曲軸中心孔深度加工不穩(wěn)定的解決方案

■長城汽車股份有限公司　（河北保定　071000）　劉建剛

曲軸中心孔深度加工不穩(wěn)定的解決方案

■長城汽車股份有限公司（河北保定071000）劉建剛

摘要：在曲軸生產(chǎn)制造過程中，中心孔作為主要的定位基準(zhǔn)，其作用至關(guān)重要。中心孔深淺不一將影響曲軸在機(jī)床上的軸向定位，使加工余量分布不均。本文針對(duì)中心孔深度加工不一致問題，通過在機(jī)床上創(chuàng)建第二切削刃數(shù)據(jù)，并在NC編程中使用第二刀具長度補(bǔ)償，使中心孔加工尺寸依據(jù)第二刀具長度進(jìn)行精確補(bǔ)償，徹底解決了中心孔加工深度不穩(wěn)定的問題，對(duì)提高加工質(zhì)量起到了重大的作用。

1. 問題的提出

某機(jī)型曲軸生產(chǎn)線正式投產(chǎn)后，一直存在一個(gè)問題：在OP10工序銑端面、鉆中心孔時(shí)，每次更換中心鉆后，加工中心孔的深度總是出現(xiàn)嚴(yán)重超差情況，造成加工不良，需要對(duì)中心孔深度尺寸進(jìn)行調(diào)整。作為加工后序的定位基準(zhǔn)，其作用至關(guān)重要。中心孔的深淺不一，不僅影響后序的加工定位，使毛坯粗加工余量分布不均勻，而且對(duì)后序刀具使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，出現(xiàn)異常磨損或崩損情況，使得后序工序加工過程中出現(xiàn)一系列的不良反應(yīng)。

2. 加工工藝介紹及原因分析

（1）加工工藝介紹。OP10的加工內(nèi)容為銑兩端面、鉆中心孔、套車法蘭及小頭軸頸。所用設(shè)備為單托盤臥式高速加工中心，機(jī)床控制系統(tǒng)采用西門子840D系統(tǒng)，機(jī)床各軸采用光柵尺進(jìn)行閉環(huán)控制，重復(fù)定位誤差在0.01mm以內(nèi)。工件軸向定位基準(zhǔn)為第三主軸頸兩止推面，徑向定位基準(zhǔn)為第一、第五主軸頸，采用自定心的液壓夾具定位，夾緊定位可靠。所用中心鉆為硬質(zhì)合金材質(zhì)，采用液壓刀柄夾緊，干式切削，鉆頭可進(jìn)行重磨。中心孔深度要求為：將直徑為12.7mm的鋼球放置于中心孔中，測量球頂至法蘭端面的距離為（6.43±0.05）mm，如圖1所示。

（2）中心孔深度超差原因分析。根據(jù)實(shí)際加工過程反饋，出現(xiàn)中心孔深度超差的情況主要為每次換刀后，調(diào)整合格后在一個(gè)換刀周期內(nèi)加工尺寸是穩(wěn)定的。因此，主要針對(duì)刀具與加工程序調(diào)整方面進(jìn)行重點(diǎn)分析。

從刀具方面分析。所用中心鉆為硬質(zhì)合金材質(zhì)，可進(jìn)行修磨，同時(shí)對(duì)中心鉆引導(dǎo)部分及60°錐面進(jìn)行修磨。對(duì)比修磨刀具與新刀具后發(fā)現(xiàn)，修磨刀具引導(dǎo)部分，鉆尖頂端至錐面切削刃的長度L存在差異，同時(shí)修磨的中心鉆頂角與60°錐面角度也存在誤差，如圖2所示。

圖1　曲軸加工定位示意圖

圖2　中心鉆刀具

刀具調(diào)整方面，只保證刀柄與主軸結(jié)合面至中心鉆頂端的刀長尺寸L1，用對(duì)刀儀精確測量。中心鉆60°錐面尺寸未知，依靠修磨精度保證。

從加工程序方面分析。加工法蘭端中心孔程序如下：

N1190 G0 G55 G60 G602 S2970 M3 B90;===FLANGE_L1===（調(diào)用G55坐標(biāo)系，主軸啟動(dòng)）

N1200 STOPRE（程序停讀）

N1210 TRANS X=-(KOR[92]) Y=KOR[91] Z=((KOR[1])+(KOR[2]))（對(duì)G55坐標(biāo)系進(jìn)行偏置）

N1220 G0 X0 Y0 M52（X/Y軸快速定位至工件原點(diǎn)）

N1230 R1=-11.5 R2=2 R3=-12 R4=0.1 R10=2 R12=2970 R14=594 R18=1485 R19=297（參數(shù)賦值）

