發(fā)動機曲軸孔同軸度超差精度調(diào)整方法

王元臣　艾金龍　胡士國　李波　趙秀榮

摘 要：該文介紹了柴油發(fā)動機曲軸孔7個單孔的同軸度超差調(diào)整的方法。曲軸孔同軸度是整個發(fā)動機缸體生產(chǎn)線加工質(zhì)量控制的重點，也是難點，其直接影響了發(fā)動機曲軸高速運轉的的狀態(tài)，同軸度不好會產(chǎn)生“曲軸抱死、聲音噪聲異響及抱軸”的故障。該加工設備安裝初期加工的同軸度極不穩(wěn)定，設備廠家?guī)缀趺吭露家{(diào)整，都沒有徹底解決，咨詢同類設備的其他廠家也沒有很好的解決方法，所以長期以來一直是通過技術偏離到0.035 mm使用。該文就是對該問題的精度調(diào)整，達到工藝要求，滿足裝配需求。

關鍵詞：同軸度精度調(diào)整;機床加工;同軸化超差

中圖分類號：TH162? ? ? 文獻標志碼：A

1 項目背景及總體思路

發(fā)動機曲軸孔作為發(fā)動機缸體上的一個關鍵部位，對發(fā)動機整體性能具有重大的影響。它的作用主要是支撐曲軸，傳遞從曲軸柄傳來的轉矩并通過凸緣輸出，吸收氣缸活塞運動過程中的軸向力和側向力[1]。

為了盡可能地減小曲軸運轉時的摩擦力并保證曲軸在發(fā)動機運轉過程中的平穩(wěn)性，要求7個單曲軸孔要在一條同軸線上，同軸度要求在0.02 mm內(nèi)，而實際同軸度已超過0.035 mm，不能滿足工藝及使用要求，造成發(fā)動機總成因曲軸跳動大出現(xiàn)“曲軸抱死、聲音噪聲異響及抱軸卡死”等故障問題[2]，導致整臺發(fā)動機出現(xiàn)報廢的嚴重后果。為了保證發(fā)動機的質(zhì)量穩(wěn)定性，確保曲軸孔同軸度控制在工藝要求尺寸以內(nèi)，需要徹底調(diào)整解決同軸度超差的問題。

2 主要科技創(chuàng)新

創(chuàng)新發(fā)明發(fā)動機缸體曲軸孔同軸度調(diào)整的方法，解決長孔系（超過1 000 mm）加工中同軸度超差調(diào)整的技術難題。

打破長孔系同軸精度調(diào)整長期以來依靠外部力量例如國外技術支持的技術制約。

創(chuàng)新使用調(diào)整工具，創(chuàng)新調(diào)整方法，減少調(diào)整人員的調(diào)整時間及勞動強度。

編制長孔系同軸度調(diào)整作業(yè)指導書，固化檢測及調(diào)整步驟，對其他精度調(diào)整起到技術指導作用。

3 主要技術創(chuàng)新內(nèi)容

3.1 機床加工的工作原理

機床加工的工作原理如下。1）該加工設備是一臺曲軸孔加工專用機床，使用曲軸孔加工專用鏜刀桿，該鏜刀桿長度為1 640 mm，安裝了7組加工曲軸孔的刀架與刀片、2組加工止推面的刀架與刀片及加工油封孔的刀架與刀片，完成曲軸孔、止推面及油封孔的精加工，如圖1所示。2）鏜刀桿與動力輸出機構是通過聯(lián)軸器與緊固螺栓的剛性連接，以此保證動力傳輸?shù)姆€(wěn)定性與連續(xù)性，降低轉速傳動的衰減率，確保刀桿加工孔徑粗糙度及孔徑一致性符合工藝要求。 3）自動機械搬運機構把待加工缸體搬運到加工工位，完成缸體工裝預定位，然后鏜刀桿在動力輸出機構的推動下以固定的姿態(tài)穿過第一個支撐套、3個單曲軸孔、第二個支撐套、4個單曲軸孔、進入刀桿第三個支撐套，完成加工前的工件工裝定位與刀具定位。4）由動力輸出機構帶鏜動刀桿在3個支撐座內(nèi)以加工速度旋轉，3個支撐座內(nèi)安裝的3個直徑與刀桿外徑尺寸幾乎一樣的特制軸承來控制刀桿旋轉時的跳動，刀桿與特制軸承為間隙配合，同時要求3個支撐座在同一條軸線上，保證鏜刀桿高速旋轉時跳動不能超過0.02 mm，在缸體內(nèi)按一個方向以給定的進給速度移動完成曲軸孔的加工，如圖2所示。

