粗加工曲軸相位專用測量工具的設計與應用

（東風輕型發(fā)動機有限公司，湖北十堰442003）

粗加工曲軸相位專用測量工具的設計與應用

郭建強
（東風輕型發(fā)動機有限公司，湖北十堰442003）

簡要介紹ZD30四缸曲軸粗加工相位的測量方法及其檢具的設計。并使用曲軸綜合測量機測量曲軸，其測量數據和檢具測量數據進行對比分析，為檢具準確性的確認提供了依據。檢具操作簡單，滿足了現場快速測量的需要，測量數據直接可指導加工機床的精度調整。

曲軸 相位 測量

1 前言

曲軸相位關系到發(fā)動機點火時序，直接影響到發(fā)動機的工作性能。由于曲軸精加工后，其主軸頸和連桿軸頸的直徑、圓度、圓柱度、外圓跳動等公差較小，通常圓度小于5 μm，圓柱度小于10 μm，外圓跳動小于30 μm，因此精加工后曲軸相位的測量較為精確，易于處理，也容易實現各種檢測方法之間的誤差驗證。從傳統(tǒng)的觀點看，粗加工后的曲軸相位對產品的性能沒有直接的影響，往往粗加工后的余量較大，有時甚至大于粗加工工藝對曲軸直徑的要求，所以對測量的頻次和精度要求也不高。但是隨著制造技術和工藝設備的快速發(fā)展，特別是數控技術的廣泛應用，粗加工留給精加工的余量也越來越小，相位的工藝要求，粗加工反而比精加工要求高，ZD30粗加工相位為180°±0.2 mm，精加工相位卻為180°±0.3 mm。這就對相位的測量提出了更高的要求。但是曲軸粗加工由于直徑、圓度、外圓跳動等變差大，導致各種的測量方法之間的誤差較大。采用何種方法測量才能保證測量精度是一個值得探討的課題。四缸曲軸所有連桿軸頸在一個平面上，其連桿軸頸間的夾角為180°，如圖1所示。

2 四缸柴油機曲軸相位的萬能檢測方法

ZD30四缸柴油機曲軸的連桿軸頸處于同一平面內，連桿軸頸間的夾角成180°。相位偏差有的以線性單位標注，有的以角度單位標注。

將兩基準軸頸放在V型架上并調整曲軸軸心平行于平板，再調整使基準連桿軸頸中心與主軸頸中心等高。用百分表測算其它連桿軸頸中心對基準連桿中心高的偏移量Δh，由于軸頸的中心無法直接測量，需要轉換成軸頸頂母線到平板的距離，才能進行實測值與標準值的比較。圖2為ZD30柴油機曲軸測量示意圖，相位規(guī)定以第1缸連桿軸頸為基準，第2缸、第3缸連桿軸頸與第1缸連桿軸頸的夾角為180°±0.2 mm，第4缸連桿軸頸與第1缸連桿軸頸的夾角為0°±0.2 mm。第1檔和第5檔的主軸頸支承在V型塊上，用高度尺、百分表將這2個主軸頸母線調平（到平板面距離相等），再減去主軸頸的半徑D/2得到高度H，加上第1缸連桿軸頸的半徑d1/2得到H0。轉動曲軸，使第1缸連桿軸頸的頂母線高度等于H0。這時第1缸連桿軸頸與主軸頸組成的基準面與平板面平行，分別測量第2、第3和第4缸連桿軸頸直徑d2、d3、d4，計算得到第2、第3和第4缸連桿軸頸頂母線高度，與H0比較即為相位的線性單位偏差。如果產品要求為角度單位偏差，則角度偏差Δα=arcsinΔh/ R（由于Δα很小，連桿軸頸回轉半徑R的偏差對測量結果的影響很小，可忽略，因此此處R采用名義值。）即轉換成夾角偏差的形式標注180°±Δα。

圖1 曲軸相位偏差要求

H0=H+d1/2

第2缸連桿軸頸偏差：Δh2=H+d2/2-H0

第3缸連桿軸頸偏差：Δh3=H+d3/2-H0

第4缸連桿軸頸偏差：Δh4=H+d4/2-H0

3 粗加工相位角測量的檢具設計

從測量原理上看，上面所介紹的萬能檢測方法是完全合理和正確的。但是由于粗加工軸頸直徑、圓度、曲軸彎曲等因素的影響，導致萬能檢測方法測量的誤差很大，操作也復雜，對操作人員的技能水平要求高。尤其現在的數控曲軸內銑機床，加工節(jié)拍短，測量頻次高，工藝要求高，這種方法無法滿足實際的需求。因此需采用專用的綜合檢具測量來滿足現場需要。我公司曲軸粗加工設備為日本NIIGATA公司的內銑機床，以兩端中心孔為加工基準，因此檢具設計基準也采用兩端中心孔，避免由于主軸頸形狀誤差導致的測量誤差。由于連桿軸頸加工的橢圓度較大，工藝對橢圓度沒有具體的要求，通過測量實際為0.13 mm。檢具設計了一個V型基準定位，以第1缸連桿軸頸為角向基準，并采用一個帶百分表、可以上下浮動的V型測量頭，測量第2、第3和第4缸連桿的線性偏差。同時采用小角度V型測量頭，使V型上的兩觸線接近連桿軸頸的直徑處，消除橢圓度的影響。量檢具的設計如圖3所示。

