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曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，在發(fā)動機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、表面強化及動平衡等要求都十分嚴(yán)格。如果其中任何一個環(huán)節(jié)質(zhì)量沒有得到保證，則可嚴(yán)重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。
目前，在汽車發(fā)動機關(guān)鍵零部件加工中，缸體、缸蓋柔性加工自動線的進(jìn)程和水平均略高一籌。在許多人看來，似乎缸體、缸蓋是發(fā)動機最關(guān)鍵的零件，許多機床制造商把大部分精力都用于此。其實，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)控滾壓機床、數(shù)控外銑機床、數(shù)控車?yán)瓩C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)備可見一斑。
曲軸加工工藝及柔性線總體布局
機床數(shù)控化以來，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)動機曲軸生產(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，但現(xiàn)已日趨柔性化，加工不同規(guī)格的曲軸，只要將機床做一些調(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，而支路使用桁架機械手空中輸送。采用了桁架機械手，加大了輸送速度和準(zhǔn)確性，輸送位置通過控制程序而隨意改動，進(jìn)而才使得主干路交替輸送的實現(xiàn)。在每個支路上，桁架機械手將上一段主干路輸送過來的曲軸抓到支路所在的機床上進(jìn)行加工，加工后再將曲軸抓放到檢測工位檢測，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)控外銑機床，采用了模塊化設(shè)計，使外銑數(shù)控機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，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，機床整個切削系統(tǒng)中控制了間隙環(huán)節(jié)，降低了加工過程中因運動間隙產(chǎn)生的振動，從而提高了加工精度和刀具的的使用壽命。
外銑機床可由兩個外銑刀盤組成，刀盤在做主運動切削的同時還可以上下擺動，從而適應(yīng)于加工連桿頸的需要。此時，曲軸轉(zhuǎn)動，連桿頸繞主軸頸中心轉(zhuǎn)動，銑刀盤隨連桿頸旋轉(zhuǎn)而上下擺動，實現(xiàn)隨動切削。由于兩銑削頭可沿著主軸軸心線移動，從而完成對曲軸每個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
•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
•ISO標(biāo)準(zhǔn)刀片和定制設(shè)計的完美平衡，滿足客戶的要求和最經(jīng)濟的方案
•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），磨削連桿軸頸的實現(xiàn)方式是通過CNC控制砂輪的進(jìn)給和工件回轉(zhuǎn)運動兩軸聯(lián)動，來完成曲軸加工進(jìn)給。跟蹤磨削法采用一次裝夾、在一臺數(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擺動跟蹤磨床提供多功能方案，通過一次裝夾完成曲軸整體磨削。機床配備新型組件，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，可加工長度最長4.8m 重量最重1000kg的工件。兩個砂輪頭架分別配有 Z軸與 X 軸，可以同時執(zhí)行不同的磨削工序。當(dāng)一個磨削主軸在磨削主軸頸時，另一個磨削主軸在X 軸方向跟蹤連桿軸頸運動軌跡做前后擺動。
勇克可為砂輪頭架配備 B 軸，每個頭架可配備至多三個磨削主軸。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)備配備有擺動軸，實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。在磨削過程中，砂輪頭架在微米級別的精度范圍內(nèi)擺動。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：每個主軸頸和連桿軸頸都可以被磨削成各自不同的形狀，無論單個軸頸寬度是多少。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)和實際位置可能不盡相同。在磨削過程中，控制系統(tǒng)會比較磨削砂輪的實際位置和目標(biāo)位置，即便是最小的誤差也得到補償，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動保持著相同的距離。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，機床還配備自動沖洗單元，以免在砂輪上殘留切屑。
•自動化。JUCRANK磨床可以通過手動上下料。但它也配備了自動上下料系統(tǒng)以及相應(yīng)的上下料工位。這樣，在操作工不在場的情況下它也能自主工作數(shù)小時。
３）曲軸主軸頸、連桿頸圓角滾壓機床
近年來，滾壓機床應(yīng)用越來越多，主要是為了提高曲軸的疲勞強度。據(jù)統(tǒng)計資料表明，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)動力來源于曲軸的旋轉(zhuǎn)，帶動滾壓頭中的滾輪轉(zhuǎn)動，而滾輪的壓力是由油缸實施的。滾壓力的大小直接影響到滾壓的效果。力大則在短時間內(nèi)就會滾壓出規(guī)定的深度，但由于壓力過大，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)過程中的任一角度都可隨時變化，靠液壓伺服閥控制，實現(xiàn)脈沖滾壓。
在滾壓過程中，因滾壓輪薄、硬度高，在壓力作用下超過一定的時間會破損，因此，滾壓頭具有滾壓輪破損檢測報警功能。由于在滾壓過程中曲軸的高速旋轉(zhuǎn)，受滾壓力的作用及滾壓臂的隨動負(fù)載的影響，盡管脈沖滾壓能保證曲軸在滾壓過程中的變形很小，但曲軸還是有變形存在。因此，滾壓機床采用了在線檢測技術(shù)，測頭可在任意位置對曲軸進(jìn)行彎曲變形檢測，若變形超差，確定變形方向，通過專家系統(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應(yīng)變儀，通過滾壓臂受張力產(chǎn)生變形的大小，來監(jiān)控滾壓力，從而對壓力進(jìn)行控制。
４）曲軸油道孔數(shù)控鉆削機床
曲軸油道孔的加工經(jīng)歷了普通鉆床、組合機床、槍鉆等不同時代的不同的加工方法，而今已開始采用數(shù)控柔性鉆床。其結(jié)構(gòu)特點如下：（1）采用帶中孔的涂鈦硬質(zhì)合金鉆頭；（2）采用油氣通過鉆頭中孔對切削部位進(jìn)行潤滑，其用油為菜子油，不含硫、硅、氯等成分，也不含石油成分，潤滑效果好；（3）可同時加工兩根曲軸。（4）可自動換刀；（5）油道孔加工角度在一定范圍內(nèi)可調(diào)；（6）實現(xiàn)6軸運動。即主軸運動，主軸頭擺動；主軸頭前后移動；主軸頭左右移動（換刀和油道孔加工位置用）；主軸頭上下進(jìn)給運動；被加工曲軸的轉(zhuǎn)動。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)注的問題，如何減少加工現(xiàn)場的油霧，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，奎克推薦他們試用QUAKERCOOL® 3502與來替代原有切削液產(chǎn)品。在試用了一段時間之后，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)品費用節(jié)省38%，與其他試用產(chǎn)品相比，年產(chǎn)品費用節(jié)省45%。
５）曲軸法蘭孔加工
針對曲軸法蘭孔的加工。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，一般會采用針對不同材質(zhì)的加工特點而特別設(shè)計的絲錐。
在攻絲過程中經(jīng)常遇到絲錐的纏屑問題，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號鋼這種鋼材，因為鋼件大都不適合用直槽絲錐進(jìn)行加工，螺旋槽絲錐以及刃傾角絲錐更為適宜。果不其然，在加工剛開始就發(fā)生了纏屑問題。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)嗲行紴橹鳎繉与m然可以增大刀具自身剛性，但同時也會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。測試結(jié)果比客戶要求壽命還要高100臺工件，被客戶所認(rèn)可。