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加工中心展開式鏜刀加工曲軸（zhóu）孔的應用研究

2019-7-22 來（lái）源：上汽通用汽（qì）車（chē）有限公司作者：呂昆侖

摘要：介紹了曲軸孔加（jiā）工（gōng）工藝，論（lùn）述了加工中心展開式鏜刀加工曲軸孔的應（yīng）用。這（zhè）一應（yīng）用可以實現曲（qǔ）軸孔加工的自動換刀與直徑自動補償（cháng），加（jiā）工工序集中，提升了生產線（xiàn）的加工效率。

關鍵詞：加工中心鏜刀曲軸孔應用

曲軸孔作為（wéi）發動機缸體的重要孔係和設計及定位基準，其加工（gōng）質量直接影響發動機的裝配精度及整體運轉性能。曲軸孔的形狀精度、位置精度要求高（gāo），生產（chǎn）中經常需要對曲軸孔加工工藝進行研究和改進，以提升加工質量和加工效率，滿足當前各動力總成（chéng）機加工企業對產品質量、加工效率、智能化及柔性化生（shēng）產越（yuè）來越高的要求。

1 、曲軸孔加工工藝的選擇

曲軸瓦蓋（gài）合（hé）蓋前或上下缸體（tǐ）合蓋前，對曲軸半圓孔進行粗加工，主要作用是去除多餘毛坯（pī）硬皮（pí）和（hé）加工餘量。曲軸瓦蓋合蓋後或上下缸體合蓋後，對曲軸孔進行整體式半精加工和精加工，以（yǐ）確保曲（qǔ）軸孔的形狀精度和位置（zhì）精度等達到要求。

為（wéi）保證（zhèng）曲軸孔的形位精（jīng）度（dù），上汽通用汽車動力總成機加工生產線（xiàn）傳統上（shàng）在專用機床上使用組合式鏜刀進行半精（jīng）鏜和精鏜加工，每組刀片（piàn）對應相應的加工位置和加工餘量。在曲軸孔鏜刀遠端導（dǎo）向杆處進行導向和（hé）支撐（chēng），以保證曲軸孔加工（gōng）的形位精（jīng）度。

曲軸孔鏜刀（dāo）通過偏（piān）心進刀和退刀，避免曲軸孔鏜刀刀片磕碰曲軸孔。由於鏜刀不具備脹刀功能，因此這一加工方案一般（bān）無法通過加工中心來（lái）實現，無法加工缸體上其它特征，加工柔性化較（jiào）差。

加工中心采用掉頭鏜孔的方式（shì）進行曲軸（zhóu）孔加工，曲軸孔鏜刀懸伸較長（zhǎng），且曲軸孔孔長一般大於 300mm，因此采用兩頭（tóu）鏜進的加工方案。由於鏜杆（gǎn）呈懸臂狀態，懸伸較長，剛性和（hé）強度較差，易引起振動，因此難以保證（zhèng）被鏜曲軸孔的尺（chǐ）寸精度和形位精度。基於以上情況，上汽通用汽車隻（zhī）在曲軸孔粗鏜加工時利用加工中心進行曲軸孔掉（diào）頭鏜加工。可見，在專用機床上（shàng）用鏜（táng）刀加工曲軸（zhóu）孔或在加工中心上（shàng）掉（diào）頭（tóu）鏜曲軸孔，由於存在各種局限性，已經無法滿足當前先進製造企業對生產（chǎn）線高效率、柔性化、智能化（huà）的需求。

於是（shì），采用帶推拉杆的加工中心展開式鏜（táng）刀加工曲軸孔，逐步被越來越多的先進製造企業所關注（zhù）、研究和應用（yòng）。

2 、帶推拉杆的展開（kāi）式曲軸孔鏜刀應用

帶推拉杆（gǎn）的展開式曲軸孔鏜刀（dāo），具有收刀、脹刀加工（gōng）、自動（dòng）換刀及直徑自動補償（cháng）等功能。以上汽通用汽車某（mǒu）發動機缸體曲軸孔的加工（gōng）為例，對采用帶推（tuī）拉杆的加工中心展開（kāi）式（shì）曲軸孔鏜刀應用進行分析（xī），通過刀具（jù）推拉杆的軸向移動，實現半精鏜刀片和精鏜刀片的徑向收刀、脹刀，以及直徑方（fāng）向刀具補償等功能。

刀具（jù）半精加工檔，刀夾（jiá）號為 1.1～1.4，直徑為 48.655 mm。精加工檔（dàng），刀夾號（hào）為 2.1～2.4，直徑為48.815 mm。半精鏜和精鏜（táng）直徑可以通過機床控製程序進（jìn）行精確補償，

