高效智能化的曲軸油道孔加工中心

■ 神龍汽車(chē)有限公司 （湖北襄陽(yáng) 441004） 葉宗茂 劉雪松

高級(jí)工程師 葉宗茂

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油道孔加工經(jīng)歷了槍鉆自動(dòng)線加工時(shí)代，加工工藝采用復(fù)合刀具進(jìn)行工序分散加工，刀具壽命短，油道孔位置精度難以保證，嚴(yán)重困擾著曲軸生產(chǎn)線的節(jié)拍和效率，是曲軸生產(chǎn)線的瓶頸工序。其后又經(jīng)歷了油道孔臥式加工中心時(shí)代，雖然油道孔加工精度、加工效率得到了保證，但單機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍78s，仍然較低，1條20萬(wàn)產(chǎn)能的曲軸生產(chǎn)線至少需要兩臺(tái)加工中心才能滿足產(chǎn)能要求，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)線布局，增加了生產(chǎn)線投資和產(chǎn)出費(fèi)用。近年來(lái)西班牙ETXE-TAR公司在滿足用戶需求的同時(shí)，基于豐富的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的研發(fā)能力，開(kāi)發(fā)出高效節(jié)能的曲軸油道孔加工中心，如圖1所示，生產(chǎn)節(jié)拍為78s/3支，一經(jīng)推出，就受到了國(guó)內(nèi)外汽車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的廣泛關(guān)注，并被使用。

圖1 布置在曲軸生產(chǎn)線的ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心

1. ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心結(jié)構(gòu)和性能

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心采用西門(mén)子840Dsl系統(tǒng)，油孔鉆采用MQL微量潤(rùn)滑，滲透能力強(qiáng)，潤(rùn)滑效果好，加工效率高，1次可同時(shí)加工3支曲軸全部油道孔加工內(nèi)容，如圖2所示，20萬(wàn)支年產(chǎn)能的曲軸生產(chǎn)線僅需要配備1臺(tái)ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心。ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心為用戶提供了具備復(fù)合柔性、產(chǎn)量高效可靠、節(jié)能環(huán)保和最佳工藝條件下的高水平曲軸油道孔加工解決方案。

圖2 1次加工3支曲軸

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心軸坐標(biāo)系如圖3所示，設(shè)計(jì)有直線軸X、Y、Z，如圖4所示，旋轉(zhuǎn)軸A、B、Q，以及主軸SP11、SP12、SP13；其中A軸為夾具的旋轉(zhuǎn)控制軸，如圖5所示，控制零件徑向旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)1個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)、3個(gè)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)和兩個(gè)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)，程序中編輯設(shè)定1個(gè)A軸旋轉(zhuǎn)角度，保證3件曲軸的徑向旋轉(zhuǎn)角度同步，同時(shí)每個(gè)主軸也可以單獨(dú)控制轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向；Q軸是刀庫(kù)使用的軸，換刀時(shí)1次更換3把相同的刀具，保證每個(gè)主軸裝載相同的刀具；B軸旋轉(zhuǎn)便于曲軸上下料及零件軸向加工位置的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)1次上料同時(shí)加工3支曲軸。

2. 采用ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)

圖3 ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心軸坐標(biāo)系

圖4 加工中心X、Y、Z直線軸系

圖5 加工中心旋轉(zhuǎn)控制軸

ETXE-TAR機(jī)床通過(guò)ARTIS系統(tǒng)監(jiān)控刀具破損、刀具不存在及刀具磨損等刀具狀態(tài)，避免因前一把刀具破損導(dǎo)致更多刀具破損。當(dāng)修改加工參數(shù)、加工程序或更換刀具種類時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)自學(xué)習(xí)建立新的報(bào)警極限值。自學(xué)習(xí)的過(guò)程是加工11件以上的零件，通過(guò)這11個(gè)過(guò)程的曲線建立新的極限報(bào)警值，系統(tǒng)會(huì)在每次運(yùn)行循環(huán)后變得更智能化，零件返修時(shí)關(guān)閉刀具監(jiān)控。

ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)確定了所有限制和參數(shù)，如果警報(bào)無(wú)原因的經(jīng)常出現(xiàn)，可添加表1所示的額外條目，操作者必須在對(duì)表1中所列參數(shù)做出任何改變之前，檢查該刀具。

表1 刀具監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控影響

3. 模塊化的NC加工程序編輯模式

ETXE-TAR機(jī)床加工程序模塊化編程，使用多個(gè)子程序進(jìn)行調(diào)用。主程序中調(diào)用回原點(diǎn)程序、熱機(jī)程序、加工順序定義程序和刀具選擇程序等子程序；加工順序定義子程序中調(diào)用沖洗程序、工件尺寸定義程序、坐標(biāo)系框架程序和預(yù)鉆、鉆、去毛刺和倒角等子程序；具體調(diào)動(dòng)邏輯見(jiàn)表2，各工步的加工順序更改可以在加工順序定義程序中進(jìn)行修改，修改時(shí)只需要更改各工步子程序名前后順序。

如在鉆孔子程序內(nèi)通過(guò)程序段“ORDER[1]=SET（6,7,1,2,3）”定義各孔的加工順序，“6,7,1,2,3”是油孔編號(hào)。用SET指令給數(shù)組ORDER[1]—ORDER[5]分別賦值“6,7,1,2,3”，再通過(guò)“for”循環(huán)5次即可加工這5個(gè)孔。更改SET（6,7,1,2,3）中編號(hào)順序即更改了加工順序。

這種模塊化子程序調(diào)用的編程模式方便工藝人員進(jìn)行程序修改，修改時(shí)工作量很小，也不容易出錯(cuò)。避免了程序的誤修改帶來(lái)的撞機(jī)等碰撞干涉。

表2 模塊化的NC程序邏輯

4. 應(yīng)用實(shí)踐

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心2013年6月在公司動(dòng)力總成工廠曲軸L6線投入使用，7年來(lái)僅出現(xiàn)過(guò)1次質(zhì)量問(wèn)題：A軸回轉(zhuǎn)間隙過(guò)大導(dǎo)致鉆孔打刀。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀，維修人員迅速查找到了故障原因：A軸的驅(qū)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，再通過(guò)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到A軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝸輪蝸桿通過(guò)齒嚙合，這就必定有一定的間隙，機(jī)床要求間隙＜0.01mm。3套夾具之間通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接，聯(lián)軸器的嚴(yán)重磨損加大了A軸回轉(zhuǎn)間隙，使預(yù)鉆和鉆孔A軸實(shí)際定位不一致，導(dǎo)致鉆孔時(shí)打刀。及時(shí)更換了易損件，設(shè)備恢復(fù)正常。

5. 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)尤為突出，各大企業(yè)紛紛采用新技術(shù)、新設(shè)備來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本。新型曲軸油道孔加工中心的使用，提高了效率，降低了設(shè)備故障率，方便操作，因其加工的曲軸油道孔質(zhì)量可靠、管理成本低，從而提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。