曲軸孔的加工質(zhì)量對發(fā)動機(jī)的工作性能具有重大的影響，所以對發(fā)動機(jī)曲軸孔工藝的要求一般比較嚴(yán)格，包括直徑、位置度、圓度、同軸度、各檔曲軸孔中心的直線度及表面粗糙度等。

要實(shí)現(xiàn)這些要求苛刻的工藝指標(biāo)，曲軸精加工一般采用專機(jī)線鏜或鉸珩兩種加工方式。

為了降低投資，實(shí)現(xiàn)三、四缸發(fā)動機(jī)的共線生產(chǎn)，考慮在某型號缸體曲軸孔精加工取消鉸珩，采用加工中心線鏜加工工藝，實(shí)現(xiàn)機(jī)床內(nèi)機(jī)械手自動調(diào)刀，質(zhì)量得到可靠的保證。該曲軸孔整個加工工藝流程為：半圓孔粗加工→瓦蓋合裝后的兩次半精加工→精加工，所有工序都在加工中心上完成。

曲軸孔粗加工

1 曲軸孔粗加工夾具

曲軸孔粗加工夾具如圖1所示，本工序選擇缸體瓦蓋結(jié)合面和缸孔來定位，以保證缸孔的加工余量均勻及缸孔與結(jié)合面的垂直度。

工件進(jìn)入夾具后，導(dǎo)軌下降，缸體瓦蓋結(jié)合面落在定位支撐上，而后自定心結(jié)構(gòu)下降到指定位置，通過四個缸孔定位，自定心結(jié)構(gòu)定位后中心在同一直線上。定位完成后，油缸開始動作并壓緊缸體。若缸體定位氣密檢測通過，機(jī)床便開始運(yùn)行加工程序；若氣密檢測報(bào)警，則需重定位夾緊。

2曲軸孔粗加工刀具

曲軸孔粗鏜刀如圖2所示，刀片分為3組，每組3片，粗加工后曲軸孔留下單邊0．85 mm的余量。

粗鏜刀最初使用R0．4刀片，刀具壽命太短，而且加工后的曲軸孔粗糙度較高。經(jīng)改進(jìn)，換用R0．8刀片，試用后粗糙度有明顯改善，壽命也有很大提高。

3 曲軸孔粗加工流程

主軸夾緊刀具→刀具進(jìn)入曲軸孔→鏜刀與曲軸孔同軸→粗鏜3、4、5檔（第一組刀片鏜第3檔、第二組鏜第4檔、第三組鏜第5檔）→刀具退出→夾具旋轉(zhuǎn)180°→刀具進(jìn)入曲軸孔→鏜刀與曲軸孔同軸→粗鏜1、2檔（第一組刀片鏜第2檔、第二組鏜第1檔）→刀具退出，加工過程如圖3所示。

曲軸孔線鏜方案分析

在大批量生產(chǎn)中，用專機(jī)線鏜曲軸孔是常見的加工工藝。用CNC替代專機(jī)，其難點(diǎn)有兩個：

1）夾具設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，工序內(nèi)要實(shí)現(xiàn)工件的上升和再次夾緊動作；

2）此工藝是否能滿足曲軸孔的表面粗糙度及孔位、孔徑，孔的圓度、同軸度的過程能力CPK≥1．33或CP≥1．33的質(zhì)量要求。

夾具的上升與下降可以通過PLC控制系統(tǒng)與油缸等機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)，但設(shè)計(jì)要保證工件的定位精度。曲軸孔位的精度，由于缸孔未精加工，僅需考慮曲軸孔與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的加工誤差。影響因素為工件的定位誤差、設(shè)備的定位與重復(fù)定位的誤差，托盤的定位與重復(fù)定位誤差。

再考慮到實(shí)際加工刀具的受力情況及原點(diǎn)定位的系統(tǒng)偏差，則加工后工件的位置均值保證在0．05的偏差范圍內(nèi)則可保證工序能力CPK≥1．33。

曲軸線鏜孔夾具設(shè)計(jì)

曲軸孔精加工夾具如圖4所示，該工序選擇缸體底面及底面兩銷孔來定位。工件進(jìn)入夾具后，支撐導(dǎo)軌動作，缸體下降到定位支撐處，圓銷與菱銷上升進(jìn)入定位銷孔，油缸開始動作并夾緊缸體，待缸體定位氣密檢測通過后，機(jī)床開始運(yùn)行加工程序。

加工曲軸孔時，在鏜刀進(jìn)入曲軸孔前，夾具油缸動作，夾爪松開，支撐導(dǎo)軌動作，缸體上升2．38 mm，待上升氣密檢測通過后，鏜刀偏心進(jìn)入，鏜刀定位后，缸體恢復(fù)至初始夾緊狀態(tài)。加工結(jié)束后，之前動作重復(fù)一次，鏜刀偏心退出。

