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曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對(duì)曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理、表面強(qiáng)化及動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量沒(méi)有得到保證，則可嚴(yán)重影響曲軸的使用壽命和整機(jī)的可靠性。
目前，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件加工中，缸體、缸蓋柔性加工自動(dòng)線的進(jìn)程和水平均略高一籌。在許多人看來(lái)，似乎缸體、缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)最關(guān)鍵的零件，許多機(jī)床制造商把大部分精力都用于此。其實(shí)，曲軸加工柔性線的技術(shù)含量要高于缸體、缸蓋柔性生產(chǎn)線。缸體、缸蓋柔性線主要由加工中心組成，而曲軸柔性生產(chǎn)線不僅有加工中心，而且還有數(shù)控車、曲軸油孔數(shù)控鉆床、沉割槽數(shù)控滾壓機(jī)床、數(shù)控外銑機(jī)床、數(shù)控車?yán)瓩C(jī)床、數(shù)控磨床及砂帶磨床等，專有技術(shù)可謂之多、之難，從設(shè)備可見(jiàn)一斑。
曲軸加工工藝及柔性線總體布局
機(jī)床數(shù)控化以來(lái)，高速、高效加工技術(shù)及裝備在汽車制造業(yè)大量采用，生產(chǎn)效率得到了很大的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)線上的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量正急劇減少，盡管加工曲軸的設(shè)備專用性很強(qiáng)，但現(xiàn)已日趨柔性化，加工不同規(guī)格的曲軸，只要將機(jī)床做一些調(diào)整就能夠?qū)崿F(xiàn)變品種的加工，這是當(dāng)今曲軸加工技術(shù)的一大進(jìn)步。由于汽車的品種不同，曲軸的規(guī)格不同，采用的設(shè)備及工藝方法也不盡相同。
曲軸柔性加工自動(dòng)線通常采用主干和支路輸送的布局結(jié)構(gòu)。主干輸送采用分段交替的地面輸送形式，而支路使用桁架機(jī)械手空中輸送。采用了桁架機(jī)械手，加大了輸送速度和準(zhǔn)確性，輸送位置通過(guò)控制程序而隨意改動(dòng)，進(jìn)而才使得主干路交替輸送的實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)支路上，桁架機(jī)械手將上一段主干路輸送過(guò)來(lái)的曲軸抓到支路所在的機(jī)床上進(jìn)行加工，加工后再將曲軸抓放到檢測(cè)工位檢測(cè)，合格后再抓放到主干路下一段輸送帶上，輸送帶將其輸送到下個(gè)工序，不合格的曲軸放在不合格區(qū)，待人工根據(jù)不合格情況和類型決定是否返修或打廢。
曲軸自動(dòng)線關(guān)鍵加工工藝及裝備
1）曲軸主軸頸及連桿頸外銑加工
現(xiàn)在的數(shù)控外銑機(jī)床，采用了模塊化設(shè)計(jì)，使外銑數(shù)控機(jī)床具備可變形的多種不同的結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)曲軸品種規(guī)格變化的需要。在進(jìn)行曲軸零件加工時(shí)，由于圓盤銑刀本身結(jié)構(gòu)的影響，刀刃與工件始終是斷續(xù)接觸，有沖擊。因此，機(jī)床整個(gè)切削系統(tǒng)中控制了間隙環(huán)節(jié)，降低了加工過(guò)程中因運(yùn)動(dòng)間隙產(chǎn)生的振動(dòng)，從而提高了加工精度和刀具的的使用壽命。
外銑機(jī)床可由兩個(gè)外銑刀盤組成，刀盤在做主運(yùn)動(dòng)切削的同時(shí)還可以上下擺動(dòng)，從而適應(yīng)于加工連桿頸的需要。此時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿頸繞主軸頸中心轉(zhuǎn)動(dòng)，銑刀盤隨連桿頸旋轉(zhuǎn)而上下擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)切削。由于兩銑削頭可沿著主軸軸心線移動(dòng)，從而完成對(duì)曲軸每個(gè)主軸頸和連桿頸的銑削。
案例１：外銑刀具推薦
肯納高速外銑刀
•工藝可能性的完整設(shè)計(jì)
•一種刀體類型能夠覆蓋所有可能的工藝，諸如粗加工，半精加工和精加工。
