高效智能化的曲軸油道孔加工中心

■ 神龍汽車有限公司 （湖北襄陽 441004） 葉宗茂 劉雪松

高級工程師 葉宗茂

發(fā)動機曲軸油道孔加工經(jīng)歷了槍鉆自動線加工時代，加工工藝采用復(fù)合刀具進(jìn)行工序分散加工，刀具壽命短，油道孔位置精度難以保證，嚴(yán)重困擾著曲軸生產(chǎn)線的節(jié)拍和效率，是曲軸生產(chǎn)線的瓶頸工序。其后又經(jīng)歷了油道孔臥式加工中心時代，雖然油道孔加工精度、加工效率得到了保證，但單機生產(chǎn)節(jié)拍78s，仍然較低，1條20萬產(chǎn)能的曲軸生產(chǎn)線至少需要兩臺加工中心才能滿足產(chǎn)能要求，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)線布局，增加了生產(chǎn)線投資和產(chǎn)出費用。近年來西班牙ETXE-TAR公司在滿足用戶需求的同時，基于豐富的經(jīng)驗和強大的研發(fā)能力，開發(fā)出高效節(jié)能的曲軸油道孔加工中心，如圖1所示，生產(chǎn)節(jié)拍為78s/3支，一經(jīng)推出，就受到了國內(nèi)外汽車及發(fā)動機制造企業(yè)的廣泛關(guān)注，并被使用。

圖1 布置在曲軸生產(chǎn)線的ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心

1. ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心結(jié)構(gòu)和性能

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心采用西門子840Dsl系統(tǒng)，油孔鉆采用MQL微量潤滑，滲透能力強，潤滑效果好，加工效率高，1次可同時加工3支曲軸全部油道孔加工內(nèi)容，如圖2所示，20萬支年產(chǎn)能的曲軸生產(chǎn)線僅需要配備1臺ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心。ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心為用戶提供了具備復(fù)合柔性、產(chǎn)量高效可靠、節(jié)能環(huán)保和最佳工藝條件下的高水平曲軸油道孔加工解決方案。

圖2 1次加工3支曲軸

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心軸坐標(biāo)系如圖3所示，設(shè)計有直線軸X、Y、Z，如圖4所示，旋轉(zhuǎn)軸A、B、Q，以及主軸SP11、SP12、SP13；其中A軸為夾具的旋轉(zhuǎn)控制軸，如圖5所示，控制零件徑向旋轉(zhuǎn)角度，通過1個伺服電動機、3個蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)和兩個聯(lián)軸器實現(xiàn)，程序中編輯設(shè)定1個A軸旋轉(zhuǎn)角度，保證3件曲軸的徑向旋轉(zhuǎn)角度同步，同時每個主軸也可以單獨控制轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向；Q軸是刀庫使用的軸，換刀時1次更換3把相同的刀具，保證每個主軸裝載相同的刀具；B軸旋轉(zhuǎn)便于曲軸上下料及零件軸向加工位置的調(diào)整，實現(xiàn)1次上料同時加工3支曲軸。

2. 采用ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)

圖3 ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心軸坐標(biāo)系

圖4 加工中心X、Y、Z直線軸系

圖5 加工中心旋轉(zhuǎn)控制軸

ETXE-TAR機床通過ARTIS系統(tǒng)監(jiān)控刀具破損、刀具不存在及刀具磨損等刀具狀態(tài)，避免因前一把刀具破損導(dǎo)致更多刀具破損。當(dāng)修改加工參數(shù)、加工程序或更換刀具種類時，系統(tǒng)可以通過自學(xué)習(xí)建立新的報警極限值。自學(xué)習(xí)的過程是加工11件以上的零件，通過這11個過程的曲線建立新的極限報警值，系統(tǒng)會在每次運行循環(huán)后變得更智能化，零件返修時關(guān)閉刀具監(jiān)控。

ARTIS刀具監(jiān)控系統(tǒng)自動確定了所有限制和參數(shù)，如果警報無原因的經(jīng)常出現(xiàn)，可添加表1所示的額外條目，操作者必須在對表1中所列參數(shù)做出任何改變之前，檢查該刀具。

表1 刀具監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控影響

3. 模塊化的NC加工程序編輯模式

ETXE-TAR機床加工程序模塊化編程，使用多個子程序進(jìn)行調(diào)用。主程序中調(diào)用回原點程序、熱機程序、加工順序定義程序和刀具選擇程序等子程序；加工順序定義子程序中調(diào)用沖洗程序、工件尺寸定義程序、坐標(biāo)系框架程序和預(yù)鉆、鉆、去毛刺和倒角等子程序；具體調(diào)動邏輯見表2，各工步的加工順序更改可以在加工順序定義程序中進(jìn)行修改，修改時只需要更改各工步子程序名前后順序。

如在鉆孔子程序內(nèi)通過程序段“ORDER[1]=SET（6,7,1,2,3）”定義各孔的加工順序，“6,7,1,2,3”是油孔編號。用SET指令給數(shù)組ORDER[1]—ORDER[5]分別賦值“6,7,1,2,3”，再通過“for”循環(huán)5次即可加工這5個孔。更改SET（6,7,1,2,3）中編號順序即更改了加工順序。

這種模塊化子程序調(diào)用的編程模式方便工藝人員進(jìn)行程序修改，修改時工作量很小，也不容易出錯。避免了程序的誤修改帶來的撞機等碰撞干涉。

表2 模塊化的NC程序邏輯

4. 應(yīng)用實踐

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心2013年6月在公司動力總成工廠曲軸L6線投入使用，7年來僅出現(xiàn)過1次質(zhì)量問題：A軸回轉(zhuǎn)間隙過大導(dǎo)致鉆孔打刀。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單直觀，維修人員迅速查找到了故障原因：A軸的驅(qū)動是由伺服電動機驅(qū)動蝸桿，再通過蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到A軸的旋轉(zhuǎn)運動。蝸輪蝸桿通過齒嚙合，這就必定有一定的間隙，機床要求間隙＜0.01mm。3套夾具之間通過聯(lián)軸器聯(lián)接，聯(lián)軸器的嚴(yán)重磨損加大了A軸回轉(zhuǎn)間隙，使預(yù)鉆和鉆孔A軸實際定位不一致，導(dǎo)致鉆孔時打刀。及時更換了易損件，設(shè)備恢復(fù)正常。

5. 結(jié)語

隨著中國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，市場競爭日益激烈，尤其是發(fā)動機制造企業(yè)間的競爭尤為突出，各大企業(yè)紛紛采用新技術(shù)、新設(shè)備來提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本。新型曲軸油道孔加工中心的使用，提高了效率，降低了設(shè)備故障率，方便操作，因其加工的曲軸油道孔質(zhì)量可靠、管理成本低，從而提高了企業(yè)的競爭力。