韋佳珍 劉俊伶

【摘 要】中心孔和主軸頸是曲軸上非常重要的定位和測(cè)量基準(zhǔn)，在曲軸孔系加工和檢測(cè)過程中，定位基準(zhǔn)選取直接影響到位置度加工及測(cè)量的最終結(jié)果。文章分析了基準(zhǔn)選擇對(duì)曲軸孔系位置度的影響，對(duì)曲軸其他加工和檢測(cè)工藝有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】曲軸孔系；基準(zhǔn)；位置度

【中圖分類號(hào)】TG537 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）06-0064-04

0 引言

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心組件，其加工質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性能、動(dòng)力性能等。曲軸螺紋孔、定位銷孔是曲軸加工的重要工序之一，其加工位置度直接影響曲軸飛輪的安裝及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。本文以上汽通用五菱汽車股份有限公司的CNC機(jī)床及實(shí)驗(yàn)室測(cè)量設(shè)備為例，說明不同基準(zhǔn)對(duì)曲軸孔系位置度的影響。

1 曲軸孔系工藝要求

上汽通用五菱汽車股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)工廠曲軸一期生產(chǎn)線對(duì)于B12系列曲軸孔系的加工過程分為以下幾步：？譹？訛預(yù)鉆兩端中心孔；？譺？訛重鉆法蘭端中心孔；？譻？訛重鉆芯軸中心孔及攻絲；？譼？訛法蘭端螺紋孔成型鉆孔攻絲加工；？譽(yù)？訛工藝孔鉆鉸成型加工。曲軸孔系除了有基本工藝尺寸要求外，對(duì)于基準(zhǔn)位置度也有嚴(yán)格的要求；如圖1所示，其中A-B為曲軸中心線，C為第一連桿頸。

2 曲軸孔系工藝過程分析

2.1 設(shè)備夾具介紹

B12系列發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸孔系的成型加工由OP60工位加工中心完成，機(jī)床以第一連桿頸作為徑向定位基準(zhǔn)，固定式“V”形塊定位夾緊第一和第五主軸頸；以法蘭端面作為軸向定位基準(zhǔn)，夾緊第六平衡塊（如圖2所示）。

2.2 機(jī)床定位誤差分析

機(jī)床“V”形定位塊的夾角α=90°，在不計(jì)“V”形塊磨損及其本身加工誤差，僅考慮工件外圓尺寸變化造成的影響，則工件中心沿Z向在O1至O2范圍變化，計(jì)算公式如下：

△dw=O1O2=■=0.707δd

公式中：δd為直徑公差。

圖3為采用“V”形定位中心線變化示意圖。曲軸第一和第五主軸頸直徑公差δd=±0.1 mm，相當(dāng)于曲軸主軸頸直徑變化在垂直方向上產(chǎn)生的最大位置度誤差△dw=0.14 mm。

圖4為OP60加工中心徑向定位示意圖。加工中心以第一連桿頸周向定位，我們僅考慮工件的外圓尺寸公差δd的影響，工件中心在Oa至Ob范圍變化，導(dǎo)致螺紋孔中心處在Oa'至Ob'；計(jì)算公式如下：

△dw=Oa'Ob'=■R=■=0.557δd

公式中：δd為直徑公差；R為螺紋孔分布圓，R=22 mm；S為曲軸半沖程，S=39.5 mm。

由于連桿頸直徑公差為δd=±0.1 mm，相當(dāng)于連桿頸直徑變化引起的徑向方向最大位置度誤差為0.11 mm。

2.3 實(shí)驗(yàn)室對(duì)于曲軸孔系位置度測(cè)量介紹

上汽通用五菱汽車股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)工廠質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室對(duì)于曲軸孔系位置度的測(cè)量也是以第一、第五主軸頸及第一連桿頸為定位基準(zhǔn)，因此主軸頸和連桿頸直徑變化造成的中心偏移對(duì)于孔系位置度的測(cè)量精度會(huì)產(chǎn)生較大的影響。圖5為質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室對(duì)曲軸OP60工位某機(jī)床連續(xù)加工50件的螺紋孔位置度測(cè)量數(shù)據(jù)。從圖5中我們可以看出，這些孔系位置度測(cè)量數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定，幾乎覆蓋了整個(gè)公差帶，車間生產(chǎn)部門難以根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的控制和調(diào)整。

