M8260AX3000型曲軸磨床數(shù)控改造

吳成武

作者通聯(lián)：中國石油集團濟柴動力總廠再制造事業(yè)部 河北青縣 062658

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一、存在的問題

船用曲軸再制造工程是以廢舊曲軸為原材料，應(yīng)用先進的表面工程技術(shù)和現(xiàn)代加工制造技術(shù)對曲軸失效部位進行修復(fù)，使其具有和新曲軸一樣的質(zhì)量和性能。M8260AX3000型曲軸磨床（以下簡稱曲軸磨床）主要用于磨削曲軸的曲柄頸和主軸頸，可加工最大回轉(zhuǎn)直徑600mm、長3000mm的大型發(fā)動機曲軸。曲軸磨床在使用中主要存在以下問題：①頭架電機采用普通交流電機，無法實現(xiàn)變速，導(dǎo)致曲軸初始轉(zhuǎn)速過高，影響曲軸的初始裝夾位置。②采用機械裝置顯示進給量，無法準(zhǔn)確測量因進給機構(gòu)磨損導(dǎo)致的傳動誤差，影響磨削精度。③磨床裝夾定位機構(gòu)采用雙頂尖定位方式，無法滿足再制造曲軸的快速裝夾和偏心調(diào)整需要。

為此改造曲軸磨床，提高加工精度，以滿足鐵基合金鍍鐵再制造曲軸的精確磨削需要，實現(xiàn)大型船用發(fā)動機曲軸磨削過程的自動控制。

二、改造實施

1.進給控制系統(tǒng)

對曲軸磨床進給系統(tǒng)進行數(shù)控改造，采用國產(chǎn)安邦信AM100系列變頻器調(diào)節(jié)頭架電機轉(zhuǎn)速，使得大型發(fā)動機曲軸的磨削速度可從零緩慢平穩(wěn)增至所需轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)曲軸工件的軟啟動。變頻器還可實現(xiàn)電機無級調(diào)速，避免正在加工的曲軸零件在啟動瞬間發(fā)生跑車，偏離預(yù)先裝夾工位，減小磨削過程中的振動。

在磨床砂輪進給的絲桿螺母機構(gòu)的進給導(dǎo)軌位置加裝國產(chǎn)萬濠WTB300系列精密光柵尺和數(shù)顯系統(tǒng)，可直觀、精確顯示砂輪進給量，避免手輪進給造成的磨削誤差。改造后的曲軸磨床控制系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

在連續(xù)修整及磨削過程中，磨床砂輪直徑不斷減小，即砂輪與工件的距離在不斷加大，因此對曲軸每一個主軸頸磨削時，都必須對砂輪進給軸進行補償[1]。以曲軸主軸頸中心點作為工件坐標(biāo)系原點，在磨削加工前，預(yù)設(shè)砂輪終點位置值。在曲軸磨削加工過程中，每次曲軸軸頸磨到尺寸，利用光柵尺記錄當(dāng)前砂輪進給軸的實測值，并與預(yù)先設(shè)定砂輪終點位置值比較，從而計算出砂輪磨損量。下一次磨削過程中，人工手動對砂輪終點預(yù)設(shè)值進行補償，然后將砂輪工作坐標(biāo)置0，從而修正砂輪磨損造成的曲軸磨削加工誤差（圖2）。

2.機械系統(tǒng)

一部分再制造曲軸在服役期間，其主軸頸發(fā)生偏心，此時若仍采用曲軸兩端的頂尖孔進行定位，則會導(dǎo)致主軸頸在磨削過程中產(chǎn)生磨削量偏差。現(xiàn)將曲軸磨床頭、尾架的頂尖定位方式改為兩個四爪單動卡盤裝夾定位（圖3）。改造后可同時實現(xiàn)曲軸偏心調(diào)整及夾緊，避免重新設(shè)計多種尺寸的曲軸調(diào)整盤，縮短了曲軸再制造工期。通過特制連接盤將選定的Φ500mm四爪單動卡盤固定在磨床頭架、尾架撥盤法蘭上，使用時可單獨調(diào)整四個夾緊爪各自的位置將曲軸待磨軸頸回轉(zhuǎn)中心與機床主軸回轉(zhuǎn)中心調(diào)至同軸。將現(xiàn)用白剛玉砂輪更換為棕白混砂輪，可同時滿足鋼軸、球鐵軸和鍍鐵層的磨削要求。

圖3 曲軸磨床頭、尾架定位方式

三、改造效果

對改造后磨床進行性能測試，磨削試件曲軸任意兩個同方向的曲拐，檢查圓度、兩個曲拐的同軸度和直線度、R弧和外圓部位的粗糙度均達到再制造曲軸檢驗標(biāo)準(zhǔn)。定位夾緊和偏心調(diào)整機構(gòu)實際使用后準(zhǔn)確可靠，砂輪架進給軸定位誤差大幅降低，配合高精度光柵數(shù)顯系統(tǒng)，加工誤差＜0.025mm（改造前≥0.15mm），完全滿足曲軸精磨的精度要求。對曲軸磨床進行為期半年的使用檢驗，磨床砂輪進給控制系統(tǒng)、頭架驅(qū)動系統(tǒng)和機械系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，故障率明顯降低。由于改造后不必制作大量不同規(guī)格的曲軸定位調(diào)整平盤，加工效率大幅提高，如改造前裝夾定位一根12V190曲軸需要約2.5～3h，現(xiàn)在可縮短至1h以內(nèi)。

1 楊 松等.一汽大眾AF180曲軸磨床數(shù)控系統(tǒng)的改造[J].機電工程技術(shù)，2009（ 6）W13.02-28