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加工中心的線鏜工藝
閱讀：167 發(fā)布時間：2020-8-10
引 言
曲軸孔的作用主要是支撐曲軸，傳遞從曲軸柄傳來的轉(zhuǎn)矩并通過法蘭輸出，同時吸收活塞運(yùn)動過程中產(chǎn)生的軸向和側(cè)向力[1]。由于曲軸孔的加工質(zhì)量對發(fā)動機(jī)的工作性能具有極其重大的影響，所以對發(fā)動機(jī)曲軸孔工藝的要求一般比較嚴(yán)格，包括直徑、位置度、圓度、同軸度、各檔曲軸孔中心的直線度及表面粗糙度等[2]。為了滿足這些要求苛刻的工藝指標(biāo)，精加工一般采用專機(jī)線鏜或鉸珩兩種加工方式[3-4]。為了降低投資，實(shí)現(xiàn)三、四缸發(fā)動機(jī)的共線生產(chǎn)，海馬某型號缸體曲軸孔精加工取消了鉸珩， 采用加工中心線鏜加工工藝，實(shí)現(xiàn)機(jī)床內(nèi)機(jī)械手自動調(diào)刀，質(zhì)量得到可靠的保證。該曲軸孔整個加工工藝流程為：半圓孔粗加工→瓦蓋合裝后的兩次半精加工→精加工，所有工序都在加工中心上完成。
1 曲軸孔粗加工
1.1 曲軸孔粗加工夾具
曲軸孔粗加工夾具如圖1 所示，本工序選擇缸體瓦蓋結(jié)合面和缸孔來定位， 以保證缸孔的加工余量均勻及缸孔與結(jié)合面的垂直度。工件進(jìn)入夾具后，導(dǎo)軌下降，缸體瓦蓋結(jié)合面落在定位支撐上，而后自定心結(jié)構(gòu)下降到位置，通過四個缸孔定位，自定心結(jié)構(gòu)定位后中心在同一直線上。定位完成后，油缸開始動作并壓緊缸體。若缸體定位氣密檢測通過，機(jī)床便開始運(yùn)行加工程序；若氣密檢測報警，則需重定位夾緊。
1.2 曲軸孔粗加工刀具
曲軸孔粗鏜刀如圖2所示，刀片分為3組，每組3片，粗加工后曲軸孔留下單邊0.85 mm的余量。
粗鏜刀初使用R0.4刀片，刀具壽命太短，而且加工后的曲軸孔粗糙度較高。經(jīng)改進(jìn)，換用R0.8刀片，試用后粗糙度有明顯改善，壽命也有很大提高。
1.3 曲軸孔粗加工
主軸夾緊刀具→刀具進(jìn)入曲軸孔→鏜刀與曲軸孔同軸→粗鏜3、4、5檔（第一組刀片鏜第3檔、第二組鏜第4檔、第三組鏜第5檔）→刀具退出→夾具旋轉(zhuǎn)180°→刀具進(jìn)入曲軸孔→鏜刀與曲軸孔同軸→粗鏜1、2檔（第一組刀片鏜第2檔、第二組鏜第1檔）→刀具退出，加工過程如圖3所示。
2 曲軸孔線鏜
2.1 采用加工中心設(shè)備線鏜的可行性分析
在大批量生產(chǎn)中，用專機(jī)線鏜曲軸孔是常見的加工工藝。用CNC替代專機(jī)，其難點(diǎn)有兩個：1）夾具設(shè)計較為復(fù)雜，工序內(nèi)要實(shí)現(xiàn)工件的上升和再次夾緊動作；2）此工藝是否能滿足曲軸孔的表面粗糙度及孔位、孔徑，孔的圓度、同軸度的過程能力CPK≥1.33或CP≥1.33的質(zhì)量要求。 夾具的上升與下降可以通過PLC控制系統(tǒng)與油缸等
機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)，夾具設(shè)計要保證工件的定位精度。