3.2 造成同軸度超差的原因

造成同軸度超差的原因有6點。1）該設備因是曲軸孔加工的專用機床，設備結構由安裝動力輸出機構的基座、工裝安裝基座及其他孔系加工基座3部分組成，由于長期工作設備的工作基面產(chǎn)生變形，使工作基座與加工工裝的基座不在同一個平行面上，造成主軸（在基座上）與鏜刀桿（進入工件后在工裝部分）形成上下與左右夾角，運轉時動力輸出機構與鏜刀桿產(chǎn)生擺動與振動。2）鏜刀桿由于長期處于高速加工狀態(tài)，加工中會遇到許多外力的干涉，因此會造成鏜刀桿不規(guī)則變形，致使鏜刀桿轉動時產(chǎn)生不規(guī)則擺動（刀桿長度1 640 mm，正常高速旋轉時會產(chǎn)生彎曲變形，就如3人跳繩一樣中間產(chǎn)生彎曲，由中間支撐座來控制刀桿的彎曲變形，保證刀桿變形控制在0.02 mm），嚴重影響3個支撐座同軸度，同時嚴重影響支撐座內(nèi)軸承的使用壽命。3）鏜刀桿在3個支撐座內(nèi)長期高速旋轉切削加工，致使3個支撐座的受力不均勻，造成3個支撐座同軸度不好，不在同一軸線上，鏜刀桿在高速運轉時，3個支撐座控制的鏜刀桿就會產(chǎn)生不一樣旋轉軌跡，長期使用造成鏜刀桿產(chǎn)生不規(guī)則的變形。4）特制軸承磨損變化影響鏜刀桿的歪曲變形及工件同軸度。5）以上4種原因相互存在，相互制約，同時都會出現(xiàn)故障問題。6）由以上原因造成的加工的7個單曲軸孔的中心不在同一條直線上，導致同軸度超差。

3.3 分析與調(diào)整

3.3.1 制定維修方案

把加工的工件通過三坐標進行檢測，根據(jù)檢測結果分析產(chǎn)生的原因，主要是針對第二項原因分析制定維修方案。

具體措施如下所示。1）利用電子水平儀、對第1項設備地基變形不平的問題進行檢測，利用條形水平儀、平尺等測量工具檢測工裝的水平及與基座的的平行，需要把基座調(diào)整到0.05 mm以內(nèi)，工裝調(diào)整到0.02 mm以內(nèi)，平行夾角控制在1°以內(nèi)。2）第2項需要對鏜刀桿重新通過刷鍍直徑加大再修磨到原刀桿尺寸，修整鏜刀桿的直線度要在0.015 mm以內(nèi)。3）第3項利用特制同軸度測量工具測量3個支撐座的同軸度實際超差尺寸，通過檢測同軸度達到0.08 mm，超差嚴重，需要把3個支撐座同軸度調(diào)整到0.015 mm以內(nèi)。4）在檢測第3項3個支撐座的同時對特制軸承進行檢測，發(fā)現(xiàn)間隙特別大，旋轉有異響聲音且震動，需要更換新軸承。

3.3.2 調(diào)整數(shù)據(jù)采集

通過以上分析，結合機床的實際狀況，需要現(xiàn)場將以上分析的數(shù)據(jù)進行采集，具體操作如下。1）機床的基座比較長（單個長度在3 500 mm左右，3個基座大約8 000 mm左右），動力輸出機構與加工工裝部位在一個機床基礎基座上，但不在同一個地面基礎上，需要同時檢測2個部位基座變化趨勢，如圖3所示。2）工具與量具：工具主要專用緊固板手及其他輔助工具，量具主要是電子水平儀、長度1 500 mm的平尺、高精度框式與條式水平尺各2個，等高塊150 mm×30 mm 2個。3）利用電子水平儀測量基座與地面的水平變化，通過檢測基座的水平超差0.2 mm，已經(jīng)造成機床不規(guī)則傾斜，需要把超差基座調(diào)整水平達到0.05 mm以內(nèi)。4）拆除機床動力部位的護罩露出滑軌及拆除加工部位的3個支撐座，便于放置等高塊及平尺檢測工裝與基座的平行變化趨勢，通過檢測基座與工裝的平行超差5 °，（這是造成鏜刀桿變形的主要因素）需要把平行夾角控制在1 °以內(nèi)，盡量做到工裝與動力頭部位水平情況一致，這樣保證兩者在一個水平直線上，達到調(diào)整要求。

