發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工過(guò)程中跳動(dòng)控制方法

梁雄榮

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西 柳州 545000

1 跳動(dòng)的定義

徑向跳動(dòng)是指被測(cè)回轉(zhuǎn)表面在同一橫剖面的表面上各點(diǎn)到基準(zhǔn)軸線間距離的最大變動(dòng)量。 曲軸彎曲變形直接表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果就是各軸的外圓相對(duì)主軸頸A1、A5或中心孔軸的線跳動(dòng)量較大。

圖1

2 跳動(dòng)原因分析及措施

2.1 夾具的影響

曲軸軸頸表面的加工，通過(guò)安裝在左右兩主軸上的頂尖夾緊曲軸中心孔進(jìn)行軸向定位，再通過(guò)卡爪夾緊法蘭端和芯軸端表面，驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行切削，因曲軸的剛性差，在加工中容易因切削力而變形，因此使用中心支架加以輔助。因此對(duì)跳動(dòng)分析時(shí)需要對(duì)這些因素進(jìn)行分析。

（1）主軸卡盤(pán)回轉(zhuǎn)中心不同心

所有夾具的安裝調(diào)試，是基于左右卡盤(pán)回轉(zhuǎn)軸線在同一直線上進(jìn)行的，回轉(zhuǎn)中心不同心，在曲軸頂尖頂緊、卡盤(pán)夾緊時(shí)，自定心精度功能將失去，出現(xiàn)工件一邊高一邊低的現(xiàn)象，夾緊時(shí)就會(huì)出現(xiàn)彈性變形，加速頂尖及卡爪的磨損。因此要控制左右兩軸的高度差在20um內(nèi)，以確保主軸回轉(zhuǎn)中心的同心度。

（2）中心頂尖跳動(dòng)大導(dǎo)致不同心

定位工件的頂尖和卡盤(pán)回轉(zhuǎn)軸線的同軸性決定了支承的精度，頂尖套和頂尖座的同軸度由軸孔配合決定，頂尖座和頂尖套磨損后，精密軸孔配合失效無(wú)法保證，受力時(shí)工件回轉(zhuǎn)中心偏離中心軸線較大，這種情況下加工出現(xiàn)跳動(dòng)較大情況，此時(shí)需要更換備件以確保機(jī)械部件的正常。當(dāng)機(jī)械部件正常的情況下，需要通過(guò)調(diào)整來(lái)獲得所要精度。調(diào)整到允許范圍內(nèi)，通常半精加工調(diào)整后的頂尖跳動(dòng)值為10un以下，而精加工則為1um～3um。見(jiàn)圖1。

（3）左右主軸卡盤(pán)

卡盤(pán)是機(jī)床上用來(lái)夾緊工件帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，曲軸在加工前以兩端中心頂尖頂緊定心，再用卡爪夾緊工件，若卡爪夾緊時(shí)與主軸中心不同軸，車削出來(lái)的工件就偏心，而在實(shí)際測(cè)量曲軸時(shí)是以中心孔為定位的，車出的曲軸偏心，測(cè)量出來(lái)的主軸頸跳動(dòng)肯定會(huì)超差。從卡爪的數(shù)量來(lái)分為兩爪卡盤(pán)，三爪卡盤(pán)，四爪卡盤(pán)。目前影響工件跳動(dòng)的主要是三爪卡盤(pán)和四爪卡盤(pán)。

三爪卡盤(pán)：內(nèi)部是通過(guò)三個(gè)液壓缸帶動(dòng)一個(gè)推桿機(jī)構(gòu)來(lái)推動(dòng)卡爪臂在萬(wàn)向節(jié)軸承上前進(jìn)和夾緊，理論上是能夠同步前進(jìn)到位夾緊工件的，當(dāng)出現(xiàn)活塞固定螺栓斷裂活塞前進(jìn)受阻或是萬(wàn)向節(jié)錯(cuò)位時(shí)，會(huì)導(dǎo)致某個(gè)卡爪臂前進(jìn)不到位，三個(gè)臂出現(xiàn)受力不均勻，從而將工件夾偏的情況出現(xiàn)；卡爪作為與工件直接接觸部分，長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)磨損不均勻的情況，從而將工件夾偏，因此在處理跳動(dòng)時(shí)需要將卡爪夾緊后的跳動(dòng)控制到20um以下為好。