N1240 L815（調(diào)用子程序）

N1250 G0 Z100（Z軸快速回退）

其中L815子程序內(nèi)容如下：

G0 Z=R2（默認(rèn)調(diào)用刀具長度補(bǔ)償D1，快速定位至距工件表面2mm處）

S=R12 F=R14

G1 Z=R1（工進(jìn)至R1參數(shù)定義位置）

S=R18 F=R19

G1 Z=R3（工進(jìn)至R3參數(shù)定義位置，中心孔要求的深度）

G4 F=R4

G0 Z=R10 S=R12 （刀尖回退至安全平面）

RET（返回程序開頭）

綜合以上分析，由程序可看出，刀具快速定位至工進(jìn)結(jié)束都采用同一刀具長度補(bǔ)償值，中心孔錐面的加工深度依靠中心鉆刀尖的工進(jìn)深度來控制。由于刀具方面存在圖2所示不可避免的誤差，而此誤差是導(dǎo)致每次換刀中心孔深度不穩(wěn)定的主要因素。如何補(bǔ)償中心鉆60°錐面與刀尖之間的誤差成為解決中心孔深度加工不穩(wěn)定的關(guān)鍵。

3. 具體解決方案

通過對(duì)加工中心孔工藝進(jìn)行分析，計(jì)算出測量鋼球與中心孔60°錐面接觸部位的直徑為11mm，如圖3所示。因此，在刀具調(diào)整過程中，只要精確測量φ11mm切削刃至刀柄與主軸結(jié)合面處的距離L2，在機(jī)床刀具參數(shù)中新建立此處切削刃數(shù)據(jù)，并在NC編程中調(diào)用此長度補(bǔ)償，就可以精確控制中心孔加工深度。

圖3　法蘭端中心孔深度

對(duì)加工程序進(jìn)行更改，第一切削刃數(shù)據(jù)L1只用于刀具快速定位時(shí)的刀具長度補(bǔ)償，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)入工進(jìn)時(shí)，調(diào)用第二刀具長度補(bǔ)償L2，使φ11mm切削刃工進(jìn)至圖3所示鋼球與中心孔結(jié)合處，就保證了中心孔深度尺寸合格。刀具備刀時(shí)，測量并打印中心鉆φ11mm處高度數(shù)據(jù)，每次更換刀具時(shí)，根據(jù)打印的刀長數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)床中刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，使得換刀后加工中心孔錐面的第二刀具長度補(bǔ)償數(shù)據(jù)與實(shí)際刀具長度一致，確保加工的一致、穩(wěn)定。更改后的加工程序如下：

N1190 G0 G55 G60 G602 S2970 M3 B90;===FLANGE_L1===（調(diào)用G55坐標(biāo)系，主軸啟動(dòng)）

N1200 STOPRE（程序停讀）

N1210 TRANS X=-(KOR[92]) Y=KOR[91] Z=((KOR[1])+(KOR[2]))（對(duì)G55坐標(biāo)系進(jìn)行偏置）

N1220 G0 X0 Y0 M52（X/Y軸快速定位）

N1230 R1=-2.6 R2=2 R3=-3.1 R4=0.1 R10=2 R12=2970 R14=594 R18=1485 R19=297（加工深度參數(shù)重新賦值）

N1240 L815（調(diào)用子程序）

N1250 G0 Z100（Z軸快速回退）

更改后L815子程序內(nèi)容如下：

G0 Z=R2 D1（默認(rèn)調(diào)用刀具長度補(bǔ)償D1，快速定位至工件表面2mm處）

S=R12 F=R14

G1 Z=R1 D2（采用第二刀長補(bǔ)償，工進(jìn)至R1參數(shù)定義位置）

S=R18 F=R19

G1 Z=R3 D2（采用第二刀長補(bǔ)償，工進(jìn)至R3參數(shù)定義位置，中心孔要求的深度）

G4 F=R4

G0 Z=R10 S=R12 D1（重新調(diào)用D1補(bǔ)償，刀尖回退至安全平面）

RET（返回程序開頭）

4. 加工效果驗(yàn)證

通過連續(xù)多次換刀加工驗(yàn)證，中心孔深度尺寸滿足公差要求，均在合格范圍內(nèi)。改善效果明顯，消除了因刀具修磨一致性問題導(dǎo)致的加工超差，提高換刀加工首件合格率，并有效地消除了此加工不良對(duì)后序產(chǎn)生的影響，提高了產(chǎn)品品質(zhì)及線體開動(dòng)率。

5. 結(jié)語

對(duì)中心孔加工程序及刀具方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，完善了原加工方案。通過分析、計(jì)算，建立了新的刀具測量、調(diào)整及控制標(biāo)準(zhǔn)，消除刀具自身誤差，滿足了加工要求。對(duì)于其他一些高精度加工部位的控制提供了類似的經(jīng)驗(yàn)與方法，在生產(chǎn)中有較大的借鑒意義。

收稿日期：（20150420）