3.3.3 機床調(diào)整過程

數(shù)據(jù)采集完成后，分許梳理采集的數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)整理出調(diào)整順序，制定調(diào)整步驟。1）調(diào)整機床基座的墊鐵，根據(jù)水平儀的變化趨勢調(diào)整不同的墊鐵，最終將基座的水平調(diào)整到0.05 mm以內(nèi)。2）以動力輸出機構為基礎，調(diào)整3個支撐座，首先調(diào)整靠近動力輸出機構的支撐座，使動力輸出機構與其他2個支撐座都以這個支撐座為基礎進行調(diào)整，具體操作方法：把帶百分表的磁力表座吸附在動力頭的主軸位置，檢測第一個支撐座的平面跳動、支撐座內(nèi)孔的圓跳動、上下與左右的母線跳動及傾斜情況，最終調(diào)整到以上幾個數(shù)據(jù)都在0.015 mm以內(nèi)，這樣保證動力輸出機構與第一個支撐座保持同軸，形成基礎數(shù)據(jù)，來調(diào)整其他2個支撐座。調(diào)整中間支撐座，利用特制調(diào)整工具以第一個支撐座為調(diào)整基礎，檢測中間支撐的平面跳動、圓跳動、上下與左右母線的傾斜情況，最終也調(diào)整到2個支撐座同軸度、平面跳動、圓跳動及上下左右母線跳動都在0.015 mm以內(nèi)，以此類推完成最后一個支撐座的調(diào)整。3）以上調(diào)整完成以后，把刀桿裝入3個支撐座內(nèi)來回推動，觀察感受刀桿在3個支撐座內(nèi)的受力情況，保證刀桿在3個支撐套內(nèi)的受力最小，盡量做到一個人利用很小的力量就能來回移動。4）用動力頭檢測刀桿與動力頭圓跳動、左右及上下母線的變化情況，如果各個數(shù)值都超過0.02 mm，需要調(diào)整到0.015 mm以內(nèi)，這時就得以刀桿來調(diào)整動力頭，盡量保證動力頭與刀桿同軸度控制在0.015 mm。5）在完成以上工作后連接鏜刀桿與動力輸出機構，空運轉機床，觀察鏜刀桿與動力輸出機構的運轉情況，確定震動、溫度及噪聲情況，沒有以上問題后即可試加工工件。6）觀察加工件的三坐標檢測報告，仔細查看每一個加工部位的尺寸，包括各孔的位置度、各孔的同軸度、加工的粗糙度。7）因調(diào)整與實際加工存在一定的誤差，要根據(jù)加工出來的檢測報告進行微調(diào)，包括同軸度、位置度及粗糙度，最終要達到工藝要求的同軸度0.02 mm。

4 結語

綜上所述，通過此次曲軸孔同軸度精度調(diào)整，解決了該公司發(fā)動機曲軸孔同軸度長期通過技術偏離的方式使用的問題，消除了極大的質(zhì)量隱患，為發(fā)動機整體質(zhì)量提升起到關鍵作用。同時解決了長孔系加工的技術難題。此次調(diào)整的成功，提升了技術人員分析能力、現(xiàn)場調(diào)整人員的技術能力，為以后精度調(diào)整技術問題提供了信心，也為其他發(fā)動機曲軸孔同軸度超差問題提供了技術思路。

參考文獻

[1]王成偉，劉玉嶺. 缸體曲軸孔加工工藝分析[J]. 汽車制造業(yè)，2015（5）：26，28.

[2]高志永，張斌，羅和平，等.發(fā)動機缸體曲軸孔加工工藝研究[J].機械工程師，2013（2）：19-20.