發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝分析與設(shè)計(jì)

趙曉克 李坤航

（蜂巢動(dòng)力系統(tǒng)江蘇有限公司，江蘇 揚(yáng)中 212200）

通過(guò)大量采用CNC 控制技術(shù)及機(jī)械手，形成了自動(dòng)生產(chǎn)線，減少了操作人員，縮短了單件產(chǎn)品加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

一、曲軸加工工藝流程

乘用車渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工的典型工藝流程：動(dòng)平衡、打質(zhì)量中心孔→車第5 主軸頸→車法蘭→粗加工主軸頸、連桿頸及軸肩→鉆油道孔及倒角→粗磨主軸頸、連桿頸軸頸、側(cè)壁及沉割槽→清洗、吹干→圓角滾壓→精車、滾光止推面+精車小端→精車法蘭端面及凹槽→精磨主軸頸、連桿頸、小端→加工兩端螺紋孔、銷孔及鉸法蘭端中心孔→精磨曲軸法蘭端→曲軸動(dòng)平衡去重→砂帶拋光主軸頸、連桿頸及法蘭外頸→自動(dòng)檢查、作標(biāo)記→曲軸最終清洗。

二、先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

（一）動(dòng)平衡、打質(zhì)量中心孔。

曲軸加工過(guò)程中的定位基準(zhǔn)為中心孔，按其加工位置可分為幾何中心孔和質(zhì)量中心孔，利用V 形塊或其他方式找出曲軸主支承軸頸的幾何中心，在此中心上加工出的中心孔稱為幾何中心孔。利用專用的測(cè)試設(shè)備測(cè)量出曲軸的質(zhì)量中心，在此中心上加工出的中心孔稱為質(zhì)量中心孔。當(dāng)采用幾何中心孔進(jìn)行后續(xù)的車、磨加工時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，會(huì)影響加工質(zhì)量，而且加工后剩余的動(dòng)不平衡量較大，在動(dòng)平衡工序中需多次反復(fù)測(cè)量和去重才能達(dá)到技術(shù)要求，效率低，影響生產(chǎn)節(jié)拍，造成半成品廢品率的增加和定位元件的損耗。采用質(zhì)量中心孔就能解決這類問(wèn)題，提高循環(huán)節(jié)拍。所示為COMAU SYMES10 型曲軸質(zhì)量中心測(cè)量機(jī)，曲軸放置在設(shè)備的鼠籠中，與鼠籠一起旋轉(zhuǎn)，測(cè)量出鼠籠與零件一起的不平衡量為M，鼠籠的不平衡量（M1）是已知的，零件的不平衡量M2 ＝MM1。通過(guò)專用的計(jì)算公式，設(shè)備可通過(guò)M2 自動(dòng)算出曲軸的平衡軸的坐標(biāo)位置，將測(cè)量結(jié)果傳輸至COMAUSDC700L 型全自動(dòng)曲軸兩端加工中心，其測(cè)量不確定度≤40μm，可以測(cè)量多個(gè)品種的曲軸，零件品種可自動(dòng)識(shí)別，循環(huán)時(shí)間為1.2min，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠。

（二）高速外銑粗加工曲軸。

高速外銑粗加工曲軸主軸頸、連桿頸及軸肩，比CNC 車削、CNC 內(nèi)銑、車－ 車?yán)纳a(chǎn)效率高且質(zhì)量穩(wěn)定。如CNC 車－車?yán)に嚰庸みB桿軸頸要二道工序，而CNC 高速外銑只要一道工序就能完成，高速外銑粗加工曲軸的顯著特點(diǎn)為：切削速度可達(dá)350m/min、切削時(shí)間短、工序循環(huán)時(shí)間短、切削力較小、工件溫升低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高、柔性更好，是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向。

