凸輪軸兩端法蘭孔的加工工藝改進(jìn)

聶申成 蓋延軍

摘要：凸輪軸是柴油機(jī)里的重要零件，功用是調(diào)整進(jìn)氣、排氣及供油量時(shí)間及大小。一般機(jī)型柴油機(jī)有左右2根凸輪軸，每根凸輪軸按氣缸的個(gè)數(shù)由多個(gè)單節(jié)、用法蘭和螺釘連接裝配而成。兩根凸輪軸分別安裝在機(jī)左右兩側(cè)的滑動(dòng)軸承中，兩各節(jié)段的連接處均有裝配時(shí)用的凸肩及法蘭以及定位銷孔，裝配時(shí)需精確調(diào)整各節(jié)凸輪軸段的相對(duì)位置以保證各個(gè)凸輪的正確相位，并用多個(gè)螺釘緊固。為了精確控制進(jìn)排氣及供油時(shí)間，凸輪軸的單個(gè)精度以及整體裝配精度偏差要求都非常高。

關(guān)鍵詞：凸輪軸；進(jìn)排氣；精度

1 引言

凸輪軸試制方案為，首先用測(cè)量頭找正A端基準(zhǔn)A，確定工件在XY方向零點(diǎn)，然后測(cè)量預(yù)置的基準(zhǔn)孔基準(zhǔn)E確定角度C方向零點(diǎn)。根據(jù)工藝，基準(zhǔn)孔在粗銑凸輪時(shí)加工出來(lái)以作為后續(xù)工序零點(diǎn)基準(zhǔn)。如圖2所示，工件零點(diǎn)確定。ΔX和ΔY分別為基準(zhǔn)圓A中心在機(jī)床坐標(biāo)系下X、 Y方向上偏差值。

找正完成后加工A端法蘭孔，掉頭，找正基圓B及A端基準(zhǔn)孔后加工完成B向法蘭孔。經(jīng)3坐標(biāo)計(jì)量法蘭孔后法蘭孔位置度嚴(yán)重超差。如圖3所示，圖表顯示的1～8法蘭孔位置度全部超差。分布范圍：0.12～0.14，超差量較大。在衡量孔中心相對(duì)基圓位置偏差數(shù)據(jù)y_corr和z_corr呈無(wú)規(guī)則分布，有的孔中心在Y方向偏差較大，有的孔在Z方向偏差較大。

加工出法蘭孔的位置精度嚴(yán)重不符合客戶圖紙要求。

2 位置度超差原因分析

分析工藝控制措施：ΔX和ΔY工件中心對(duì)機(jī)床中心偏差值由測(cè)量頭測(cè)得。測(cè)量頭的測(cè)量精度直接決定ΔX和ΔY的值以及角度基準(zhǔn)孔的偏差值。綜合分析凸輪軸法蘭孔位置精度超差產(chǎn)生的直接原因由測(cè)量偏差引起。

測(cè)量頭測(cè)量誤差分為兩部分：測(cè)量頭標(biāo)定誤差和測(cè)量方法引起的誤差。

凸輪軸法蘭孔位置精度超差產(chǎn)生的次要原因由缺乏數(shù)據(jù)補(bǔ)償引起，測(cè)量頭與實(shí)際加工刀具在使用時(shí)差異較大。測(cè)量頭靜態(tài)測(cè)量工件數(shù)據(jù)，不管如何接近實(shí)際數(shù)值始終存在一定的偏差值。在首件加工中由于編程過(guò)程缺乏對(duì)測(cè)量頭測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，也是造成位置度超差的原因之一。

3 工藝改進(jìn)措施

3.1 測(cè)量頭標(biāo)定誤差及消除

WFL車銑中心使用的馬波氏測(cè)量頭，測(cè)量頭作為測(cè)量工具，其本身與普通刀具類似，有準(zhǔn)確的刀具長(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償，并且需要用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的環(huán)規(guī)進(jìn)行標(biāo)定。WFL車銑中心使用的馬波氏測(cè)量頭如圖4所示。

通常馬波氏測(cè)量頭在使用時(shí)會(huì)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定過(guò)程中測(cè)量頭球頭進(jìn)入標(biāo)定環(huán)中，沿前后左右四個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的結(jié)果與標(biāo)定環(huán)直徑ΦD相比較并修正存儲(chǔ)于機(jī)床參數(shù)中。標(biāo)定程序?yàn)?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/07/07/qkimagescadccadc202102cadc20210224-7-l.jpg"/>

