車銑復合技術在曲軸制造中的應用

南車洛陽機車有限公司 （河南 471002） 曾慶芬

1. 車銑復合數控加工中心的優(yōu)勢

車、銑復合加工技術是20世紀90年代發(fā)展起來的一門新興機械加工工藝方法。其核心就是在一臺設備上、在一次裝夾的條件下自動對回轉體件進行車、銑、鉆、鏜及攻等工序的五軸聯動的新技術、新工藝。它對于形狀復雜、工序多及加工精度要求高的異形回轉體件的加工極具優(yōu)勢，既可保證精度，又可提高效率、降低成本。

車、銑復合數控加工中心相對于傳統的普通設備具有獨特的優(yōu)勢：①集中多工序于一臺機床，消除了轉序和等待時間，縮短了加工周期。②減少了工件在不同機床上重復定位安裝時間，提高了工件的加工精度。③在一臺機床上完成大部分或全部加工，減少設備投入數量，節(jié)省占地及操作員工。④由于車銑加工技術具有很大的柔性，在產品更新換代時，只需要改變部分軟件功能式附件即可，不需要重復投入。⑤自動測量功能可進行在線自動測量工件尺寸、精度補償，提高工件形位精度。

我公司于2009年引入120系列五軸聯動數控車銑加工中心，現已開發(fā)、研制成功16V240ZJC/D型柴油機曲軸和16V280ZJA型柴油機曲軸，大大提升了公司機車大部件的制造水平。

本文以16V280ZJA型柴油機曲軸（見附圖）制造工藝為例，介紹車、銑復合加工技術在內燃機車曲軸制造工藝中的應用，以及與傳統加工工藝相比的先進性和優(yōu)點。

曲軸平面圖

2. 曲軸零件的精度要求

曲軸為8位連桿頸（見附圖中Ⅰ、Ⅱ、…、Ⅷ）和9位主軸頸（見附圖中1、2、…、9），總長（4 314±1.5）mm，連桿頸直徑210mm，主軸頸直徑230mm，中心距（142.5±0.15）mm，相位角為90°±20′，總質量1.806t，屬于較為復雜的大型曲軸。要求：①各軸頸的表面粗糙度值Ra=3.2μm，各曲柄外形表面粗糙度值Ra=12.5μm。②各軸頸圓度不大于0.007mm。③各連桿頸對1、9位主軸頸的平行度在任意方向上不大于0.04mm。④第1、9位主軸頸的圓跳動不大于0.04mm。

3. 傳統加工方法的工藝分析

傳統加工工藝分析如下：

（1）曲軸9節(jié)主軸頸、兩端和曲柄臂頂圓的加工相當于普通的長軸加工，采用先在通用的車床上完成粗、精車削工序的加工。該工序約需8個工作日。再在主軸頸磨床上用磨削工序達到主軸頸的尺寸、位置精度要求。

（2）曲軸8節(jié)連桿頸是與主軸偏心142.5mm的偏心加工，采用先在雙罐夾頭的連桿頸車床上，利用工藝盤分度完成粗、精車削工序的加工。該工序約需10個工作日。再在連桿頸磨床上用磨削工序達到連桿頸的尺寸、位置精度要求。

（3）曲軸16個曲柄臂外圓輪廓和斜面是與主軸中心左、右對角偏心102.5mm的偏心加工，采用在雙罐夾頭的連桿頸車床上，利用專用工裝和調整中心距的裝置，完成曲柄外圓輪廓的車削工序加工，達到曲柄臂的精度要求。完成粗、精車削曲柄臂外圓輪廓及斜面的加工工序約需 6個工作日。

（4）曲軸16個平衡鐵安裝面是斷續(xù)的大平面加工，采用在龍門鏜銑床上完成平衡鐵安裝面銑削工序的加工，達到平衡鐵安裝面的精度要求。完成粗、精車平衡鐵安裝面的加工約需 3個工作日；平衡鐵安裝面上各孔的鉆削工序采用在搖臂鉆床上利用專用工裝上削完成，該工序約需 3個工作日。

（5）曲軸主軸頸、連桿頸軸頸各油孔的鉆削工序在搖臂鉆床上采用劃線定位、專用工裝夾緊和手動冷卻、手工加工的方式完成，達到其各項精度要求。該工序約需 3個工作日。

（6）曲柄臂斜油孔的加工是在與曲軸中心成27°的斜面上鉆削斜臺階孔，采用在專用斜孔鉆床上手動冷卻、手工加工的方式完成鉆削工序的加工，達到斜孔的精度要求。該工序約需 6個工作日。