•單碟或多碟設(shè)計(jì)
•ISO標(biāo)準(zhǔn)刀片和定制設(shè)計(jì)的完美平衡，滿足客戶的要求和最經(jīng)濟(jì)的方案
•切削條件基于客戶的要求，范圍在Vc=80-300m/min, fz=0.05-0.50mm
2）曲軸主軸頸及連桿頸磨削
目前隨著機(jī)床制造技術(shù)的發(fā)展，連桿頸的磨削則采用跟蹤磨削法。跟蹤磨削法是以主軸頸中心線為回轉(zhuǎn)中心，一次裝夾依次完成曲軸連桿頸的磨削加工（也可用于主軸頸磨削），磨削連桿軸頸的實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)CNC控制砂輪的進(jìn)給和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩軸聯(lián)動(dòng)，來(lái)完成曲軸加工進(jìn)給。跟蹤磨削法采用一次裝夾、在一臺(tái)數(shù)控磨床上依次完成曲軸主軸頸和連桿頸的磨削加工，能有效地減少設(shè)備費(fèi)用，降低加工成本，提高加工精度和生產(chǎn)效率。
案例２：磨床推薦
勇克JUCRANK擺動(dòng)跟蹤磨床提供多功能方案，通過(guò)一次裝夾完成曲軸整體磨削。機(jī)床配備新型組件，磨削鼓形軸頸更加便捷：
•提升質(zhì)量，縮短節(jié)拍。無(wú)論是單缸還是十二缸軸，還是不同尺寸的各類曲軸的粗精磨，JUCRANK都能輕松勝任，可加工長(zhǎng)度最長(zhǎng)4.8m 重量最重1000kg的工件。兩個(gè)砂輪頭架分別配有 Z軸與 X 軸，可以同時(shí)執(zhí)行不同的磨削工序。當(dāng)一個(gè)磨削主軸在磨削主軸頸時(shí)，另一個(gè)磨削主軸在X 軸方向跟蹤連桿軸頸運(yùn)動(dòng)軌跡做前后擺動(dòng)。
勇克可為砂輪頭架配備 B 軸，每個(gè)頭架可配備至多三個(gè)磨削主軸。這樣只需切換數(shù)控程序，JUCRANK可以完成不同的曲軸甚至凸輪軸的加工。
•加工范圍廣泛。勇克設(shè)備配備有擺動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。在磨削過(guò)程中，砂輪頭架在微米級(jí)別的精度范圍內(nèi)擺動(dòng)。窄砂輪的使用也進(jìn)一步造就了柔性生產(chǎn)。窄砂輪的優(yōu)勢(shì)：每個(gè)主軸頸和連桿軸頸都可以被磨削成各自不同的形狀，無(wú)論單個(gè)軸頸寬度是多少。不管是帶圓角還是沉割槽，新型磨削工序適用于所有常見(jiàn)的主軸頸和連桿軸頸形狀。
•學(xué)習(xí)功能確保形狀精確。由于外部干擾，例如溫度的變化、 材料不同和砂輪狀態(tài)的變化等，砂輪目標(biāo)和實(shí)際位置可能不盡相同。在磨削過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)比較磨削砂輪的實(shí)際位置和目標(biāo)位置，即便是最小的誤差也得到補(bǔ)償，以確保最高精度。
•特殊的冷卻液供給。CNC控制的冷卻液供給始終和連桿軸頸的運(yùn)動(dòng)保持著相同的距離。冷卻液始終精確作用于磨削區(qū)域，保證最佳冷卻效果。此外，機(jī)床還配備自動(dòng)沖洗單元，以免在砂輪上殘留切屑。
•自動(dòng)化。JUCRANK磨床可以通過(guò)手動(dòng)上下料。但它也配備了自動(dòng)上下料系統(tǒng)以及相應(yīng)的上下料工位。這樣，在操作工不在場(chǎng)的情況下它也能自主工作數(shù)小時(shí)。
３）曲軸主軸頸、連桿頸圓角滾壓機(jī)床
近年來(lái)，滾壓機(jī)床應(yīng)用越來(lái)越多，主要是為了提高曲軸的疲勞強(qiáng)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，球墨鑄鐵曲軸經(jīng)圓角滾壓后的曲軸壽命可提高120％～230％；鍛鋼曲軸經(jīng)圓角滾壓后壽命可提高70％～130％。滾壓的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來(lái)源于曲軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾壓頭中的滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而滾輪的壓力是由油缸實(shí)施的。滾壓力的大小直接影響到滾壓的效果。力大則在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)滾壓出規(guī)定的深度，但由于壓力過(guò)大，除了易使?jié)L壓輪破損外，更易使曲軸整體產(chǎn)生彎曲變形。為此，油缸的壓力是可變的、可調(diào)的，在曲軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的任一角度都可隨時(shí)變化，靠液壓伺服閥控制，實(shí)現(xiàn)脈沖滾壓。
