發(fā)動機曲軸油道孔加工新技術(shù)的應(yīng)用

■神龍汽車有限公司高級工程師 葉宗茂

掃碼了解更多

隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，發(fā)動機制造技術(shù)取得了長足的進步，曲軸油道孔數(shù)控加工中心的出現(xiàn)，使得曲軸油道孔加工技術(shù)獲得了突破性進展，曲軸油道孔位置精度、形狀精度、生產(chǎn)節(jié)拍和刀具壽命都得到了很大的提高。世界主流汽車企業(yè)如通用、大眾等和零部件制造企業(yè)如蒂森克虜伯等近年來紛紛采用這一新技術(shù)實現(xiàn)曲軸油道孔快速高效加工。

神龍汽車有限公司是中法合資的大型乘用車制造企業(yè)，目前有曲軸生產(chǎn)線7條，總產(chǎn)能150萬支，1996年投產(chǎn)的曲軸L1線30萬產(chǎn)能，油道孔的加工采用槍鉆自動線，曲軸L2～L7等6條生產(chǎn)線是2008年以后投資建成的，油道孔的加工全部采用油道孔加工中心，其中曲軸L2、L3、L4、L5和L7線各20萬產(chǎn)能，每條線采用2臺日本HORKOS油道孔加工中心，曲軸L6線20萬產(chǎn)能，采用1臺西班牙ETXE-TAR油道孔加工中心，近年來通過持續(xù)改善，這6條曲軸生產(chǎn)線勞動生產(chǎn)率RO值都達到了90%，而油道孔加工采用槍鉆自動線的曲軸L1線生產(chǎn)率RO值最高時才達到75%。

傳統(tǒng)曲軸油道孔加工采用槍鉆自動線，加工工藝采用復(fù)合刀具進行工序分散加工，這種加工工藝干擾因素和不確定因素非常多，刀具壽命短，油孔直徑、位置和形狀精度很難保證，如油道孔直徑變大、變小，油道孔偏斜，油道孔不圓，油道孔表面粗糙度差，鉆頭耐用度低等缺陷，嚴重困擾著曲軸生產(chǎn)線的節(jié)拍和勞動生產(chǎn)率，是曲軸生產(chǎn)線的瓶頸工序，管理難度大、加工成本高且效率低，是主流發(fā)動機制造企業(yè)放棄曲軸油道孔槍鉆加工技術(shù)的主要原因。下面以曲軸L7線在用的HORKOSRS50H-Ⅱ型油道孔臥式加工中心為例，介紹曲軸油道孔加工新技術(shù)的特點。

1.1.6T/1.8T發(fā)動機曲軸油道孔產(chǎn)品要求

曲軸L7線設(shè)計產(chǎn)能20萬臺/年，生產(chǎn)節(jié)拍78s，混流生產(chǎn)EP6、EP8兩款曲軸產(chǎn)品，其中EP6適配1.6T渦輪增壓發(fā)動機，EP8適配1.8T渦輪增壓發(fā)動機；曲軸毛坯為鍛鋼，材料38MnSiV5，硬度255～302HRC；4個φ5.5mm貫穿主軸頸和連桿頸的斜油孔尺寸和位置要求如圖1所示：油道孔直徑公差0.30mm，位置公差0.40mm，位置度0.8mm，角度公差1°。

通過與國際、國內(nèi)多家曲軸油道孔加工設(shè)備供應(yīng)商技術(shù)交流與比較，咨詢同行業(yè)應(yīng)用狀況，結(jié)合公司多年的使用經(jīng)驗，獨家采購了2臺日本HORKOS公司生產(chǎn)的RS50H-Ⅱ型號的油道孔臥式加工中心。2016年10月設(shè)備通過了安裝調(diào)試與驗收，油道孔的直徑、位置、位置度和角度連續(xù)加工30件合格且設(shè)備能力值CAM都達到了1.33以上，順利通過了驗收，使用效果良好，達到了項目預(yù)期的要求。

