淺談線鏜刀在缸體曲軸孔加工的應(yīng)用

銀佳和

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件之一，其加工質(zhì)量直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。而缸體曲軸孔的加工質(zhì)量直接影響著曲軸的裝配，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況、排放及其性能有著緊密的關(guān)系。曲軸孔加工工藝一般經(jīng)粗加工、主軸承蓋安裝、精鏜和珩磨等工藝后最終達(dá)到圖樣要求。生產(chǎn)實(shí)踐表明，生產(chǎn)過(guò)程中采用浮動(dòng)鉸珩的工藝主要提升了孔的形狀公差等級(jí)，對(duì)位置公差基本無(wú)影響[1]。因此曲軸孔精鏜對(duì)其最終位置度起到了關(guān)鍵性作用，缸體曲軸孔使用線鏜刀加工相對(duì)于長(zhǎng)短鏜刀加工，具有更高的線性位置度，便于調(diào)整監(jiān)控。在機(jī)床參數(shù)滿足要求前提下，線鏜刀加工方案關(guān)鍵在于主軸與導(dǎo)向套的同軸度控制。

本文主要介紹了線鏜刀的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及工藝過(guò)程，對(duì)曲軸孔位置度的影響，以及三種線鏜刀應(yīng)用故障和解決方法。

1 線鏜刀結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 線鏜刀結(jié)構(gòu)

以直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)五檔曲軸孔鏜孔為例，線鏜刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該線鏜刀的刀片為一列，半精鏜刀片和精鏜刀片各5片，刀片對(duì)立側(cè)開(kāi)有刀具導(dǎo)向鍵槽。每檔曲軸孔都有一一對(duì)應(yīng)的半精鏜及精鏜刀片加工，半精鏜刀片與精鏜刀片之間的間距一致。保證各檔曲軸孔同時(shí)半精鏜后繼續(xù)同時(shí)精鏜，使各檔曲軸孔具有很高的線性位置度。當(dāng)曲軸孔位置度過(guò)程能力變差，各檔曲軸孔位置度傾斜時(shí)能夠快速調(diào)整，操作便捷。如果不是使用線鏜刀而是使用長(zhǎng)短鏜刀對(duì)各檔曲軸孔加工，很難保證各檔曲軸孔位置度一致性，不利于后續(xù)調(diào)整。

圖1 線鏜刀結(jié)構(gòu)

1.2 線鏜刀工作原理

線鏜刀進(jìn)刀裝配圖如圖2所示。線鏜刀相對(duì)于曲軸孔偏心進(jìn)刀，直至每檔半精鏜刀片在相對(duì)應(yīng)曲軸孔之前。此時(shí)遠(yuǎn)離主軸的精鏜刀片已經(jīng)伸進(jìn)刀具導(dǎo)向套中，需要在導(dǎo)向套上開(kāi)一個(gè)讓刀槽，及一個(gè)與刀具導(dǎo)向鍵槽配合的導(dǎo)向鍵。主軸啟動(dòng)，帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，刀具通過(guò)導(dǎo)向鍵使導(dǎo)向套同步轉(zhuǎn)動(dòng)，有效避免精鏜刀片撞到導(dǎo)向套上。線鏜刀退刀式加工，各檔同時(shí)半精鏜后同時(shí)精鏜，退刀至線鏜刀完全脫離缸體，導(dǎo)向套軸承定向自鎖，收刀，完成一次加工循環(huán)。

圖2 線鏜刀進(jìn)刀裝配圖

2 線鏜刀加工工藝過(guò)程

如圖3所示，線鏜刀對(duì)曲軸孔加工過(guò)程有以下幾個(gè)步驟：

（1）員工將待加工工件推進(jìn)機(jī)床到位（或機(jī)器人上料），工件通過(guò)一面兩銷定位；

（2）托盤帶動(dòng)工件上升；

（3）線鏜刀定向偏心（相對(duì)于曲軸孔），與導(dǎo)向套軸承同心進(jìn)刀；

（4）托盤帶動(dòng)工件下降至與線鏜刀同心；

（5）夾具夾緊工件；

（6）主軸啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，退刀式加工曲軸孔，五檔曲軸孔先同時(shí)半精鏜，再同時(shí)精鏜，退刀至線鏜刀完全脫離缸體；

（7）導(dǎo)向套軸承定向自鎖，保證讓刀槽朝上，導(dǎo)向鍵豎直朝下；

（8）收刀。

圖3 線鏜刀加工過(guò)程

3 線鏜刀對(duì)加工曲軸孔位置度的影響

3.1 線鏜刀提高各檔曲軸孔位置度過(guò)程能力

使用線鏜刀精鏜缸體曲軸孔前后，各檔曲軸孔位置度單向距離一個(gè)月數(shù)據(jù)收集對(duì)比如圖4所示。使用前各檔曲軸孔位置度過(guò)程能力差，單向距離波動(dòng)較大，成非線性狀態(tài)。使用線鏜刀后，各檔曲軸孔位置度過(guò)程能力提升明顯，單向距離波動(dòng)小，成線性狀態(tài)，且同時(shí)跳動(dòng)，便于調(diào)整控制。

3.2 線鏜刀減少曲軸孔毛刺產(chǎn)生

如圖5（a）所示，使用傳統(tǒng)長(zhǎng)短鏜刀加工工藝容易在曲軸孔處翻邊產(chǎn)生毛刺，工件通過(guò)清洗機(jī)沖洗不掉，但在裝配曲軸時(shí)，毛刺被磕碰掉到曲軸孔及曲軸腔內(nèi)，容易導(dǎo)致曲軸抱死引起清潔度問(wèn)題。如圖5（b）所示，線鏜刀工藝能很好的解決毛刺問(wèn)題，使毛刺更少更小，便于去除，且不易掉落。