四爪卡盤(pán)：在雙砂輪磨床上使用，兩對(duì)卡爪以90度相間對(duì)稱分布，分別由兩對(duì)液壓缸控制，內(nèi)部有一對(duì)液控單向閥，當(dāng)液壓油通過(guò)單向閥的流量不一樣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩組液壓缸進(jìn)給不同步，夾緊到位時(shí)會(huì)出現(xiàn)曲軸從中心孔滑出來(lái)的現(xiàn)象，曲軸中心孔定位出現(xiàn)偏移，磨削出現(xiàn)偏磨，從而導(dǎo)致粗加工磨不完，精加工時(shí)因余量不足產(chǎn)生跳動(dòng)，需要檢查液壓油路及卡盤(pán)內(nèi)部閥芯，清潔卡盤(pán)組件。在卡爪出現(xiàn)磨損不均的情況也會(huì)出現(xiàn)把工件夾偏，此時(shí)需要更換卡爪。

（4）中心支架輔助支承

中心支架支承在刀具作用點(diǎn)相近的位置，減少切削力作用下工件的彎曲變形，提高加工的精度。中心支架對(duì)工件跳動(dòng)的影響主要有兩種：夾緊中心與主軸旋轉(zhuǎn)中心不同軸、中心支架圓柱滾子軸承磨損。

抬高或拉低中心支架都會(huì)使得夾緊后的中心與主軸中心不同心，中心支架將工件的中心拉偏旋轉(zhuǎn)中心，工件受到切削力時(shí)得不有效的支撐而變彎，出現(xiàn)跳動(dòng)偏大。因此在粗加工階段，中心支架抬起度控制在10um，精加工中控制在抬起2um、推出8um左右，能夠有效的控制受力變形，獲得所需加工精度。

滾輪型中心支架，當(dāng)出現(xiàn)潤(rùn)滑不良導(dǎo)致異常磨損或是滾子被鐵泥卡住時(shí)，中心支架夾持工件時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)，加工不平穩(wěn)，繼續(xù)使用就會(huì)產(chǎn)生振紋或是工件壓傷，軸頸跳動(dòng)變大，此時(shí)需要疏通油路或是更換軸承。

2.2 工件中心孔的影響

曲軸中心孔作為各工序的加工基準(zhǔn)，對(duì)后工序曲軸加工跳動(dòng)的產(chǎn)生有重要的影響，主要有以下兩方面：

（1）中心孔圓度不好

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，當(dāng)中心孔圓度大于0.03時(shí)，磨削工位對(duì)主軸頸產(chǎn)生的跳動(dòng)增大較多，因此需要對(duì)圓度進(jìn)行控制。影響的要素有主軸的跳動(dòng)過(guò)大、絲杠反向間隙大、夾具不穩(wěn)定、刀具剛性不好、使用單刃加工等，要對(duì)各要素進(jìn)行控制，如使用雙刃刀代替單刃刀，加工時(shí)工件受力平衡，可以有效的控制中心孔的圓度。

（2）中心孔上有鐵屑

曲軸在加工過(guò)程中使用油霧和冷卻液，加工后會(huì)有鐵屑粘在中心孔上，在磨削時(shí)頂尖將鐵屑頂在中心孔上，使得定位面不能很好地跟頂尖貼合，受力時(shí)產(chǎn)生偏移，從而產(chǎn)生跳動(dòng)超差。通過(guò)在曲軸移動(dòng)過(guò)程中增加毛刷、吹氣、清洗水管裝置將鐵屑去掉。

2.3 滾壓校直對(duì)跳動(dòng)的影響

滾壓校直，經(jīng)過(guò)深滾壓后，由機(jī)床自帶的Marposs測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出工件的跳動(dòng)量，當(dāng)軸頸的跳動(dòng)值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，會(huì)通過(guò)RTC（實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)）計(jì)算出當(dāng)前最佳的校直方法，用適當(dāng)?shù)牧?duì)其中某一軸頸進(jìn)行校直，以降低工件的徑向跳動(dòng)。

（1）marposs測(cè)頭對(duì)校直的影響

滾壓后使用測(cè)頭對(duì)主軸頸的跳動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，如果小于設(shè)定的跳動(dòng)值，則完成滾壓；如果大于設(shè)定值，通過(guò)運(yùn)算比較后對(duì)某一個(gè)軸頸施加力進(jìn)行校直，然后重復(fù)測(cè)量，直到達(dá)到要求。如果測(cè)量的數(shù)值不準(zhǔn)確，在RTC判定后，判定錯(cuò)誤施加力對(duì)軸頸進(jìn)行校直，造成跳動(dòng)的累加變大。需要檢查測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高校直數(shù)據(jù)的可靠性。