在滾壓過(guò)程中，因滾壓輪薄、硬度高，在壓力作用下超過(guò)一定的時(shí)間會(huì)破損，因此，滾壓頭具有滾壓輪破損檢測(cè)報(bào)警功能。由于在滾壓過(guò)程中曲軸的高速旋轉(zhuǎn)，受滾壓力的作用及滾壓臂的隨動(dòng)負(fù)載的影響，盡管脈沖滾壓能保證曲軸在滾壓過(guò)程中的變形很小，但曲軸還是有變形存在。因此，滾壓機(jī)床采用了在線檢測(cè)技術(shù)，測(cè)頭可在任意位置對(duì)曲軸進(jìn)行彎曲變形檢測(cè)，若變形超差，確定變形方向，通過(guò)專家系統(tǒng)控制，使?jié)L壓油缸的力根據(jù)變形方向而變化，從而達(dá)到校直的目的，一般需19~21KN的校直力。在滾壓加工過(guò)程中，為了控制滾壓力的大小，在滾壓臂最易產(chǎn)生變形的位置安裝了一個(gè)應(yīng)變儀，通過(guò)滾壓臂受張力產(chǎn)生變形的大小，來(lái)監(jiān)控滾壓力，從而對(duì)壓力進(jìn)行控制。
４）曲軸油道孔數(shù)控鉆削機(jī)床
曲軸油道孔的加工經(jīng)歷了普通鉆床、組合機(jī)床、槍鉆等不同時(shí)代的不同的加工方法，而今已開(kāi)始采用數(shù)控柔性鉆床。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：（1）采用帶中孔的涂鈦硬質(zhì)合金鉆頭；（2）采用油氣通過(guò)鉆頭中孔對(duì)切削部位進(jìn)行潤(rùn)滑，其用油為菜子油，不含硫、硅、氯等成分，也不含石油成分，潤(rùn)滑效果好；（3）可同時(shí)加工兩根曲軸。（4）可自動(dòng)換刀；（5）油道孔加工角度在一定范圍內(nèi)可調(diào)；（6）實(shí)現(xiàn)6軸運(yùn)動(dòng)。即主軸運(yùn)動(dòng)，主軸頭擺動(dòng)；主軸頭前后移動(dòng)；主軸頭左右移動(dòng)（換刀和油道孔加工位置用）；主軸頭上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；被加工曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種鉆床，大大減少了切削液的使用量，而且提高了加工的柔性。
切削液的使用，在曲軸加工中也是需要關(guān)注的問(wèn)題，如何減少加工現(xiàn)場(chǎng)的油霧，一些專業(yè)的切削液廠家也提供了相應(yīng)的解決方案。
案例推薦３：切削液
某知名汽車零部件制造商在其曲軸生產(chǎn)線使用切削液的過(guò)程中，遇到設(shè)備的油霧收集系統(tǒng)出現(xiàn)油滴滲出現(xiàn)象，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，奎克推薦他們?cè)囉肣UAKERCOOL® 3502與來(lái)替代原有切削液產(chǎn)品。在試用了一段時(shí)間之后，奎克的QUAKERCOOL® 3502 在油霧的控制方面較其他比較產(chǎn)品效果明顯。
QUAKERCOOL® 3502提供了優(yōu)異的產(chǎn)品性能及生產(chǎn)效率，與客戶原使用產(chǎn)品相比，年產(chǎn)品費(fèi)用節(jié)省38%，與其他試用產(chǎn)品相比，年產(chǎn)品費(fèi)用節(jié)省45%。
５）曲軸法蘭孔加工
針對(duì)曲軸法蘭孔的加工。在鉆孔工序常采用整體硬質(zhì)合金階梯鉆，適合高精度鉆孔加工。攻絲常采用新型整體硬質(zhì)合金切削絲錐及擠壓絲錐，一般會(huì)采用針對(duì)不同材質(zhì)的加工特點(diǎn)而特別設(shè)計(jì)的絲錐。
在攻絲過(guò)程中經(jīng)常遇到絲錐的纏屑問(wèn)題，OSG提供了相應(yīng)的解決方案。
案例推薦４：絲錐
原本加工材料為QT700-2，客戶使用了M12X1的推薦鑄件用直槽絲錐，加工效果十分理想。但由于工藝更改，客戶將材料改為50號(hào)鋼這種鋼材，因?yàn)殇摷蠖疾贿m合用直槽絲錐進(jìn)行加工，螺旋槽絲錐以及刃傾角絲錐更為適宜。果不其然，在加工剛開(kāi)始就發(fā)生了纏屑問(wèn)題。考慮的新的加工環(huán)境和加工材料，OSG在不變更絲錐的前提下，將該絲錐前角處的涂層去除，保留其余部位的涂層。直槽絲錐的排屑方式一般是以分?jǐn)嗲行紴橹?，涂層雖然可以增大刀具自身剛性，但同時(shí)也會(huì)降低刀具與工件的摩擦系數(shù)，導(dǎo)致切屑纏繞。所以去除前角部的涂層可以有效提高直槽絲錐的斷屑能力。測(cè)試結(jié)果比客戶要求壽命還要高100臺(tái)工件，被客戶所認(rèn)可。