保證加工的穩定性和高效（xiào）率。

2.1 刀具推拉杆位置

如圖 1、圖 2 所示，以某具有脹刀功能的曲軸孔（kǒng）鏜刀為（wéi）例，對刀具推拉杆位（wèi）置進行說明。

（1）換刀位置。推拉杆基準距離 HSK 刀柄端麵32±0.005 mm。

（2）正常加工位置。推拉杆基（jī）準距（jù）離 HSK 刀柄端麵 56 mm。

（3）補償極（jí）限位置。

推拉杆基準距離 HSK 刀柄端麵 59 mm。

楔塊的傾斜角度為 3.575°，刀具推拉杆從啟（qǐ）動加工位置至加工位置（zhì）的軸向位移量為 20 mm，徑向脹（zhàng）刀量為 1.25 mm。刀具推拉杆從（cóng）換刀位置至加工位置的軸向位移量為 24 mm，徑向脹刀（dāo）量（liàng）為 1.5 mm。刀具（jù）推拉（lā）杆從加工（gōng）位置至徑向補償（cháng）最大位置處的軸向位移量（liàng）為 3mm，徑（jìng）向（xiàng）位移（yí）量（liàng）為（wéi） 0.188 mm。刀具推拉杆（gǎn）的軸向位移量是通過控製主軸推拉杆的軸向位移量來（lái）實（shí）現的。

2.2 曲軸孔半精鏜（táng）、精鏜前後（hòu）刀片距離孔壁間隙（xì）

在展開式曲軸孔鏜刀處（chù）於收刀狀態下，半精鏜刀片至孔壁間隙，鏜前尺寸為 0.795 mm，鏜後尺寸為0.63 mm。精鏜刀片至（zhì）孔壁間隙，鏜前尺寸為 1.41 mm，鏜後尺寸為 1.25 mm。可見（jiàn），鏜前進（jìn）刀過（guò）程中（zhōng）半精鏜刀片和精鏜刀片不會有磕碰（pèng）孔壁的情況發生，為采用加工中心進行曲（qǔ）軸孔鏜削加工並在鏜刀（dāo）導向端支撐創造（zào）了條件。

2.3 展開式（shì）曲軸孔（kǒng）鏜刀脹刀原理

加工中心主軸推（tuī）拉杆與刀具推拉杆連接，通過控製主軸推拉杆往返位移來實現刀具推拉杆的錐（zhuī）度楔塊驅動頂銷作徑向（xiàng）移動，頂銷頂起刀夾。同時（shí），夾通過（guò）刀夾旋轉軸壓縮複位彈簧，實現刀片的徑向（xiàng）脹刀和直徑補償。

主軸推（tuī）拉杆向前移動，帶動刀具推拉杆向前移動（dòng），彈簧使刀夾複位。刀片徑向收刀到位，在收刀狀態下實現無切削進刀和退刀。主軸推拉杆將刀具推拉（lā）杆推至換刀位置，加工中心實現自動（dòng）換刀。

圖 3、圖（tú） 4 所（suǒ）示（shì）分別為脹開式鏜刀結構和脹開式刀具工作原理。

2.4 換刀結構

展開式曲（qǔ）軸孔鏜（táng）刀通（tōng）過刀（dāo）具推拉杆與主軸推拉杆連接，主軸推拉杆帶動刀具推拉杆在換刀位置旋轉（zhuǎn）90°進行換刀。主軸推拉杆末端和刀具推拉杆（gǎn）前端通過鍵與鍵（jiàn）槽連接並固（gù）定，以保證連接的（de）穩定性。同時，這（zhè）一刀具采用內冷方式冷卻，可以保證刀具冷卻的（de）充分性。

圖 5 所示為展開式（shì）曲軸（zhóu）孔鏜刀末端結構，圖 6 所示為刀具推拉杆末端結構。

2.5 主軸換刀原理

由於展開式曲軸孔鏜刀具（jù）有脹刀功能（néng），因此對加工中（zhōng）心主軸（zhóu）結（jié）構也有（yǒu）特殊要求，方可滿足展開式曲軸孔鏜刀的換刀需求。

主軸推（tuī）拉杆與刀具推拉杆結構如圖 7 所示。在（zài）加工狀態下，主軸推拉杆鍵（jiàn）槽和主軸齧（niè）合鍵齧合，主軸推拉杆帶動刀具與主軸同步旋轉。收刀狀態下，主軸推拉（lā）杆向前移動至加工收刀位（wèi）置，主軸推拉杆與殼體固定零件（jiàn）齧合，主軸推拉杆相對於殼體固定零件（jiàn）保持靜止。