（2）滾壓過(guò)程中滾壓力異常

過(guò)小的滾壓力使得工件達(dá)不得滾壓的效果，需要多次校直或無(wú)法校直；過(guò)大的滾壓力且方向不對(duì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)彎曲方向與原跳動(dòng)方向的疊加加大跳動(dòng)量，后工序加工時(shí)就會(huì)出現(xiàn)磨偏、跳動(dòng)大，因此需要定期地進(jìn)行滾壓力檢查校準(zhǔn)。

2.4 精車止推面工序?qū)μ鴦?dòng)的影響

止推面位于A3主軸頸的兩側(cè)位置，加工時(shí)曲軸受切削力，由于沒(méi)有中心支架進(jìn)行支撐，加工過(guò)程中受力產(chǎn)生變形，出現(xiàn)A2、A3、A4的跳動(dòng)變大?？赏ㄟ^(guò)減小止推面的加工余量，降低進(jìn)給速度來(lái)減小該工位造成的跳動(dòng)。

2.5 磨床磨削導(dǎo)致跳動(dòng)變大

（1）殘余應(yīng)力曲軸變形影響

曲軸在粗加工、熱處理后內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致曲軸彎曲變形，經(jīng)回火、滾壓校直后應(yīng)力得到了一定的釋放，但仍有較大的殘余應(yīng)力帶到了磨削工序中，在曲軸磨削的過(guò)程中，殘余應(yīng)力持續(xù)釋放導(dǎo)致曲軸變形而導(dǎo)致跳動(dòng)超差。

因此控制淬火、干切削變形，降低曲軸內(nèi)應(yīng)力是解決磨削后曲軸變形超差的根本措施。通過(guò)對(duì)感應(yīng)器有效圈改進(jìn)以及毛坯應(yīng)力的控制，解決曲軸淬火變形，降低曲軸的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而解決磨削后曲軸變形超差。在磨削工位，在粗磨結(jié)束后，通過(guò)松夾卡爪然后精磨，以此來(lái)釋放壓力，減少跳動(dòng)超差。對(duì)于熱脹冷縮和組織轉(zhuǎn)變，引起曲軸整體長(zhǎng)度變化，此時(shí)曲軸要可以自由伸縮，尾架頂緊力不能太大，否則跳動(dòng)超差就比較明顯了。

（2）磨偏對(duì)跳動(dòng)的影響

在磨削過(guò)程中，磨削力受到磨削余量的影響，當(dāng)來(lái)料的毛坯圓度不好、連桿頸相位不穩(wěn)定、中心孔圓度超差、或是有鐵屑粘在中心孔定位面上時(shí)，工件會(huì)往一個(gè)方向偏，磨削循環(huán)就會(huì)將工件磨偏，曲軸受力不均而彎曲，產(chǎn)生跳動(dòng)超差。因此需要控制好曲軸來(lái)料的各個(gè)尺寸公差、保證磨削時(shí)受力均勻。

3 主軸頸跳動(dòng)超差案例

2018.7.4 白班，生產(chǎn)線車車?yán)瓩C(jī)床加工出來(lái)的工件除A3外,其它主軸頸A1、A2、A4、A5的跳動(dòng)都超差，檢查發(fā)現(xiàn)三個(gè)卡爪伸出量不一致，原因?yàn)榈?個(gè)卡爪萬(wàn)向軸承外圈定位銷斷裂旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，外圈上的臺(tái)階卡到卡爪，使其伸出量減小，夾緊力達(dá)不到而夾偏。重新正確安裝后跳動(dòng)問(wèn)題得到解決。

4 結(jié)論

曲軸的加工工藝復(fù)雜多樣化，引起曲軸頸跳動(dòng)超差的因素多種多樣，需要根據(jù)曲軸的加工工藝及定位方式來(lái)進(jìn)行逐一排除，為了能夠快速查找到問(wèn)題的起因點(diǎn)，需要熟悉機(jī)床的夾具結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝步驟。以上是這些年來(lái)對(duì)故障處理后的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，同時(shí)還存在一些未明因素，需要繼續(xù)探討分析。