曲軸孔位的精度，由于缸孔未精加工，僅需考慮曲軸孔與設(shè)計基準(zhǔn)的加工誤差。影響因素為工件的定位誤差、設(shè)備的定位與重復(fù)定位的誤差，托盤的定位與重復(fù)定位誤差。依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，若機(jī)床主軸的定位精度為0.006，重復(fù)定位精度為0.003，托盤的定位為5"，重復(fù)定位精度為2"；導(dǎo)套的位置偏差控制在0.003的范圍內(nèi)，若工件的定位誤差≤0.02，經(jīng)計算，長度400 mm的曲軸孔，在設(shè)備的精度范圍內(nèi)，理論上其位置度將在0.034的區(qū)間范圍內(nèi)（可信度≥99.74%）。再考慮到實(shí)際加工刀具的受力情況及原點(diǎn)定位的系統(tǒng)偏差，則加工后工件的位置均值保證在0.05的偏差范圍內(nèi)則可保證工序能力CPK≥1.33。
曲軸孔的圓度與同軸度，則與主軸的遠(yuǎn)端跳動及整個系統(tǒng)的剛性有關(guān)。
因曲軸孔為雙材質(zhì)（軸承蓋材質(zhì)為粉末冶金，缸體材質(zhì)為鑄鐵），其表面粗糙度與孔徑的工序能力較難保證， 對刀具的剛性和刀片的材質(zhì)有較高的要求。經(jīng)考證，刀具供應(yīng)商有類似加工案例，可以作為借鑒。
綜上，采用CNC線鏜技術(shù)在當(dāng)前的技術(shù)條件下是可行的，可以進(jìn)入實(shí)施階段。
2.2 曲軸孔線鏜夾具
曲軸孔精加工夾具如圖4所示，該工序選擇缸體底面及底面兩銷孔來定位。工件進(jìn)入夾具后，支撐導(dǎo)軌動作， 缸體下降到定位支撐處，圓銷與菱銷上升進(jìn)入定位銷孔，油缸開始動作并夾緊缸體，待缸體定位氣密檢測通過后，機(jī)床開始運(yùn)行加工程序。加工曲軸孔時，在鏜刀進(jìn)入曲軸孔前， 夾具油缸動作， 夾爪松開，支撐導(dǎo)軌動作，缸體上升2.38 mm，待上升氣密檢測通過后，鏜刀偏心進(jìn)入，鏜刀定位后，缸體恢復(fù)至初始夾緊狀態(tài)。加工結(jié)束后，之前動作重復(fù)一次，鏜刀偏心退出。
上升氣密裝置如圖5所示，在實(shí)際加工中，該氣孔容易進(jìn)入鐵屑，造成氣密檢測報警，影響缸體線正常生產(chǎn)。為了解決這個問題，臨時措施是經(jīng)常用水槍沖洗氣孔面， 后期對夾具進(jìn)行改造，改造后的氣密檢測裝置如圖6所示。該氣密檢測位于裝置內(nèi)部，鐵屑無法進(jìn)入，類似的報 警問題將不會再出現(xiàn)。
導(dǎo)套是運(yùn)用于發(fā)動機(jī)曲軸孔加工的一個精密機(jī)床部件。滾動導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)、精度、安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)及與之相配的直線鏜桿的精度、直線鏜桿與滾動導(dǎo)套的配合間 隙等將直接影響所加工的曲軸孔的粗糙度、圓柱度、同軸度。本夾具使用GATCO精密滾動導(dǎo)套，由靜止外套、與鏜桿一起旋轉(zhuǎn)的淬硬并經(jīng)過磨削的內(nèi)套、精密軸承、密封件組成。導(dǎo)套在夾具上的安裝定位方式采用導(dǎo)套外徑定位， 與夾具定位孔的配合選用間隙配合，這樣可以避免軸承外圈因溫度升高而膨脹影響滾動導(dǎo)套回轉(zhuǎn)精度和壽命， 一般要求滾動導(dǎo)套外徑與夾具定位孔的內(nèi)徑至少留有
0.008 mm的間隙。