圖2 平板測量示意圖

圖3 專用檢具結構簡圖

進行專用檢具校驗時，將曲軸校準件放置在檢具臺上，利用頂尖夾緊，并用定位V型將校準件連桿軸頸定位。注意定位的力量要通過疊簧調整適中，將手持檢具校準為零。檢具校驗結束后，將校準件更換成曲軸，頂尖夾緊，定位V型將曲軸第1缸連桿軸頸定位，用手持檢具分別測量第1、第2、第3和第4缸連桿軸頸的線性偏差。該檢具除了測量相位偏差以外，還可設計成連桿軸相對后油封端面的距離測量和曲柄半徑測量的綜合測量檢具。

4 埃蒂克曲軸綜合測量機測量

根據以往的測量經驗，曲軸綜合測量機只能測量精加工曲軸的尺寸，而粗加工曲軸只需采用專用檢具即可測量，只要專用檢具經過計量部門的檢定合格，就認為其測量的結果沒有問題。但由于檢具的綜合誤差的影響，可能存在質量問題的風險，因此需驗證檢具的準確性。由于粗加工工件的各種誤差，用萬能方法驗證導致測量的結果和檢具沒有可比性。檢具設計時沒有考慮校準件上設計多個連桿軸頸，因此無法通過校準件上的標準曲柄檢驗檢具的準確性。又由于精加工曲軸的中心孔經過加工，無法用精加工的曲軸驗證檢具的準確性，因此嘗試用曲軸綜合測量機測量粗加工的曲軸相位。編制曲軸相位測量程序，實現曲軸的相位測量。

首先調用初始化程序對曲軸綜合測量機進行初始化。標定頭、尾頂尖，測量曲軸止推面端面作為曲軸軸向基準位置。測量第1、第2、第3和第4缸連桿軸頸相位，其中第1缸連桿軸頸相位為相位基準。程序中需注意的幾個問題：通過指令輸入相位基準連桿軸頸編號，規(guī)定曲軸的相位基準。相位角度顯示為線性單位刻度輸出，也可用角度單位刻度輸出（度）。由于曲軸測量機第4缸連桿軸頸規(guī)定的相位符號和檢具的相位符號相反，因此需用運算指令將顯示的符號定義成與檢具一致。那么即可完成曲軸相位在埃蒂克曲軸綜合測量機上的自動測量。

5 數據對比分析驗證

隨機抽取粗加工后曲軸5根，分別采用埃蒂克曲軸綜合測量機和專用檢具測量曲軸連桿軸頸的相位偏差，檢測結果如表1所示。

表1 測量數據統(tǒng)計

從表1數據可以看出，曲軸綜合測量機和專用檢具誤差最大為0.035 mm，小于產品公差的十分之一，因此可認為曲軸綜合測量機和檢具測量結果一致，檢具可以在現場使用。

6 結束語

隨著加工設備水平的提高，加工工藝對檢測提出了更高的要求。雖然近年由于三坐標檢測儀、曲軸綜合測量機等柔性測量設備更多地應用于現場，導致現場的專用復雜檢具數量減少，但是工序間測量仍然需要專用檢具快速準確地完成生產對測量的要求，達到工序質量控制的目的。曲軸粗加工工件檢具的準確度的驗證，可通過標準樣件得到驗證，但成本會相對較高。一般認為由于粗加工曲軸的形狀誤差大，不適合采用曲軸綜合測量機進行測量。本文嘗試用曲軸綜合測量機對專用檢具進行對比驗證，提供了另一種選擇。目前該檢具已用于我公司曲軸內銑設備的調整，使粗加工后的加工余量也有效地減少，達到了粗加工對曲軸直徑的要求（原加工后連桿直徑遠遠大于工藝要求，主要是擔心精磨可能會出現黑皮現象），減少了精加工磨床砂輪的修磨和更換次數，降低了磨料費用，后面的精磨也沒有出現質量問題。

Design and Application of Rough Machining Crankshaft Phase Measuring Tool

Guo Jianqiang
（DongFeng Light Engine Co.,Ltd.,Hubei Shiyan 442003,China）

Measurement method and design of a measuring tool was introduced in brief for the phase measurement of rough machined crankshaft of ZD30 four cylinders engine.The phase measurement of rough machined crankshaft by using the measuring tool was compared and analyzed by means of crankshaft measuring machine.The result provided a basis for validating the accuracy of the measuring tool.The tool is easy to operate and time-saving.And the data obtained from the measuring tool can be used to adjust crankshaft machining tool.

crankshaft,phase,measurement

10.3969/j.issn.1671-0614.2011.04.011

來稿日期：2011-07-04

郭建強（1972-），男，高級工程師，主要研究方向為發(fā)動機制造測量技術。