圖5 缸體各檔曲軸孔使用線鏜刀前后翻邊毛刺對(duì)比

4 線鏜刀應(yīng)用問(wèn)題及解決方法

4.1 導(dǎo)向套上導(dǎo)向鍵被沖擊變形導(dǎo)致頻繁崩刀問(wèn)題

進(jìn)刀時(shí)，刀具導(dǎo)向槽與導(dǎo)向鍵之間有一定的間隙，約為2 mm，如圖6（a）所示。當(dāng)主軸帶動(dòng)刀具按加工轉(zhuǎn)速啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具導(dǎo)向槽會(huì)對(duì)導(dǎo)向鍵產(chǎn)生很大的瞬時(shí)沖擊力，使導(dǎo)向鍵疲勞變形，如圖6（b）所示，刀片與讓刀槽壁安全距離變短。當(dāng)導(dǎo)向鍵疲勞變形達(dá)到一定程度時(shí)，伸進(jìn)導(dǎo)向套的精鏜刀片撞到讓刀壁上，導(dǎo)致崩刀，如圖6（c）所示。

圖6 崩刀圖示

2016年11月份，夜班精加工線旁50件抽檢，曲軸孔#901直徑偏小，其他曲軸孔直徑正常，換刀加工，發(fā)現(xiàn)刀具加工#901孔精加工刀片崩刃。換刀首件，測(cè)量#901直徑同樣超下差，檢查發(fā)現(xiàn)刀具同一位置又崩刃。在驗(yàn)證設(shè)備過(guò)程中，累計(jì)6把刀具崩刀，且為同一位置。

崩刀的主要原因有兩點(diǎn)：一是導(dǎo)向鍵強(qiáng)度不夠，需更換強(qiáng)度更高的導(dǎo)向鍵；二是主軸啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)速度太快，可通過(guò)降低主軸啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)速度，以降低刀具導(dǎo)向槽對(duì)導(dǎo)向鍵的沖擊力。主軸先加速到6 r/min旋轉(zhuǎn)0.2 s確保刀具導(dǎo)向槽與導(dǎo)向鍵貼合后，再提速到550 r/min的旋轉(zhuǎn)速度加工曲軸孔。

4.2 曲軸孔位置度單向距離兩側(cè)傾斜問(wèn)題

2017年5月份，查看精加工抽檢Q-Das數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)曲軸孔#902-#904位置度過(guò)程能力好，#901、#905位置度過(guò)程能力較低，主要表現(xiàn)為單向距離傾斜。如圖7所示，#901-#905曲軸孔位置度單向距離傾斜時(shí)，應(yīng)先檢查是否為定位面不平引起，再考慮主軸與導(dǎo)向套同軸度問(wèn)題。如果定位面不平問(wèn)題調(diào)整定位面即可。如果是主軸與導(dǎo)向套同軸度超差引起，不能通過(guò)直接程序坐標(biāo)值補(bǔ)償。應(yīng)該先檢查主軸與導(dǎo)向套圓心偏移量，將主軸與導(dǎo)向套同軸度調(diào)整到公差以內(nèi)，避免主軸與導(dǎo)向套同軸度超差導(dǎo)致刀具進(jìn)刀困難，或者進(jìn)刀后憋住導(dǎo)致導(dǎo)向套軸承和主軸受到過(guò)大偏向力加快磨損。將主軸與導(dǎo)向套同軸度調(diào)整到公差以內(nèi)，此時(shí)各檔曲軸孔位置度單向距離在同一水平面上。再根據(jù)加工測(cè)量位置度單向距離實(shí)際整體偏移中值情況，通過(guò)調(diào)整定位面或者定位銷整體調(diào)回中值。

圖7 曲軸孔位置度單向距離傾斜圖示

4.3 曲軸孔位置度單向距離單側(cè)波動(dòng)大問(wèn)題

2017年8月開(kāi)始，精鏜曲軸孔#905位置度波動(dòng)大，OP190B Marposs測(cè)量，存在單個(gè)工件的曲軸孔位置度傾斜過(guò)大報(bào)警。如圖8所示，#901-#905曲軸孔位置度單向距離單側(cè)波動(dòng)大時(shí)，應(yīng)先檢查是否為波動(dòng)大側(cè)夾具夾緊力不足或者夾緊頭磨損問(wèn)題，再考慮主軸與導(dǎo)向套同軸度問(wèn)題。如果是波動(dòng)大側(cè)夾具夾緊力不足或者夾緊頭磨損問(wèn)題直接調(diào)整夾具即可。如果是主軸與導(dǎo)向套同軸度超差引起靠近主軸端波動(dòng)大，調(diào)整方式參考曲軸孔位置度單向距離傾斜調(diào)整方案[2-3]。

圖8 曲軸孔位置度單向距離單側(cè)波動(dòng)大圖示

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹精鏜缸體曲軸孔的線鏜刀基本結(jié)構(gòu)、工作原理及工藝過(guò)程，對(duì)缸體曲軸孔位置度及減少翻邊毛刺有很大的改善，以及三種線鏜刀應(yīng)用故障和解決方法。對(duì)精鏜曲軸孔的加工過(guò)程能力能夠有效監(jiān)控，便于對(duì)后續(xù)加工過(guò)程能力提升，快速調(diào)整。這種結(jié)構(gòu)線鏜刀應(yīng)用廣泛，可直接安裝在柔性線CNC中，主要對(duì)缸體曲軸孔、凸輪軸孔等并列較長(zhǎng)且不連續(xù)，加工質(zhì)量要求高的軸孔加工。

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