2.油道孔臥式加工中心技術(shù)特點

HORKOSRS50H-Ⅱ型油道孔加工設(shè)備，是采用FANUC 31i－A控制系統(tǒng)的加工中心，該機床采用油霧潤滑切削，并具有深孔切削過載保護、深孔分段加工循環(huán)、斷刀檢測和刀具芯片信息系統(tǒng)等功能，在單臺設(shè)備上曲軸一次裝夾完成全部油道孔加工內(nèi)容。

（1）加工中心坐標(biāo)系。RS50H-Ⅱ型油道孔數(shù)控加工中心的主軸頭可以在X、Y、Z三個方向平動，帶動鉆頭正轉(zhuǎn)，完成主切削運動，并能實現(xiàn)自動換刀；另外有A、B、C三個旋轉(zhuǎn)軸，其中曲軸夾具帶動曲軸圍繞A軸在YOZ面360°旋轉(zhuǎn)，機床回轉(zhuǎn)工作臺帶動曲軸夾具圍繞B軸在XOZ面360°水平轉(zhuǎn)動，刀庫轉(zhuǎn)臺帶動刀具圍繞C軸在XOY面360°垂直旋轉(zhuǎn)，其軸系詳細分布如圖2所示。

圖2 RS50H-Ⅱ油道孔加工中心軸系分布

（2）加工中心回轉(zhuǎn)工作臺和曲軸夾具。機床回轉(zhuǎn)工作臺和曲軸夾具如圖3所示，左邊的尾架沿X軸負方向移動，然后和右邊的頭架一起實現(xiàn)曲軸的夾緊，并帶動曲軸A向旋轉(zhuǎn)。主軸在回轉(zhuǎn)工作臺正上方，油道孔加工是靠回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)和曲軸的旋轉(zhuǎn)來保證與基準的正確位置。如加工EP6曲軸油道孔時，回轉(zhuǎn)工作臺和曲軸夾具旋轉(zhuǎn)位置如圖4所示，回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)簡單，輔助動作少。

圖3 加工中心回轉(zhuǎn)工作臺與曲軸夾具

（3）加工中心刀庫。加工中心刀庫如圖5所示，安裝在主軸頭正上方，刀庫質(zhì)量輕，容量為16把刀，普通乘用車發(fā)動機曲軸油道孔加工實際使用5把（包括1把接觸式測頭）。電機帶動刀庫做C向旋轉(zhuǎn)，為主軸換刀提供刀具，為了實現(xiàn)刀具自動更換，所有刀具包括探測測頭都采用HSK63A標(biāo)準接口刀柄。

（4）加工中心微量潤滑系統(tǒng)。加工中心iMQL微量潤滑系統(tǒng)如圖6所示，在主軸內(nèi)的工具桿前端部位，將分別供給的潤滑油和空氣相混合并予以霧化，從切削鉆頭尖端部噴射出，這一方式的采用，實現(xiàn)了曲軸油道孔高可靠性、高效率及高精度加工，特別有助于環(huán)境的改善和節(jié)能。既提升了加工精度又環(huán)保節(jié)能，還加長了刀具壽命。

（5）油道孔加工刀具。曲軸油道孔深孔鉆頭如圖7所示，深孔切削采用帶中心注油孔的硬質(zhì)合金涂層麻花鉆，刀具壽命一次涂層可加工500件零件，相比槍鉆鉆頭200件的壽命來說，成倍提高，大幅度減小了換刀頻次，加工輔助時間得到了降低，生產(chǎn)線RO值得到了提高，目前單機節(jié)拍148s，工序節(jié)拍74s。另外，油道孔采用麻花鉆加iMQL工藝取代單刃鉆加油冷卻工藝，設(shè)備投資和占地面積大大降低。