4. 車、銑復合加工方法的工藝分析

車、銑復合加工技術的核心就是在一臺設備上、一次裝夾自動完成對形狀復雜、工序多及加工精度要求高的異形回轉體件，進行車、銑、鉆、鏜、攻等工序的五軸聯動的新技術、新工藝。我公司的車銑加工中心也具備上述功能，可將主軸頸車床、連桿頸車床、龍門鏜銑床、搖臂鉆床及斜孔鉆床等多臺設備的功能集于一臺車銑加工中心上，一次性裝夾自動完成主軸頸、自由端、輸出端、連桿頸、平衡鐵安裝面、曲柄臂外圓輪廓及斜面的車、銑削加工，約需 16個工作日；完成平衡鐵安裝面各孔、斜油孔、主軸頸油孔及連桿頸油孔的鉆削工序，約需 3個工作日；最后采用磨削工序，完成主軸頸、連桿頸磨削工序的加工，達到主軸頸、連桿頸的精度要求。車、銑復合工藝加工曲軸的主要工藝流程如附表所示。

5. 傳統工藝和車、銑復合工藝的比較

從制造加工工藝方案分析中可見兩種加工工藝的差別。用傳統加工工藝生產制造曲軸，需要在9臺普通設備上，重復定位、裝夾16次才能完成加工；而用車、銑復合加工工藝生產制造曲軸，只需在3臺設備上，重復定位、裝夾6次就能完成所有工序的加工。由此可見，用車、銑復合加工工藝在數控車銑加工中心上生產制造曲軸，無論在生產制造周期、產品效率及加工精度方面，還是在生產場地、設備投資和維護及操作人員等方面都具有很大的優(yōu)勢：

（1）縮短了生產周期，提高了生產效率。傳統加工工藝中，粗、精車主軸頸加工工序約需8個工作日，粗、精車連桿頸加工工序約需10個工作日，粗、精車曲柄臂加工工序約需 6個工作日，粗、精車平衡面加工工序約需 3個工作日，鉆、鏜、攻平衡面上各孔約需 3個工作日，鉆、倒主軸頸、連桿頸軸頸油孔加工工序約需3個工作日，鉆、擴、鏜斜孔加工工序約需6個工作日。制造加工一根曲軸車、銑精加工工序共約需50天的時間。

相對應地，上述加工工序在車、銑復合加工工藝中，只需要一次調頭，就可全部完成所有工序的加工，生產周期約為16天。同時消除了大量工序、設備間轉序的輔助時間，大大縮短了生產制造周期，提高了生產效率。

（2）提高了產品制造精度。采用傳統加工工藝也能生產制造出質量合格的內燃機車曲軸產品，但因需多次重復安裝、定位，實現難度很大。特別是斜孔的圓度和平衡鐵安裝面上的定位孔、螺紋孔的形位公差等，有超差現象，合格率低，增加了手工修復工時。

車、銑復合加工工藝采用一次裝夾、定位，消除了多次重復定位的累積誤差，五軸聯動技術提高了產品空間尺寸精準度，使各類斜孔、螺紋孔及定位孔的形位公差精度均能達到產品技術要求，大大提高了產品制造精度。

（3）節(jié)約了操作員工數量，降低了生產制造成本。傳統加工工藝需9臺普通加工設備，每個工作日每臺普通加工設備至少需要2名操作人員，則共需要至少20名操作人員工作近兩個月才能完成曲軸制造的整個精加工工序。

車、銑復合加工工藝采用柔性數控加工設備，實現自動插補運動。每個工作日只需要1名操作人員操作設備，工作半個多月就能完成曲軸制造的整個精加工工序。節(jié)約了大量操作人員，大大降低了生產制造成本。

（4）降低了勞動強度。傳統工藝中使用的普通加工設備，操作笨重、體積大，工件裝夾和刀具安裝均由操作員手動操作，其勞動強度很大。如連桿頸車床，為實現2個中心距的轉換及實現4個方向相位角方向的加工，要上、下2次調整夾罐和4次調整相位角而需多次吊裝工件、裝夾，需用大力多次夾緊，勞動強度可想而知。

車、銑復合加工工藝使用的柔性數控加工設備，自動操作中心架、尾座，在線自動測量工件的尺寸、精度補償，實現自動插補運動。大大降低了操作員工的勞動強度，這也是數控設備的特有優(yōu)勢。

車、銑復合工藝加工曲軸的主要工藝流程表

6. 結語

通過上述對內燃機車柴油機曲軸傳統加工工藝和車、銑復合加工工藝的比較，總結出了車、銑復合技術在曲軸制造中的優(yōu)勢，積累了大量有關曲軸加工工藝、刀具及測量等方面的經驗，使本公司內燃機車大部件制造能力又上了一個新臺階。

[1] 楊賓華. 16V280柴油機[M]. 北京：中國鐵道出版社，1996.

[2] Walter R.Kick.車鏜銑中心[M].奧地利：SV媒體公司，1995.