上升氣密裝置如圖5所示，在實(shí)際加工中，該氣孔容易進(jìn)入鐵屑，造成氣密檢測報(bào)警，影響缸體線正常生產(chǎn)。為了解決這個問題，臨時措施是經(jīng)常用水槍沖洗氣孔面，后期對夾具進(jìn)行改造，改造后的氣密檢測裝置如圖6所示。該氣密檢測位于裝置內(nèi)部，鐵屑無法進(jìn)入，類似的報(bào)警問題將不會再出現(xiàn)。

導(dǎo)套是運(yùn)用于發(fā)動機(jī)曲軸孔加工的一個精密機(jī)床部件。滾動導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)、精度、安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)及與之相配的直線鏜桿的精度、直線鏜桿與滾動導(dǎo)套的配合間隙等將直接影響所加工的曲軸孔的粗糙度、圓柱度、同軸度。本夾具使用GATCO精密滾動導(dǎo)套，由靜止外套、與鏜桿一起旋轉(zhuǎn)的淬硬并經(jīng)過磨削的內(nèi)套、精密軸承、密封件組成。

導(dǎo)套在夾具上的安裝定位方式采用導(dǎo)套外徑定位，與夾具定位孔的配合選用間隙配合，這樣可以避免軸承外圈因溫度升高而膨脹影響滾動導(dǎo)套回轉(zhuǎn)精度和壽命，一般要求滾動導(dǎo)套外徑與夾具定位孔的內(nèi)徑至少留有0．008mm的間隙。

曲軸孔線鏜刀具方案

1 線鏜刀

曲軸孔線鏜刀通過刀桿頭部的導(dǎo)向鍵與導(dǎo)套實(shí)現(xiàn)固定聯(lián)接，刀桿材質(zhì)為重金屬，在刀桿上分布著五組半精鏜刀片和精鏜刀片，如圖7所示。

第二次半精鏜留下單邊0．05～0．06的余量。其中每個精鏜單元都可以單獨(dú)調(diào)整，調(diào)整精度在直徑方向能達(dá)到0．002 mm，保證極好的孔徑公差。刀片磨損后在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輸入孔徑數(shù)據(jù)，可通過自動補(bǔ)償機(jī)械手調(diào)節(jié)精調(diào)單元，調(diào)整刀尖高度。自動補(bǔ)償機(jī)械手卡爪上帶有金剛石涂層，具有防滑效果。

2 自動補(bǔ)償裝置

說明：“Y”表示本次刀具自動補(bǔ)償成功，“N”表示本次刀具自動補(bǔ)償不成功，試驗(yàn)前1檔表讀數(shù)為100，2檔表讀數(shù)為98，3檔表讀數(shù)為99，4檔表讀數(shù)為99，5檔表讀數(shù)為95。

在使用過程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)械手調(diào)刀的準(zhǔn)確性、可靠性不能滿足要求。為驗(yàn)證機(jī)械手自動調(diào)整性能，我們做了調(diào)刀試驗(yàn)。

試驗(yàn)方案為：

1）試驗(yàn)前記錄每檔刀片高度；

2）通過機(jī)械手自動調(diào)刀機(jī)構(gòu)將孔徑調(diào)大或調(diào)小2～6 μm；

3）自動調(diào)刀后，測量并記錄各檔刀片高度（表1），看其是否變化及其變化量。

從表1可知，機(jī)械手自動調(diào)刀不成功率為65％。對精鏜單元依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，經(jīng)過多次驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的精鏜單元通過機(jī)械手調(diào)整的數(shù)值比實(shí)際輸入值小2μm， 按照此規(guī)律，目前已能用機(jī)械手自動調(diào)刀。

曲軸孔線鏜加工流程

主軸夾緊刀具→刀具進(jìn)入曲軸孔→刀頭進(jìn)入導(dǎo)向套→夾具托盤下降→夾緊工件→鏜刀與曲軸孔同軸→半精鏜曲軸孔（五檔同步）→精鏜曲軸孔（拉鏜順序：5檔→2檔→3檔→4檔→1檔）→夾具放松→工件上升→鏜刀退出，加工過程如圖8所示。

經(jīng)過機(jī)床與刀具的多次實(shí)驗(yàn)調(diào)整，第1檔與第2檔的各項(xiàng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，達(dá)到Cpk≥1．33的要求，如圖9選取第1檔的直徑數(shù)據(jù)。

對線鏜夾具的設(shè)計(jì)、刀具進(jìn)行改進(jìn)之后，實(shí)現(xiàn)了多品種共線的生產(chǎn)模式，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，中、小批量生產(chǎn)質(zhì)量較為穩(wěn)定。鑒于缸體曲軸孔的重要性，在實(shí)際生產(chǎn)過程中還需對曲軸孔的粗、精加工進(jìn)行緊密跟蹤，通過不斷摸索與改進(jìn)，使其達(dá)到最佳狀態(tài)。