2.4 提高曲軸孔系位置度精度的探索

上汽通用五菱汽車股份有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)工廠曲軸主軸頸和連桿頸的加工經(jīng)過粗車（OP20工位）/粗銑（OP30工位），磨削加工（OP70，OP80工位）和拋光（OP130工位）3道工序；曲軸孔系的加工位于磨削工序（直徑公差要求為12μm）之前，其位置度的加工和測(cè)量均是以粗加工面為基準(zhǔn)，粗基準(zhǔn)中心線與成品基準(zhǔn)中心線存在較大的偏差。

曲軸另一個(gè)重要的基準(zhǔn)是兩端中心孔，經(jīng)過OP60工位重鉆中心孔后，曲軸后續(xù)軸頸加工工位均是以中心孔為加工徑向定位基準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中心孔Y軸坐標(biāo)和第一、第五主軸頸直徑相關(guān)性數(shù)據(jù)如圖6、圖7所示。

法蘭端中心孔和第五主軸頸直徑的相關(guān)系數(shù)為0.934，芯軸端中心孔和第一主軸頸直徑相關(guān)系數(shù)為0.836，相關(guān)性顯著。

在OP60后續(xù)工位加工中，以中心孔為基準(zhǔn)完成主軸頸和連桿頸精磨，以第一、第五主軸頸中心線為基準(zhǔn)測(cè)量中心孔X方向的軸向距離，50個(gè)工件能力驗(yàn)證數(shù)據(jù)為PP=14.13，PPK=14.08，而磨削前的過程能力為PP=1.00，PPK=0.93，磨削過后測(cè)量的位置度穩(wěn)定性明顯優(yōu)于磨削前。圖8為中心孔磨削前、后X方向坐標(biāo)。

為驗(yàn)證中心孔基準(zhǔn)對(duì)螺紋孔位置度的影響，采用中心孔作為基準(zhǔn)測(cè)量螺紋孔位置度[如圖9（a）所示]，X方向過程能力為PP=3.68，PPK=3.48。當(dāng)采用第一、第五主軸頸軸心線作為基準(zhǔn)測(cè)量的位置度[如圖9（b）所示]，X方向過程能力為PP=0.95，PPK=0.91；通過對(duì)比我們不難得出結(jié)論，主軸頸直徑對(duì)螺紋孔X方向位置度的測(cè)量值有很大的影響。

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，基準(zhǔn)選擇對(duì)曲軸孔系的加工和測(cè)量有重要的影響。合理選擇加工和測(cè)量基準(zhǔn)有利于保證曲軸孔系位置度加工和調(diào)整的準(zhǔn)確性，在實(shí)際生產(chǎn)中，如何減小基準(zhǔn)不一致引起的加工誤差也是值得我們思考的問題。在該案例中，為保證過程基準(zhǔn)和成品基準(zhǔn)的統(tǒng)一，可以通過改造機(jī)床夾具，將夾緊定位機(jī)構(gòu)由固定式夾具改為浮動(dòng)式定心夾具，以消除直徑波動(dòng)因素對(duì)孔系加工位置度的影響。在新生產(chǎn)線的建立或生產(chǎn)線改造中，也需要在項(xiàng)目階段對(duì)加工測(cè)量基準(zhǔn)問題進(jìn)行全方位的考慮。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]曹同生.孔定位基準(zhǔn)位移誤差的分析計(jì)算[J].機(jī)床與液壓，2000（2）.

[2]徐學(xué)林.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2007.

[3]李梅.三坐標(biāo)測(cè)量孔系位置度方法的實(shí)踐[J].計(jì)測(cè)技術(shù)，2008（12）.

[4]寇植達(dá).關(guān)于孔系位置度標(biāo)注和檢測(cè)方法的研究與探討[J].工藝裝備，2016（9）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]