生產過程中曲軸連桿頸磨偏解決方案

覃華，郭海生

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州，545007）

生產過程中曲軸連桿頸磨偏解決方案

覃華，郭海生

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州，545007）

高質量、高效率、低成本一直是上汽通用五菱柳州發(fā)動機工廠的運行目標。然而，機加工曲軸線發(fā)生多起因OP80工件磨偏，導致批量質量出現問題，造成曲軸線工廢率偏高。本文分析了機床加工原理以及曲軸加工工序工藝，研究了他們之間的相互影響，提出了更改OP30和OP60加工工藝、更改曲軸線OP60工裝夾緊方式以及對OP80定位銷進行了優(yōu)化設計的改進措施。實踐證明：改進后由磨偏造成的報廢率降為零。

磨床；連桿頸；磨偏；相位角；定位銷；防錯

引言

本文通過對OP80磨床加工原理、磨削過程、動作步驟及磨床定位銷的材料、壽命，尺寸進行分析，找出造成工件磨偏的因素有：OP30、OP60加工工藝、OP60工藝孔相位角尺寸、定位銷的形狀、定位銷壽命。對以上五個影響逐個進行剖解，分析各因素對工件磨削都有何影響，以及產生的原因。對各種因素制定相應措施：（1） 更改OP30加工工藝；（2）更改OP60工裝夾緊定位方式；（3） 更改定位銷形狀；（4） 對OP80相位角進行實時監(jiān)控。通過措施的有效實施，解決OP80磨床加工時磨偏工件問題。

1 曲軸線工藝與磨床工作原理

曲軸線精磨連桿頸工序采用美國產LANDIS數控雙砂輪磨床加工。如圖1所示，工藝步驟如下：上料——芯軸側中心向前推——右側法蘭端工藝孔驅動銷插入工藝孔——工件中心架伸出支撐工件——開始磨削。其中，工藝孔由上工序OP60進行加工（工藝要求為30°±0.25°），故工藝孔的尺寸穩(wěn)定性直接影響到OP80的加工狀態(tài)。

圖1　曲軸線的工藝流程

2 磨床加工磨偏機理分析

針對磨偏現象，曲軸線攻關小組根據質量問題發(fā)生時進行了統(tǒng)計。統(tǒng)計發(fā)現造成相位角超差有兩種狀態(tài)［1］：（1） 機床定位銷無問題，實驗室檢測工件相位角超差工件磨偏。（2） OP80磨床定位銷斷裂，造成定位不準，工件磨偏。根據這兩種狀態(tài)，從兩方面著手：（1） 上道工序的涉及定位夾緊工藝尺寸的影響；（2） OP80本工位機床自身的定位的原因。最后得出造成工件磨偏的分析結果。

2.1上道工序的作用因素

涉及連桿頸加工的工序有OP30銑連桿頸和溝槽工位（粗加工連桿頸）、OP60加工工藝孔、六個螺栓孔和兩個中心孔（加工OP80定位用的工藝孔）。經數據統(tǒng)計和實驗數據分析發(fā)現存在以下三個問題：

（1） OP30粗加工連桿頸的相位角不穩(wěn)定OP30加工相位角不超差，變化比較大，變化范圍達到0.27°（公差要求±0.217°）（如圖2所示）。

圖2　連桿頸的相位角不穩(wěn)定

（2） OP60加工法蘭端銷孔的圓周定位基準為工藝小平面，而OP80精磨連桿頸的圓周定位基準面為法蘭面工藝銷孔，粗加工與精加工不能形成互為基準，造成誤差的累積，導致連桿頸精磨時的加工余量不均勻（如圖3所示） 。

（3） OP60加工不穩(wěn)定。由于OP60加工銷孔的定位基準與OP30是同一個定位面，所以OP30的0.27°的加工誤差直接累積到OP60加工的相位角中，經測量OP60夾具的定位誤差經測量為0.13°，所以OP60反映出來的加工誤差為0.4°，造成定位誤差的原因是：夾緊點距離軸心太近，導致夾緊時扭矩不夠，造成定位不準（如圖4所示）。

圖3　連桿頸精磨時加工余量不均勻

圖4　試驗件相位角測量曲線

2.2OP80工序的作用影響

（1）工件在各個工序之間的傳遞采用機械手來完成，OP80定位銷采用的是開口銷樣式（如圖5所示），壽命和強度不足。如果工件在傳遞過程中，因為工序間氣動托盤卡死，氣缸憋氣作用下會存在較大沖擊，引起工件的軸向定位變化較大，當機械手把工件放入機床的時候，工件法蘭端會與定位銷發(fā)生干涉，造成定位銷被撞彎、撞斷。機床目前沒有防錯功能，即使驅動銷斷裂也會繼續(xù)加工造成工件磨偏［2，3］。