（6）深孔分段加工循環(huán)功能。在進行高速深孔加工中，為了防止因切屑堵塞或刀具磨損引起加工負荷增大從而引發(fā)的刀具折斷而使用該功能。在高速深孔加工中，如果加工中的主軸負荷扭矩超過預(yù)先設(shè)定的值，則自動啟動分步循環(huán)程序，防止發(fā)生刀具折斷。其它類型的深孔切削過載保護、斷刀檢測只能監(jiān)控，不能采用措施，唯獨HORKOS的深孔分段加工循環(huán)功能，當(dāng)監(jiān)控到負荷過載時，可立即將鉆頭退回，再進行鉆削加工，如此反復(fù)5次以上，如果達到設(shè)定循環(huán)次數(shù)，仍然無法完成加工，則設(shè)備出現(xiàn)報警提示，需要更換零件或檢查刀具。

圖4 加工EP6曲軸時回轉(zhuǎn)工作臺和曲軸旋轉(zhuǎn)角度

圖5 加工中心刀庫

圖6 加工中心微量潤滑系統(tǒng)

（7）數(shù)控加工質(zhì)量可靠、維修調(diào)整方便準確。由于采用數(shù)控加工技術(shù)，當(dāng)加工過程質(zhì)量出現(xiàn)波動時，僅需要到如圖8所示的操作系統(tǒng)HMI畫面，找到并打開“加工位置補償畫面”，將偏差修正值輸入到位置補償框，點擊確認，機床就可自動補償，且準確可靠，避免了使用鉆模套帶來的質(zhì)量風(fēng)險和調(diào)整困難。

（8）加工中心在線布置。加工中心整體在線布置如圖9所示，床身采用非金屬澆注，并與地面采用非剛性聯(lián)結(jié)，確保設(shè)備動態(tài)性能的穩(wěn)定，由于是全自動線，上下曲軸均由機械手完成，兩臺設(shè)備并排布置，同時加工，提高了生產(chǎn)節(jié)拍。

圖7 曲軸油道孔深孔鉆頭

圖8 加工中心HMI畫面

圖9 油道孔加工中心在線布置

3.1.6T/1.8T發(fā)動機曲軸油道孔加工工藝流程

HORKOS RS50H-Ⅱ型曲軸油道孔臥式加工中心結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、技術(shù)含量高且操作簡單。曲軸L7線混流加工1.6T/1.8T發(fā)動機曲軸油道孔流程如下所示。

（1）安裝曲軸、通過接觸式測頭探測曲軸類型。安裝曲軸時，主軸頭后退，機械手將曲軸送入到曲軸定位夾具的6個預(yù)定位塊上，尾架沿X軸負方向移動和右邊的頭架一起同時將曲軸夾緊，曲軸被準確定位且夾緊到位，接觸式測頭T01探測曲軸類型如圖10所示。

（2）使用T02立銑刀銑削4個連桿頸油道孔入口平臺，加工工藝如圖11a所示，加工工藝參數(shù)參見附表。

（3）使用T03引導(dǎo)鉆鉆4個連桿頸油道孔定位孔，加工工藝如圖11b所示，加工工藝參數(shù)參見附表。

（4）使用T04深孔鉆鉆削4個斜油孔，加工工藝如圖11c所示，加工工藝參數(shù)參見附表。

（5）使用T05倒角鉆對4個斜油孔兩端倒角，加工工藝如圖11d所示，加工工藝參數(shù)參見附表。

圖10 曲軸定位夾具

圖11 曲軸油道孔加工工藝

曲軸油道孔加工工藝參數(shù)表

4.結(jié)語

曲軸油道孔加工中心，已經(jīng)在發(fā)動機制造行業(yè)使用10多年了，其加工曲軸油道孔質(zhì)量可靠、刀具壽命長且效率高、故障低，操作簡單、維修方便、補償準確及管理成本低的特性逐步得到了發(fā)動機制造企業(yè)的認可，其對傳統(tǒng)曲軸油道孔加工技術(shù)的突破為曲軸加工帶來了可觀的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。