測(cè)量頭在幾何參數(shù)發(fā)生變動(dòng)以及長(zhǎng)時(shí)間未重復(fù)標(biāo)定情況均會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

測(cè)量頭標(biāo)定狀態(tài)與切削狀態(tài)保持一致，測(cè)量的結(jié)果才能更接近真實(shí)值。在凸輪軸加工中刀具中心與水平線平行，測(cè)量頭在測(cè)量時(shí)中心同樣與水平線平行，為更接近測(cè)量結(jié)果，測(cè)量頭就必須在水平方向標(biāo)定。

所以為了在工藝中降低測(cè)量頭標(biāo)定誤差可以采取如下措施。

1）測(cè)量頭定期進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定，每加工5支凸輪軸后均需進(jìn)行測(cè)量頭校準(zhǔn)。

2）測(cè)量頭標(biāo)定時(shí)必須與使用狀態(tài)一致。在加工凸輪軸時(shí)，采取水平方向標(biāo)定x1和y1坐標(biāo)軸，加工凸輪軸時(shí)采取水平方向標(biāo)定x1和y1坐標(biāo)軸如圖5所示。程序?yàn)?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/07/07/qkimagescadccadc202102cadc20210224-8-l.jpg"/>

3.2 測(cè)量方法引起誤差及消除

在加工首支凸輪軸時(shí)，通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)棒校核測(cè)量工件基準(zhǔn)A中心與測(cè)量頭測(cè)量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，測(cè)量頭測(cè)量結(jié)果存在一定的偏差。偏差存在的原因在于，測(cè)量頭球頭對(duì)中心有跳動(dòng)偏差。在測(cè)量基準(zhǔn)如圖6所示時(shí)，會(huì)有跳動(dòng)偏差引起測(cè)量偏差。

在如圖6所示測(cè)量凸臺(tái)基準(zhǔn)時(shí)，測(cè)量后端球頭a點(diǎn)接觸，測(cè)量前端球頭b點(diǎn)接觸，因?yàn)榍蝾^跳動(dòng)偏差，測(cè)量的結(jié)果會(huì)有相應(yīng)的偏差。

消除球頭跳動(dòng)偏差的措施可采取前后同一點(diǎn)接觸測(cè)量，即通過(guò)主軸的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。在測(cè)量前端時(shí)球頭b點(diǎn)接觸，在測(cè)后端時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)180°，仍然是球頭b點(diǎn)接觸，程序優(yōu)化為

3.3 引入經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償數(shù)據(jù)

在首件凸輪軸試制過(guò)程中，盡管使用測(cè)量頭測(cè)量出了基準(zhǔn)A對(duì)機(jī)床在直徑方向上的偏差值，但與計(jì)量結(jié)果存在明顯的差距。測(cè)量頭在標(biāo)定以及測(cè)量時(shí)均有一個(gè)設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值補(bǔ)償。在綜合計(jì)量了3支凸輪軸法蘭孔中心距偏差值后，在鉆孔加工前對(duì)測(cè)得的工件中心偏差值在X方向上預(yù)設(shè)經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償。

X1=93+GD[100]+0.02 Y1=0+GD[101] C1=0

在鉆孔初始定位中，半徑方向定位值為理論尺寸93+測(cè)量偏差值gd[100]+經(jīng)驗(yàn)值0.02，前后偏差值Y1定位值為理論0位+測(cè)量偏差值gd[101]。

3.4 增加反饋補(bǔ)償數(shù)據(jù)

4 工藝改進(jìn)效果

在采取針對(duì)性的工藝方法改進(jìn)后，加工后續(xù)的凸輪軸經(jīng)3坐標(biāo)批量測(cè)量結(jié)果證明改進(jìn)措施有效，法蘭孔的位置精度基本滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，在某次計(jì)量的18個(gè)孔中有17個(gè)孔的位置度完全小于公差要求，只有1個(gè)孔稍稍超出。在持續(xù)跟蹤中，所有的孔的位置度精度分布于0.02～0.04之間，得到客戶的認(rèn)可。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)凸輪軸法蘭孔的加工工藝優(yōu)化措施，同樣可以應(yīng)用到其他高要求法蘭孔的加工工藝中，無(wú)論是曲軸還是凸輪軸，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量卓有成效。