（2）定位銷的壽命：定位銷接觸面與工件工藝孔接觸久了會造成定位銷磨損，造成定位不準，工件磨偏，需要定期更換。

圖5　當前使用的開口銷樣式

3 磨偏改進措施

針對以上原因分析結果，攻關小組針對性地采取相關改進措施［4，5］。

3.1OP30加工工藝改進

針對OP30加工的連桿頸相位角不穩(wěn)定問題，攻關小組對OP30工藝進行了更改，只控制各連桿頸之間的相位角，對于連桿頸相對于小平面的相位不進行控制，而是通過更改OP60的工藝來避免。

3.2OP60加工工藝改進

（1）更改OP60的定位塊定位基準，由小定位塊定位改成由第一連桿頸定位加工銷孔，如圖6和圖7所示。

圖6　改進前的定位基準

圖7　改進后的定位基準

（2） 定位原件改造（如圖8和圖9所示）。

圖8　定位原件改造機械圖

圖9　定位原件改造實物

（3）夾緊機構的改進（如圖10、圖11和圖12所示）。

圖10　改造前的夾具

圖11　改造后的夾具

圖12　改造夾具機械圖

3.3 OP80機床改進

（1）OP80定位銷斷銷防錯，改進后增加了防錯功能，當定位銷發(fā)生斷裂時，機床會報警，停止加工（如圖13和圖14所示）。

圖13 無斷銷防錯的機械手（改造前）

圖14 增加檢測傳感器（改造后）

（2）定位銷的改進（如圖15和圖16所示）。

圖15　開口銷（改造前）

圖16　實心銷（改造后）

（3）定位銷由開口銷改成實心銷。強度增加的同時，如果工件法蘭端與定位銷發(fā)生干涉，定位銷整體斷掉，而非改進前開口銷上下兩部分可能只有一半斷裂的的情況，保證了斷銷防錯的有效性。

3.4定位銷壽命監(jiān)控

OP80相位角工藝要求是控制在30°±0.25°，經統(tǒng)計發(fā)現：當銷子加工出來的相位角在30°±0.1°范圍之內是最穩(wěn)定狀態(tài)，在30°±0.12°之外銷子磨損速度加快，容易造成相位角超差，所以曲軸線增加了OP80相位角監(jiān)控系統(tǒng)，當相位角超過30°±0.1°則預警，需停機檢查銷子有無問題：達到±0.12°，則更換新的定位銷。

4 結束語

針對磨偏問題分析得知，由于OP30加工相位角不穩(wěn)定，加上OP60與OP80定位基準選定不合理，工藝上各工序的加工誤差累積是造成問題的根源，解決類似問題的最好辦法是，從工藝上的優(yōu)化，減少各工序加工的累積誤差，通過工藝上的更改，重新設計機床定位基準改造機床夾具，能夠長久有效地解決這類問題。

實踐證明：首先改進后由磨偏造成的報廢率降為零，FTQ提升到98%；其次降低了成本，減少了1%的產品報廢率，以年產350000臺來計算，共節(jié)約：

350000×1%×121（每臺報廢成本）－240（夾具更改費用）=423 260（元）

效益非常可觀。

［1］胡勁松， 李佳， 張和平. 曲軸連桿頸的磨削加工［J］. 汽車與配件，2013（10）: 26-28.

［2］秦文偉. 車削加工表面振紋的成因及對策分析［J］. 現代機械，2015（4）: 86-88.

［3］張國江. 磨削曲軸產生振紋的原因與對策［J］. 現代制造技術與裝備， 2002（3）: 11-12.

［4］宿航毅. 曲軸連桿頸及過渡圓角磨削不良的解決方案［J］. 現代零部件， 2011（7）: 50-53.

［5］張新志. 曲軸主軸頸連桿頸磨削振紋的解決方案［J］. 汽車與配件， 2012（37）: 39-40.

覃華（1985-），男，本科，廣西來賓人，工程師，現于上汽通用五菱汽車股份有限公司，主要從事現場質量控制工藝優(yōu)化的工作。

郭海生（1981-），男，大專，廣西興安人，現于上汽通用五菱汽車股份有限公司，主要從事生產現場質量控制和設備效率提升的工作。

Solution of Crankshaft Connecting Rod Neck Grinding in Production Process

Hua Qin， Haisheng Guo（SAIC GM Wuling Auto Co.，Ltd.， Liuzhou， Guangxi， 545007， China）

In order to achieve high quality， high efficiency， low cost of running the target， problem of high waste rate must be solved. For machining curved axis occur resulting OP80 workpiece grinding partial batch quality problems， caused by the curved axis and reject rate is high， this paper analyzes the interaction process between the machining principle and crankshaft machining process， change OP30，OP60 processing technology， change the crankshaft line OP60 assembling and clamping way， to optimize the design of OP80 positioning pin. Also， increase the OP80 machine broken pin lock error and phase angle of the function of real-time monitoring. The whole scheme solved the problem of machining and grinding workpiece.

Rod Neck Grinding； Phase Angle； Grinding Machine； Positioning Pin； Error Proofing

U463.6

A

2095-8412 （2016） 04-624-04

工業(yè)技術創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.011