吉曉可，王玲雅，馬錦濤

第一拖拉機(jī)股份有限公司鑄鍛廠 河南洛陽 471003

1 序言

曲軸在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的主要作用是傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。它將活塞的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動。由于曲軸在工作過程中同時受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切及拉壓等交變應(yīng)力，工況十分復(fù)雜，這就要求其具有足夠的強(qiáng)度以及較高的韌性，因此對曲軸加工工藝進(jìn)行合理、有效的安排，提高其加工精度，延長其工作壽命顯得十分重要。

隨著我國機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展，曲軸加工趨近于專業(yè)化、流水線化及精細(xì)化。由于曲軸80%以上的關(guān)鍵尺寸均為磨削加工，因此數(shù)控磨床的發(fā)展以及隨動磨削技術(shù)的引進(jìn)大大提升了其加工效率。以蘭迪斯（Landis）磨床和勇克（Junker）磨床兩家公司為代表制造的專用曲軸磨床，加工工藝為精磨主軸連桿，集合了安全、優(yōu)質(zhì)、高效和低成本等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于曲軸加工中。

柴油發(fā)動機(jī)六缸曲軸主軸連桿軸頸共計(jì)13個，其中主軸頸7個（用M1～M7表示）、連桿頸6個（用P1～P6表示）。曲軸主軸和連桿分布及加工精度要求如圖1所示。軸頸外圓公差精度要求現(xiàn)已達(dá)到h6級，圓度要求為0.005mm。主軸徑向圓跳動以M1和M7為測量基準(zhǔn)，要求M2和M6徑向圓跳動0.08mm，M3和M5徑向圓跳動0.12mm，M4徑向圓跳動0.16mm。在加工過程中要同時保證13個軸頸精度要求，難度很大。

圖1 曲軸主軸和連桿分布及加工精度要求

以加工某六缸曲軸為例，使用Landis專用曲軸磨床LT2H加工，兩片CBN砂輪同時磨削，兩個中心架支撐M3和M5兩個軸頸，尺寸控制使用MARPOSS隨動量儀。加工完成后，軸頸尺寸合格，表面粗糙度合格，軸頸圓度為0.004～0.007mm，軸頸M4徑向圓跳動最大為0.15～0.18mm，圓度和徑向圓跳動均超過圖樣要求較多。

2 原磨削工藝徑向圓跳動和圓度

外圓磨削加工過程中，軸頸產(chǎn)生徑向圓跳動，說明曲軸在磨削時發(fā)生變形。磨削后曲軸變形恢復(fù)，導(dǎo)致磨削的外圓產(chǎn)生偏心。軸頸徑向圓跳動大，曲軸在高速回轉(zhuǎn)過程中，在外圓徑向圓跳動的高點(diǎn)和低點(diǎn)會產(chǎn)生沖擊，長期受沖擊會降低曲軸疲勞壽命，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致曲軸疲勞斷裂。原磨削工藝曲軸主軸頸徑向圓跳動與圖樣要求的對比見表1。

表1 原磨削工藝曲軸主軸頸徑向圓跳動與圖樣要求的徑向圓跳動對比 （單位：mm）

加工時使用ADCOLE測量儀測量13個軸頸的圓度，100%存在3～5個軸頸超差0.001～0.002mm，不符合圖樣要求。主軸頸圓度無法補(bǔ)償，連桿頸圓度可以通過ADCOLE測量儀測出來數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。加工過程中，中心架支撐M3和M5主軸頸，保證M3和M5的圓度，可以降低對連桿圓度的影響。軸頸產(chǎn)生圓度超差，說明磨削過程中砂輪和曲軸表面在某些時刻未完全按照預(yù)定軌跡運(yùn)動，磨削后的表面經(jīng)微觀放大后呈橢圓形或不規(guī)則形狀。圓度超差的曲軸在高速回轉(zhuǎn)時，不規(guī)則的表面會加劇軸頸和軸瓦之間相互摩擦，造成曲軸磨損速度加快，導(dǎo)致曲軸提前失效。原磨削工藝ADCOLE測量結(jié)果如圖2所示。

