六缸曲軸主軸頸加工方法的研究與應(yīng)用

劉來章

(德州德隆(集團)機床有限責(zé)任公司，山東 德州 253003)

1 傳統(tǒng)加工方法介紹

曲軸是發(fā)動機中的關(guān)鍵零件之一，由于它形狀復(fù)雜、剛性差(特別是六缸曲軸)、加工余量大、質(zhì)量分布不平衡，要求的加工精度又高，所以曲軸是發(fā)動機中最難加工的工件之一。

六缸曲軸與四缸曲軸相比，加工難度增加很多，主要是曲軸剛性的問題。傳統(tǒng)曲軸主軸頸加工工序是:(1)齊端面、打中心孔、套車曲軸大小頭;(2)銑削粗加工;(3)粗磨加工;(4)精磨加工。第一道工序是基準加工工序，加工出的曲軸大小頭作為后3道工序的夾持基準。第二道工序是粗銑加工，即銑刀盤高速旋轉(zhuǎn)而曲軸緩慢旋轉(zhuǎn)，待曲軸旋轉(zhuǎn)1周即完成1個主軸頸的加工，這種加工方式的特點是效率高，可以快速去除毛坯余量，但加工表面質(zhì)量太差，外圓表面棱角分明。第三道工序是主軸頸粗磨加工，主要是對上道粗銑工序進行修整，并進一步減少加工余量，加工精度等級IT7～8級，為保證成品合格率給精磨留余量0.2～0.3mm。第四道工序是主軸頸精磨工序，該道工序是將主軸頸各項尺寸及精度加工至圖紙要求的最終工序，由于前道粗磨工序留有余量較大，使得該工序加工時間較長一些。

2 新方法的前期分析與實驗

通過對傳統(tǒng)加工方法的分析，我們不難看出第三道工序是1個瓶頸，該工序的加工精度不高，橢圓度誤差較大所以必須留較大的余量，給精磨工序帶來很大的負擔(dān)，又由于前工序粗銑出來的外圓表面棱角分明，給本工序帶來的加工余量也非常大，且該道工序無法更精準地控制加工余量、尺寸精度。

鑒于以上原因我們決定用車削的方法來代替第三道工序，即用精車削代替粗磨。以六缸重卡曲軸為例進行試驗，見圖1曲軸圖示，六缸曲軸需要加工的主軸頸共有7個，且剛性十分弱，工件質(zhì)量也不平衡，很有可能造成讓刀、振刀無法切削的情況，如何保證工件不變形或少變形是需要攻克的首要問題。通過多次討論、實驗論證，最后選用這樣一種配置，機床選用斜床身臥式數(shù)控車床，主軸配置液壓自定心卡盤，液壓尾座頂緊(圖2)，中間采用曲軸專用開式液壓自定心中心架進行輔助支撐，中心架移動采用液壓油缸驅(qū)動，中心架兩側(cè)配有工件托架，方便裝卸工件，詳見圖3。

機床樣機(圖4)試制完成后，進行了多次試切削，基本上達到了預(yù)期效果，但同時也存在一些問題:(1)曲軸第四主軸頸(剛性最弱的位置)徑向跳動超差，圖紙要求0.15mm，經(jīng)過試驗車削的跳動誤差為0.20mm;

(2)由于工件本身形狀的原因，決定了工件易變形的特點，故采用液壓尾座持續(xù)頂緊的方式易產(chǎn)生工件變形，且無法避免;(3)采用如圖5所示的曲軸車刀后，刀桿探出太長剛性較差，偶爾出現(xiàn)振刀現(xiàn)象;(4)利用液壓油缸驅(qū)動中心架前后移動的方式不安全，液壓缸帶有感應(yīng)磁環(huán)，對環(huán)境要求較高，機床車削下來的切屑極易干擾磁環(huán)的信號，造成油缸誤動作進而出現(xiàn)事故。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

根據(jù)上述樣機試制情況及試切削情況來看，機床結(jié)構(gòu)需要進一步優(yōu)化，考慮工件變形大、刀桿剛性和操作安全性等問題，得出如下優(yōu)化措施:

(1)將原來的液壓尾座改為副主軸結(jié)構(gòu)，前后主軸分別配有液壓浮動卡盤，避免持續(xù)頂緊給工件造成的軸向變形問題;

(2)特殊設(shè)計曲軸專用整體式刀盤，刀盤厚度要滿足曲軸檔寬和進檔較深的車削要求，避免原曲軸車刀桿剛性不足的問題;

(3)改變曲軸中心架的驅(qū)動方式，采用伺服電動機+滾珠絲杠的方式驅(qū)動中心架移動，這種方式可以在任意位置停止且定位精度高，同時也提高了機床的動作安全性，通過中心架跟隨的方式來加工，即架第二主軸頸車第三主軸頸，架第三主軸頸車第四主軸頸，架第四主軸頸車其他所有主軸頸，通過這種方式來最大限度地減小工件變形;

(4)刀盤上增配在線測量裝置，因為曲軸兩端是毛坯面，軸向定位不準確，每加工1件需要人工對刀1次十分繁瑣，有了在線測量裝置，就完全實現(xiàn)了自動對刀，對刀精確且用時較短。

4 應(yīng)用實例

通過這4步的優(yōu)化改進，又進行了多次反復(fù)試車，檢驗機床加工精度的穩(wěn)定性，最終結(jié)果完全超過預(yù)期。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)外形圖見圖6，精車的各項精度高于粗磨精度，精車后的精度見表1所示，通過表1各項比較可以得出，精車方式完全可以取代粗磨的方式。

表1 精車與粗磨曲軸主軸頸的對比表

5 經(jīng)濟效益分析

我們從兩個方面進行經(jīng)濟效益分析，首先在效率方面，精車方式比粗磨方式節(jié)約了15.4%的時間，在當(dāng)今市場競爭十分激烈的社會，分秒必爭是每個企業(yè)追求最大利潤的一部分。其次在使用成本方面，精車方式的優(yōu)點就更為突出了，車床的銷售成本比磨床的低，車刀刀片的消耗成本要比磨床砂輪的成本低很多，車削下來的鐵屑可以作為廢鐵變賣，進一步降低使用成本，而磨床的磨屑則無法回收，另外磨削產(chǎn)生的油霧對工人的身體健康影響很大，諸多因素證明以精車方式取代粗磨方式是正確的，也是一種趨勢。見表2使用成本對比表。

表2 使用成本對比表

6 結(jié)語

本文通過利用傳統(tǒng)加工方法和前期試驗進行分析論證，提出了一種擺脫傳統(tǒng)曲軸加工行業(yè)瓶頸的解決方案，也是一次大膽嘗試，該方案既降低了使用成本，又能提高效率及精度，是一種加工方法的更新?lián)Q代，同時總結(jié)出了利用車床方式進行加工時，機床結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個要點，目前該機床已交付用戶使用，得到了各用戶的認可。

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