凸輪軸兩端法蘭孔的加工工藝改進

聶申成 蓋延軍

摘要：凸輪軸是柴油機里的重要零件，功用是調整進氣、排氣及供油量時間及大小。一般機型柴油機有左右2根凸輪軸，每根凸輪軸按氣缸的個數由多個單節、用法蘭和螺釘連接裝配而成。兩根凸輪軸分別安裝在機左右兩側的滑動軸承中，兩各節段的連接處均有裝配時用的凸肩及法蘭以及定位銷孔，裝配時需精確調整各節凸輪軸段的相對位置以保證各個凸輪的正確相位，并用多個螺釘緊固。為了精確控制進排氣及供油時間，凸輪軸的單個精度以及整體裝配精度偏差要求都非常高。

關鍵詞：凸輪軸；進排氣；精度

1 引言

凸輪軸試制方案為，首先用測量頭找正A端基準A，確定工件在XY方向零點，然后測量預置的基準孔基準E確定角度C方向零點。根據工藝，基準孔在粗銑凸輪時加工出來以作為后續工序零點基準。如圖2所示，工件零點確定。ΔX和ΔY分別為基準圓A中心在機床坐標系下X、 Y方向上偏差值。

找正完成后加工A端法蘭孔，掉頭，找正基圓B及A端基準孔后加工完成B向法蘭孔。經3坐標計量法蘭孔后法蘭孔位置度嚴重超差。如圖3所示，圖表顯示的1～8法蘭孔位置度全部超差。分布范圍：0.12～0.14，超差量較大。在衡量孔中心相對基圓位置偏差數據y_corr和z_corr呈無規則分布，有的孔中心在Y方向偏差較大，有的孔在Z方向偏差較大。

加工出法蘭孔的位置精度嚴重不符合客戶圖紙要求。

2 位置度超差原因分析

分析工藝控制措施：ΔX和ΔY工件中心對機床中心偏差值由測量頭測得。測量頭的測量精度直接決定ΔX和ΔY的值以及角度基準孔的偏差值。綜合分析凸輪軸法蘭孔位置精度超差產生的直接原因由測量偏差引起。

測量頭測量誤差分為兩部分：測量頭標定誤差和測量方法引起的誤差。

凸輪軸法蘭孔位置精度超差產生的次要原因由缺乏數據補償引起，測量頭與實際加工刀具在使用時差異較大。測量頭靜態測量工件數據，不管如何接近實際數值始終存在一定的偏差值。在首件加工中由于編程過程缺乏對測量頭測量數據進行反饋，也是造成位置度超差的原因之一。

3 工藝改進措施

3.1 測量頭標定誤差及消除

WFL車銑中心使用的馬波氏測量頭，測量頭作為測量工具，其本身與普通刀具類似，有準確的刀具長度和半徑補償，并且需要用標準尺寸的環規進行標定。WFL車銑中心使用的馬波氏測量頭如圖4所示。

通常馬波氏測量頭在使用時會對其進行標定。標定過程中測量頭球頭進入標定環中，沿前后左右四個方向進行測量，測得的結果與標定環直徑ΦD相比較并修正存儲于機床參數中。標定程序為

測量頭在幾何參數發生變動以及長時間未重復標定情況均會影響測量結果。

測量頭標定狀態與切削狀態保持一致，測量的結果才能更接近真實值。在凸輪軸加工中刀具中心與水平線平行，測量頭在測量時中心同樣與水平線平行，為更接近測量結果，測量頭就必須在水平方向標定。

所以為了在工藝中降低測量頭標定誤差可以采取如下措施。

1）測量頭定期進行數據標定，每加工5支凸輪軸后均需進行測量頭校準。

2）測量頭標定時必須與使用狀態一致。在加工凸輪軸時，采取水平方向標定x1和y1坐標軸，加工凸輪軸時采取水平方向標定x1和y1坐標軸如圖5所示。程序為

3.2 測量方法引起誤差及消除

在加工首支凸輪軸時，通過采用標準棒校核測量工件基準A中心與測量頭測量對比發現，測量頭測量結果存在一定的偏差。偏差存在的原因在于，測量頭球頭對中心有跳動偏差。在測量基準如圖6所示時，會有跳動偏差引起測量偏差。

在如圖6所示測量凸臺基準時，測量后端球頭a點接觸，測量前端球頭b點接觸，因為球頭跳動偏差，測量的結果會有相應的偏差。

消除球頭跳動偏差的措施可采取前后同一點接觸測量，即通過主軸的旋轉實現。在測量前端時球頭b點接觸，在測后端時，主軸旋轉180°，仍然是球頭b點接觸，程序優化為

3.3 引入經驗補償數據

在首件凸輪軸試制過程中，盡管使用測量頭測量出了基準A對機床在直徑方向上的偏差值，但與計量結果存在明顯的差距。測量頭在標定以及測量時均有一個設定的經驗值補償。在綜合計量了3支凸輪軸法蘭孔中心距偏差值后，在鉆孔加工前對測得的工件中心偏差值在X方向上預設經驗補償。

X1=93+GD[100]+0.02 Y1=0+GD[101] C1=0

在鉆孔初始定位中，半徑方向定位值為理論尺寸93+測量偏差值gd[100]+經驗值0.02，前后偏差值Y1定位值為理論0位+測量偏差值gd[101]。

3.4 增加反饋補償數據

4 工藝改進效果

在采取針對性的工藝方法改進后，加工后續的凸輪軸經3坐標批量測量結果證明改進措施有效，法蘭孔的位置精度基本滿足圖紙設計要求，在某次計量的18個孔中有17個孔的位置度完全小于公差要求，只有1個孔稍稍超出。在持續跟蹤中，所有的孔的位置度精度分布于0.02～0.04之間，得到客戶的認可。

5 結束語

針對凸輪軸法蘭孔的加工工藝優化措施，同樣可以應用到其他高要求法蘭孔的加工工藝中，無論是曲軸還是凸輪軸，對提高產品質量卓有成效。