圖2 原磨削工藝ADCOLE測量結(jié)果

3 磨削過程中影響徑向圓跳動和圓度的因素

1）工件自身徑向圓跳動超差。前序工件徑向圓跳動超差，過大的不均勻余量影響工件在加工過程中的中心架支撐，導(dǎo)致工件未磨圓，在磨削后工件徑向圓跳動和圓度仍然超差。

2）頂尖徑向圓跳動超差。頭架頂尖徑向圓跳動超差，加工過程中曲軸產(chǎn)生徑向圓跳動，會造成曲軸徑向圓跳動和圓度均超差，此種現(xiàn)象在靠近頭架一側(cè)表現(xiàn)較為明顯。

3）砂輪端面軸向圓跳動超差。CBN砂輪磨削時轉(zhuǎn)速為2000～2500r/min，線速度為70～120m/s，端面軸向圓跳動大，磨削時的輕微擺動會導(dǎo)致磨削后工件軸徑徑向圓跳動和圓度超差。

4）冷卻不足。機(jī)床采用油冷方式，噴油嘴油路堵塞，磨削油沖刷壓力不足，無法及時將磨泥等雜質(zhì)帶走。磨泥會積壓在砂輪表面導(dǎo)致砂輪不鋒利，砂輪和工件接觸面得不到充分冷卻，影響磨削質(zhì)量。

5）機(jī)床磨削參數(shù)不合適。不合適的磨削參數(shù)會導(dǎo)致機(jī)床進(jìn)刀出現(xiàn)撞刀，如前期工件相位差距大，工件余量不均勻，以及快速進(jìn)刀未留足安全距離等，可能會導(dǎo)致快速移動過程中碰到工件。輕微的碰撞會導(dǎo)致砂輪脫粒，工件輕微移動導(dǎo)致磨削出現(xiàn)問題。此外，粗加工給精加工留的余量也會影響磨削質(zhì)量。

6）磨削過程中應(yīng)力釋放，磨削方式不合理。不合理的磨削方式會影響磨削應(yīng)力釋放，比如隨動磨削連桿時，曲軸受到較大的磨削力，導(dǎo)致曲軸在加工過程中產(chǎn)生輕微變形，加工完成后可能出現(xiàn)徑向圓跳動和圓度超差。

7）中心架安裝不到位，中心架抬起/推出度超差。中心架的合金塊安裝在卡槽內(nèi)以后，要求合金塊可以在卡槽內(nèi)左右擺動，但不可以上下滑動。左右擺動是為了適應(yīng)曲軸毛坯形狀差異，上下滑動會導(dǎo)致中心架在加工過程中支撐不穩(wěn)定。中心架對于曲軸的抬起/推出度影響曲軸在加工過程中的受力，砂輪磨削力要和中心架支撐力相互抵消，才能使得工件在磨削時尺寸合格。

4 針對徑向圓跳動和圓度的調(diào)整方案

根據(jù)以上分析，優(yōu)先檢查上述第1）～第5）項(xiàng)。檢查結(jié)果如下。

1）使用百分表測量加工前工件自身徑向圓跳動0.4mm，滿足工藝要求的＜0.6mm。

2）使用千分表測量頂尖徑向圓跳動0.004mm，不滿足要求的＜0.002mm，將頂尖徑向圓跳動調(diào)整為0.001mm后進(jìn)行試加工工件，發(fā)現(xiàn)徑向圓跳動和圓度無明顯改善。

3）使用千分表測量砂輪端面軸向圓跳動0.01mm，滿足要求的＜0.025mm。

4）機(jī)床冷卻壓力正常，將砂輪架上噴油嘴拆下來重新清理干凈后裝上，試切工件后發(fā)現(xiàn)徑向圓跳動和圓度無改善。

5）核對機(jī)床參數(shù)，發(fā)現(xiàn)有部分余量不合適，將機(jī)床快速進(jìn)刀終點(diǎn)向后調(diào)整0.1mm，觀察磨削過程快速進(jìn)刀無火花產(chǎn)生，保證快速進(jìn)刀砂輪未和工件接觸。

