面。

JUCAM 5000/10C数控凸轮磨床X轴静压丝杠反向间隙要求δ≤0.01mm。X轴静压丝杠反向间隙可用百分表、千分表来测量。以千分表测量为例，按照以下测量步骤操作：

（1）首先将X轴光栅尺进行屏蔽，然后将千分表调整置于X轴工作台上，且表头对准Z轴工作台+侧的表面，通过手动操作将被测X轴从正侧向负侧移动一定距离，并调整指针对准零位（见图6），注意要使表头有一定的压入长度，此时记下机床界面X轴位置L1（见图7）。

（2）将X轴向正侧移动一定距离，此时记下机床界面X轴位置L2（见图8）及百分表指针移动位置L3（见图9）。

（3）通过计算X轴移动距离L4=（L2-L1）/2与百分表指针移动位置L3之间的差异，计算反向间隙δ=L3-L4。

根据上述检测结果：L3=0.098mm，L4=（401.2302-400.8594）/2=0.1854mm，由此计算得出OP70-2机床X轴静压丝杠反向间隙为0.0874mm，结果超出机床出厂精度要求（δ≤0.01mm）。

设备工程师更换X轴丝杠后，重新检测X轴静压丝杠反向间隙约0.015mm（略高于出厂要求）。按照操作规程定标修整砂轮，打表确认中心架跳动，确认无问题后开始加工，检查凸轮小平面消失，问题得以解决。

结语

某些机床零件因磨损而失去原有的功能和精度，往往会在加工零件的过程中呈现相关的质量缺陷，尤其是一些未曾出现过的机床故障，隐蔽性强，此时需要工艺工程师与设备工程师深入分析及验证，剥离故障的表面现象，找到问题的症结。

此次凸轮加工中出现的小平面问题是以往没有出现过的，因此，我们对日常工艺维护过程中遇到的复杂技术问题进行经验总结，希望能够给从事德国JUNKER公司JUCAM 5000/10C数控凸轮磨床的工艺、设备人员以启发和借鉴，帮助他们在工艺维护过程中少走弯路，提高维修效率，规避质量风险。当然，凸轮加工还存在很多的变差因素影响，这需要工程师不断探索、总结和优化，提高产品质量，提升产品竞争力。