NILES-SIMMONS N20 曲軸外銑機(jī)床可同時(shí)加工曲軸主軸頸、連桿頸，機(jī)床采用雙刀主軸，各個(gè)主軸的運(yùn)動(dòng)獨(dú)立，每個(gè)主軸帶一個(gè)刀盤，每個(gè)刀盤的加工程序及其參數(shù)均獨(dú)立。將零件放置到輔助上料裝置上，輔助上料裝置將零件放置到加工區(qū)域；卡盤夾緊零件法蘭，頂尖從后部頂緊；零件旋轉(zhuǎn)，左右兩個(gè)刀盤在刀具主軸上按照一定速度旋轉(zhuǎn)同時(shí)沿徑向前后運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工主軸頸和連桿頸。床身（W/Z 軸）直線型滾動(dòng)導(dǎo)軌、橫向拖板（U/X 軸）直線型滾動(dòng)導(dǎo)軌。數(shù)控控制系統(tǒng)采用SINUMERIK840D sl 的技術(shù)數(shù)據(jù), 銑削操作模塊化微處理器數(shù)控連續(xù)軌跡控制，集成PLC與數(shù)字完整的解決方案SINAMICS S120。

（三）數(shù)控曲軸磨床的應(yīng)用。

粗磨主軸頸、連桿頸軸頸、側(cè)壁及沉割槽。數(shù)控曲軸磨床可一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸，此類磨床一般配雙砂輪頭架，可滿足多品種、低成本、高精度、大批量生產(chǎn)，應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和砂輪進(jìn)給伺服聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)， 可以一次裝夾而不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心即可完成所有軸頸的磨削，包括隨動(dòng)跟蹤磨削連桿軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導(dǎo)軌、靜壓進(jìn)給絲杠（砂輪頭架）和線性光柵閉環(huán)控制系統(tǒng)，磨削軸頸圓度精度高，且磨削效率極高。JUCRANK 6S 10-10 數(shù)控外圓曲軸磨床用于粗磨曲軸的主軸頸和連桿頸及沉割槽。設(shè)備自帶的機(jī)械手從上料滾道上將零件抓起，然后放置到設(shè)備內(nèi)部的預(yù)支撐塊上；夾具自動(dòng)夾緊零件；零件旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)砂輪前進(jìn)，按照程序進(jìn)行徑向移動(dòng)，同時(shí)磨削主軸頸和連桿頸，加工完畢后，砂輪后退，零件停止旋轉(zhuǎn)后，夾具松開，機(jī)械手抓取零件，放置到下料滾道上。X/Z軸定位精度為0.004mm；重復(fù)定位精度為0.002mm；采用了MARPOSS 自動(dòng)直徑量?jī)x和軸向量?jī)x，確保直徑和軸向尺寸的精度監(jiān)控。精磨主軸頸、連桿頸和小頭端。使用JUCENTER 6L CRANK 數(shù)控外圓曲軸磨床精磨曲軸的主軸頸和連桿頸，帶有兩個(gè)工位， 第一個(gè)工位精磨曲軸的連桿軸頸和第二個(gè)工位精磨曲軸的主軸頸，設(shè)備自帶的機(jī)械手從上料滾道上將零件抓起，然后放置到設(shè)備內(nèi)部第一個(gè)工位的預(yù)支撐塊上，第一工位的夾具自動(dòng)夾緊零件，零件旋轉(zhuǎn)，第一個(gè)工位對(duì)應(yīng)的砂輪前進(jìn)，按照程序進(jìn)行徑向移動(dòng)，磨削連桿頸；加工完畢后，砂輪后退，零件停止旋轉(zhuǎn)后，夾具松開。機(jī)械手抓取零件，放置到第二個(gè)工位的預(yù)支撐塊上；二工位的夾具自動(dòng)夾緊零件，零件旋轉(zhuǎn)，第二個(gè)工位對(duì)應(yīng)的砂輪前進(jìn)，按照程序進(jìn)行徑向移動(dòng)，磨削主軸頸；加工完畢后，砂輪后退，零件停止旋轉(zhuǎn)后， 夾具松開。機(jī)械手抓取零件， 放置到下料滾道上， 開始下一個(gè)加工循環(huán)。X/Z 軸定位精度為0.004mm；重復(fù)定位精度為0.002mm。

隨著乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)趨于輕量化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化以及性能高效化，作為發(fā)動(dòng)機(jī)核心零件的曲軸，其制造工藝也將發(fā)生較大的變化，高速、高效、柔性、復(fù)合化的技術(shù)是曲軸制造發(fā)展的主要方向，先進(jìn)的曲軸生產(chǎn)線一定是生產(chǎn)線短、效率高、人員少、生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)線。