以上5項(xiàng)內(nèi)容檢查后，發(fā)現(xiàn)磨削工件徑向圓跳動和圓度無明顯改善。根據(jù)第6）、第7）項(xiàng)影響因素進(jìn)行分析，從磨削方式上轉(zhuǎn)變，以及保證在磨削過程中中心架的有效支撐，來消除曲軸變形對徑向圓跳動和圓度的影響[1]。

機(jī)床原磨削順序?yàn)椋喊刖3和M5→半精磨所有連桿→半精磨其余主軸→精磨M3和M5→精磨所有連桿→精磨其余主軸。

以上磨削順序在精磨階段，首先將主軸M3和M5精磨完成以后磨連桿，連桿在隨動磨削過程中，會導(dǎo)致曲軸受力不均而產(chǎn)生微量變形，導(dǎo)致M3和M5受力，產(chǎn)生徑向圓跳動和圓度誤差。精磨連桿以后，M3和M5產(chǎn)生變形，中心架支撐M3和M5磨其余主軸，會造成其余主軸也產(chǎn)生徑向圓跳動和圓度誤差?；谝陨显颍{(diào)整磨削順序如下：半精磨M3和M5→半精磨所有連桿→半精磨其余主軸→第一次精磨M3和M5（留余量）→精磨所有連桿→第二次精磨M3和M5→精磨其余主軸。

調(diào)整磨削順序以后，曲軸各個主軸頸徑向圓跳動均合格，監(jiān)控磨削4000件并統(tǒng)計(jì)平均徑向圓跳動數(shù)據(jù)。調(diào)整磨削順序后徑向圓跳動對比見表2。

表2 調(diào)整磨削順序后徑向圓跳動對比 （單位：mm）

根據(jù)近4000件工件的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)徑向圓跳動均在圖樣要求范圍內(nèi)，且最大徑向圓跳動僅0.07mm，加工過程穩(wěn)定。

工件徑向圓跳動問題解決，但測量圓度依然無改善。檢查中心架的各個合金塊，將合金塊重新拆卸安裝，對每個安裝面進(jìn)行清理，保證安裝后位置正確，并且調(diào)整中心架抬起/推出度。為保證中心架始終和工件表面接觸，使用4組抬起/推出度進(jìn)行調(diào)試，分別為抬起0.005mm/推出0.008mm、抬起0.008mm/推出0.015mm、抬起0.010mm/推出0.020mm以及抬起0.015mm/推出0.025mm，使得中心架支撐曲軸的力逐漸加大。最終對比ADCOLE測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)抬起0.015mm/推出0.025mm時，所有主軸頸的圓度為0.003mm以下，達(dá)到工藝要求的＜0.005mm。針對連桿頸進(jìn)行補(bǔ)償后，所有連桿軸頸圓度實(shí)際為0.002～0.0045mm，也滿足圖樣要求。經(jīng)調(diào)整，使用ADCOLE測量各個軸頸數(shù)據(jù)。圖3為調(diào)整后ADCOLE測量情況。

圖3 調(diào)整后ADCOLE測量情況

圖3與圖2對比，軸頸圓度得到明顯改善，經(jīng)3個月機(jī)床產(chǎn)品類型來回切換4次后跟蹤調(diào)整，軸頸圓度均在圖樣要求范圍內(nèi)，說明合適的抬起/推出度對磨削后軸頸圓度起重要作用。

5 結(jié)束語

Landis專用曲軸磨床在工裝及加工參數(shù)不變的情況下，通過優(yōu)化加工程序，改變相應(yīng)的磨削順序，可以從根本上避免在磨削過程中因曲軸的變形而產(chǎn)生的徑向圓跳動，從而改善主軸頸徑向圓跳動大小。通過改變中心架的抬起/推出度，使用更合理的抬起/推出度數(shù)值，會改善軸頸在加工后的圓度。精磨主軸連桿徑向圓跳動和圓度的改善可以提高曲軸加工質(zhì)量，高質(zhì)量的曲軸在使用過程中的壽命也會得到相應(yīng)的保障。