曲軸軸頸下沉R 的加工與編程實現

馮顯，劉云龍，林海，鄭志強，袁琳

（1.中國石油集團濟柴動力有限公司成都壓縮機分公司，四川 成都 610000；2.中國石油集團濟柴動力有限公司再制造分公司，河北 滄州 061000）

1 現狀與目的

我廠的曲軸有種類多、精度要求高、批次投入數量少等特點，故生產效率一直難以提高。隨著公司業務量大幅增加，對車間生產提出了更高的要求，急需在穩定質量的情況下加大產出。通過現場生產調查，找出了曲軸生產的瓶頸工序是主軸頸與連桿軸頸的磨削工序。該工序由德國埃馬格公司的PM450 曲軸隨動磨床負責加工，一次裝夾即可完成主軸頸和連桿軸頸的全部加工。該磨床加工精度高，但是，因為連桿軸頸與主軸頸均需要在該機床上加工，導致耗時長、效率低、成本高。在該工序已經很難有本質性的提高空間，故需要從其他工序著手，減輕其工作量。經過調研和查詢資料，我們認為，可以考慮在曲軸主軸頸和連桿軸頸兩側加工下沉R，大小為R11，其中，工作段，即直段不能減少（如圖1）。因為有以下好處：（1）不必頻繁修整砂輪圓角或更換砂輪，大幅節約時間和成本；（2）不再靠磨軸頸開檔兩側面，可以減少加工時間和砂輪修整次數；（3）不再靠磨兩側，可以避免砂輪與軸頸開檔側面的磨削擠壓，避免磨削裂紋出現；（4）該加工設備昂貴，通過加工下沉R 可以減少該設備占用率，降低加工成本；（5）可以突破加工瓶頸，減少生產現場在制品的堆積，降低庫存，提高資金利用率。

2 方案實施

加工曲軸下沉R 需要確認以下幾種情況：（1）在曲軸兩側加工下沉R 后曲軸的強度是否滿足，是否會造成應力集中，在極限負荷時導致曲軸斷裂。（2）加工下沉R 后，曲軸隨動磨床不再靠磨兩側，前道工序是否能做保證軸向尺寸精度和端面與軸頸的垂直度要求。（3）曲軸下沉R 是否與軸頸同軸，否則，會造成下沉R 深度的不均勻，降低曲軸強度。

經過強度計算，在下沉R 下沉0.3 ～0.75mm（半徑）時，強度可以滿足設計要求，我們根據實際生產情況，將曲軸軸頸R 下沉量設置為0.5mm。（2）精度保證措施（以我廠典型曲軸FY2000 為例具體尺寸如圖2）。

圖1

圖2

該曲軸總長2455mm，有4 個連桿軸頸直徑為φ190（0，-0.015）和4 個主軸頸直徑為φ190（0，-0.019），軸頸直徑、軸向尺寸和位置度均要求較高。在新的工藝中，曲軸在熱時效后采用我廠的奧地利WFL M120 車銑復合加工中心對曲軸的主軸頸及連桿軸頸的直徑、開檔寬度等進行精加工，同時，控制軸向尺寸，之后，對各軸頸的下沉R 進行加工。

加工時，應注意以下事項：①分別加工完主軸頸和連桿軸頸后，要依次松開中心架、尾座頂尖，以釋放加工應力；②在加工一段時間后需要檢查卡盤中心→中心架夾持中心→尾座頂尖中心是否同軸，當超差時需要調整中心架和尾座；③裝夾后，通過機床在線測量系統測量曲軸的各軸頸的跳動，本例中的FY2000 曲軸時效后跳動范圍在0.05 ～0.6mm。為了保證同軸度，同時，也為了減少應切削量不均勻導致的加工應力，需要根據測量值進行計算，根據跳動量和對應C1軸角度進行中心架夾位、中心孔的修整。

修整夾位和中心孔時，優先修整夾位。根據跳動量和C1軸角度分別設置3 個夾位的銑削偏心距和角度（角度為機床的C1 軸角度，偏心距=跳動），進行偏心銑削，可以使得夾位銑削量均勻。之后以修整好3 個的中心架夾位夾持曲軸再修整中心孔。修整中心孔時不能使用中心鉆，而應該使機床B1 軸旋轉60°，采用銑刀銑削。

通過以上方法可以使曲軸中心整體偏移，可以保證曲軸同軸度和吃刀量較為均勻，進而減少曲軸的加工應力釋放和彎曲變形，保證在磨削時下沉R 與各軸頸始終同軸，避免偏磨，確保曲軸強度不會降低。具體測量程序和加工程序不再詳述。

3 工藝分析

（1）刀具的選用，主要考慮一下因素：①我廠的曲軸偏心距大，則需要的刀桿長度就相對較大，即刀桿長度＞偏心距+軸肩高度；②刀桿不能太粗，需要計算，避免與曲軸軸頸兩側面發生碰撞；③小直徑球頭銑刀強度無法達到，會發彈振動，同時，因為球頭銑刀中心線速度無限大，磨損快，不太適合曲軸下沉R 的加工。④在重型曲軸臥車上車削無法保證連桿軸頸與其下沉R 的加工質量。通過探討，我們在不增加成本的基礎上，采用現有的刀具刀片進行加工。刀桿為φ60，刀盤φ80，刀片為R8 的圓刀片，具體如圖3。

圖3

（2）模擬加工。要實現盤銑刀加工下沉R，必須是刀具整體傾斜，在WFL M120 車銑復合加工中心中可以通過B1 軸擺動實現，通過計算和模擬，當B1 軸旋轉2°時，最為合適。如圖3，這樣非加工側刀片可以離軸頸面有3.55mm 左右的間隙，同時，刀桿與軸頸側面也不會發生干涉。R8 刀片可以完成三段下沉R 的加工（見如圖1），三段R 分別為：R9.5、R11、R9.5。其中，采用下沉R 后各軸頸工作段的外圓軸向長度不能減小。

（3）軌跡模擬。因我公司的所有曲軸加工均未采用自動編程軟件編程，所以我們在加工曲軸下沉R 時，不額外購置編程軟件，仍采用手工編程的方式。通過模擬，生成了與下沉R 對應的三段刀片中心圓弧軌跡，如圖4。

圖4

4 段圓弧具體參數（表1）

表1

同時，根據刀盤和刀片直徑等可以計算出當B1 軸擺動2°時，X 向偏移0.019（刀具軸向）；Z 向偏移1.117（刀盤徑向）。

5 加工程序

程序采用宏程序編寫方法，同時，因為主軸頸和連桿頸的下沉R 尺寸要求一致，故編寫好一個軸頸的程序后，通過循環的方式就可以實現其他軸頸的加工，驗證一個軸頸程序即可。同時，采用模塊化編程方式，避免了修改某些參數引起程序的出錯，必要時，只需修改程序前面部分參數就可以實現程序的整體修改，實現了通用性，可以直接移植到其他曲軸的加工中。機床數控系統為西門子840D sl，其中，WFL M120 車銑復合加工中心的GD[*]參數等同于西門子R 參數。本程序只有184 段，即實現了4 個連桿軸頸8 處的下沉R 加工，遠低于自動編程軟件。同時，程序層次清晰，邏輯明確，便于驗證、檢查和修改。以下是部分連桿軸頸下沉R 加工程序：

6 結語

通過加工曲軸軸徑的下沉R，突破了關鍵瓶頸工序，明顯提高了曲軸產量。生產效率的提高，降低了生產現場在制品數量，有效減少了公司的資金占用。從2016 年開始摸索試驗，到現在各型號曲軸全面運用展開，證明了其方法是有效、可靠和穩定的。