主軸換刀（dāo）時，刀具推拉杆（gǎn）和主軸推拉杆均處於換刀位置，主軸推拉杆插入殼體固（gù）定零件的鍵槽（cáo），然後主軸（zhóu）推拉杆旋轉 90°，刀具推拉杆和主軸推拉（lā）杆完全齧合或脫開，完成換（huàn）刀動作。

由於在換刀狀態下，主軸推拉（lā）杆插入到殼體零（líng）件固定的鍵槽中，因此換刀時推拉杆的角度是固定的。例（lì）如上汽通用汽車采（cǎi）用德國（guó） GROB G500B122K 係列加工中心，其主軸位置（zhì）角度隻有在 0°或 180°才能進行換刀。由於主（zhǔ）軸機械結構限製，因此對換刀刀庫換刀方式也（yě）提出了（le）要求。

以盤式（shì）刀庫為例，運動學換（huàn）刀方式需要主（zhǔ）軸在某個傾斜角度（dù）換刀，帶有推拉杆的（de）主軸無法滿足該刀庫的換刀角度（dù）要求，所以需（xū）要采用換刀臂式（shì）換刀方式換刀（dāo）臂（bì）末端可以旋轉

，從而（ér）滿足對換刀角度的要求（qiú）。

3 、加工工藝

展開（kāi）式曲軸孔鏜刀加工工藝具（jù）有較高的加工生產率，加工精度能滿足要求，因此上汽通用汽車采用曲軸孔（kǒng）兩刀兩工序加工。為滿足和提升生產效率，在鏜杆上（shàng）安裝了四組刀片，同時完成半精鏜、精鏜加工。加工工藝為：主（zhǔ）軸推拉杆和（hé）刀（dāo）具推拉杆處於收刀位置（zhì）→曲軸孔（kǒng）鏜刀軸向進給至加工位置→主（zhǔ）軸推拉杆軸向拉動刀具推拉杆至加工位置，半精鏜、精鏜刀片脹刀到位（wèi）→曲軸孔鏜刀半精鏜、精鏜加工→半（bàn）精鏜、精鏜加工完成→主軸推（tuī）拉杆軸向推動（dòng）刀（dāo）具推拉杆至（zhì）加工收刀位置→在刀片處於收刀（dāo）狀態下退刀。

4 、曲軸孔鏜刀（dāo）鏜模結（jié）構

曲（qǔ）軸孔鏜刀鏜模的結構主要分（fèn）為四種：單（dān）支撐前引導鏜模、單支撐後引導鏜模、雙（shuāng）支撐後引導（dǎo）鏜模、前後支撐引（yǐn）導鏜（táng）模。由於 GROB G500B122K 係列加工中（zhōng）心主軸的剛（gāng）性和定位精度等都較好，因此一般采用單支撐後引（yǐn）導鏜模。為使鏜杆能準確、順利地進入鏜套，鏜刀鏜杆導向條上設置有導（dǎo）向鍵，鏜套上開鍵槽，同時通過（guò）液壓定位插銷保證鏜套（tào）上導向槽的位（wèi）置固定，從而確保鏜套鍵槽和（hé）刀具導向杆上導向鍵之間的相對位置。

工作時，主軸選擇鏜刀並旋轉至固定（dìng）位置，然後軸向進刀，通過刀具導向杆上導向鍵與鏜（táng）套上導向槽配合連接，對（duì）刀具精確定位。

曲軸孔鏜刀鏜模結構如圖 8 所示。

5 、結論

對采用展開式鏜刀加工曲軸孔的加工中心設備能力進行驗收，曲軸孔尺寸精度、圓柱度的能（néng）力指數均完全滿足上汽通用汽（qì）車設備能（néng）力驗收（shōu）的要求。由於展開式（shì）曲軸孔鏜刀具有直徑補償功能，減小了因（yīn）刀片磨損而引起的（de）曲軸孔直徑變化，過程能力指數相比傳統曲軸孔加工方式更高，加（jiā）工穩（wěn）定性（xìng）更好。通（tōng）過與傳統曲軸孔加工方案的比較，並對展開式曲軸孔鏜刀（dāo）在加工中心進行應（yīng）用研究（jiū），實現了發動機缸體機加工線真正意義上（shàng）的柔性（xìng）化加工，減少了（le）基（jī）準轉化帶來的公差損（sǔn）失，從而提升了加（jiā）工質量。

刀具自動補償功能提高了加工效率和加工穩定性。這（zhè）一缸體曲軸孔（kǒng）加工方（fāng）案（àn）是當前先進（jìn）的（de）製造加工工藝，對發動機（jī）缸體機加（jiā）工具（jù）有一定的指導意（yì）義。

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