首臺(tái)數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床研究*

王 虹 王順江

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司研發(fā)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

中國(guó)造船業(yè)從2004 年占世界造船13%。到目前造船位居世界第二，80%曲軸需要進(jìn)口。而國(guó)外對(duì)我國(guó)限制出口、供貨期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了我國(guó)造船業(yè)的發(fā)展。由于大型船用曲軸具有重量大、精度要求高、制造工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，其所需的成套加工設(shè)備制造難度極大。國(guó)際上只有德國(guó)掌握成套設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。我國(guó)尚屬空白，所需設(shè)備全部依賴進(jìn)口。后來(lái)日本、中國(guó)、捷克先后研制出加工曲軸機(jī)床。我國(guó)研制的數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床技術(shù)優(yōu)于日本、捷克。

數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床是2009 年國(guó)家科技重大專項(xiàng)研究課題，2010 年底試車成功。目前在武漢鑄鍛重工有限責(zé)任公司、青島海西曲軸生產(chǎn)基地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)3 年，狀況良好。圖1 是加工出來(lái)的萬(wàn)噸巨輪上用合格成品曲軸。

圖1 成品曲軸

該機(jī)床主要完成萬(wàn)匹馬力以上船舶用柴油機(jī)半組合曲軸熱裝后的整體加工。曲軸精度要求:圓度為0.025 mm，粗糙度Ra為0.4 μm。該機(jī)床的最大特點(diǎn)是在一臺(tái)機(jī)床上完成主軸頸、法蘭和曲拐頸(見圖2)的精加工，刀具采用成形寬刀刃切削，粗糙度可達(dá)Ra0.4 mm以內(nèi)。主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平(見表1)。

圖2 曲軸示意圖

表1 國(guó)內(nèi)外對(duì)比

1 主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 CWT100X120/120L-MC

轉(zhuǎn)盤內(nèi)孔直徑為1 m，最大工件重量為120 t，最大工件長(zhǎng)度為12 m，最小開檔距為138 mm，切削主軸頸直徑范圍為380～630 mm，切削曲拐頸直徑范圍為380～620 mm，C 軸分度精度為±0.002°。

主要用于S35MC、L35MC、S42MC、S46MC、L46MC和S50MC-C 等型號(hào)曲軸加工。

1.2 CWT130 ×145/180L-MC

轉(zhuǎn)盤內(nèi)孔直徑為1.3 m，最大工件重量為180 t，最大工件長(zhǎng)度為14.5 m，最小開檔距為160 mm，切削主軸頸直徑范圍為500～910 mm，切削曲拐頸直徑范圍為500～910 mm，C 軸分度精度為±0.002°。

主要用于S50MC、S60MC、S60MC-C、S70MC、S70MC-C、6K80MC-C 等型號(hào)曲軸加工。

2 機(jī)床結(jié)構(gòu)

機(jī)床主要由床身、主軸箱、卡盤、尾座、車削刀架、旋風(fēng)刀架、液壓系統(tǒng)、電氣與數(shù)控系統(tǒng)及行車等組成，見圖3。

該機(jī)床的控制采用SIEMENS 840D 數(shù)控系統(tǒng)，共有5 個(gè)進(jìn)給軸、2 個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。

2.1 床身

床身分工件床身和刀架床身，中心架和尾座在工件床身上移動(dòng)，車削刀架、旋風(fēng)刀架在刀架床身上移動(dòng)。

圖3 機(jī)床結(jié)構(gòu)

2.2 車削刀架

車削刀架主要用于完成主軸頸、發(fā)蘭的精加工，具有自動(dòng)拉刀、自動(dòng)鎖緊、吸振功能滑板式車削刀架結(jié)構(gòu)，刀具采用彈性成形寬刀刃加工技術(shù)。

2.3 旋風(fēng)刀架

旋風(fēng)刀架主要用于完成曲拐頸精加工，是數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床的核心部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多項(xiàng)新技術(shù)新工藝填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白;實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開合、自動(dòng)拉刀、自動(dòng)鎖緊、刀盤定向停功能。保證了曲軸大偏心拐頸的加工精度及穩(wěn)定性。

2.4 主軸箱

主軸箱用于驅(qū)動(dòng)曲軸回轉(zhuǎn)加工主軸頸及法蘭，加工曲拐頸時(shí)的C 軸精確分度，同時(shí)帶有雙電動(dòng)機(jī)偏載自動(dòng)平衡功能。

2.5 卡盤

卡盤卡持工件及回轉(zhuǎn)用，雖然卡盤卡持力很大但卡爪截面很小，是彈性卡爪。

2.6 中心架

中心架不但支撐工件，而且大型柴油機(jī)曲軸是由多個(gè)曲柄和主軸紅套組裝而成的，因此曲軸各主軸頸同軸度偏差較大，在工件加工前，找正困難，研制出具有自動(dòng)調(diào)整、補(bǔ)償主軸頸偏心功能的隨動(dòng)裝置，保證曲軸平穩(wěn)的圍繞機(jī)床主軸軸心線旋轉(zhuǎn)，并解決了曲軸自身?yè)隙葐?wèn)題。

2.7 尾座

尾座在此機(jī)床中只起到操作者安裝工件時(shí)校準(zhǔn)的作用，尾座主軸為測(cè)量主軸，安裝在精密軸承上，針盤指示器通過(guò)手輪沿曲軸的端部旋轉(zhuǎn)，直到曲軸端面的跳動(dòng)達(dá)到最小值時(shí)，才可以調(diào)整中心架。

2.8 行車

行車為中心架準(zhǔn)備的輔助工具，由于機(jī)床中心高在2 m 以上，為便于中心架及工件調(diào)整，在機(jī)床前側(cè)裝有電動(dòng)行車，操作人員可通過(guò)行車從一個(gè)中心架到任意一個(gè)中心架上工作。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)數(shù)控重型曲軸銑車復(fù)合加工機(jī)床各部件功能介紹歸納為:

(1)主軸箱雙電動(dòng)機(jī)偏載自動(dòng)平衡技術(shù)、減振功能的滑板式車削刀架、隨動(dòng)中心架、卡盤彈性卡爪和成形寬刀刃刀具是滿足大型柴油機(jī)曲軸主軸頸加工的特殊需求。

(2)主軸箱C 軸精確分度，開合式分體旋風(fēng)刀架，卡盤彈性卡爪，成形寬刀刃刀具是滿足大型柴油機(jī)曲軸拐頸加工的特殊需求。

以上兩點(diǎn)是保證曲軸表面粗糙度值達(dá)到Ra0.4 μm 以內(nèi)的必要條件，是其它車削機(jī)床難以實(shí)現(xiàn)的。

［1］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè):上下冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.