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曲軸是發(fā)動(dòng)機中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理、表面強化及動(dòng)平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個(gè)環(huán)節質(zhì)量沒(méi)有得到保證，則可嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。
目前，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機關(guān)鍵零部件加工中，缸體、缸蓋柔性加工自動(dòng)線(xiàn)的進(jìn)程和水平均略高一籌。在許多人看來(lái)，似乎缸體、缸蓋是發(fā)動(dòng)機最關(guān)鍵的零件，許多機床制造商把大部分精力都用于此。其實(shí)，曲軸加工柔性線(xiàn)的技術(shù)含量要高于缸體、缸蓋柔性生產(chǎn)線(xiàn)。缸體、缸蓋柔性線(xiàn)主要由加工中心組成，而曲軸柔性生產(chǎn)線(xiàn)不僅有加工中心，而且還有數控車(chē)、曲軸油孔數控鉆床、沉割槽數控滾壓機床、數控外銑機床、數控車(chē)拉拉機床、數控磨床及砂帶磨床等，專(zhuān)有技術(shù)可謂之多、之難，從設備可見(jiàn)一斑。
曲軸加工工藝及柔性線(xiàn)總體布局
機床數控化以來(lái)，高速、高效加工技術(shù)及裝備在汽車(chē)制造業(yè)大量采用，生產(chǎn)效率得到了很大的提高，發(fā)動(dòng)機曲軸生產(chǎn)線(xiàn)上的生產(chǎn)設備數量正急劇減少，盡管加工曲軸的設備專(zhuān)用性很強，但現已日趨柔性化，加工不同規格的曲軸，只要將機床做一些調整就能夠實(shí)現變品種的加工，這是當今曲軸加工技術(shù)的一大進(jìn)步。由于汽車(chē)的品種不同，曲軸的規格不同，采用的設備及工藝方法也不盡相同。
曲軸柔性加工自動(dòng)線(xiàn)通常采用主干和支路輸送的布局結構。主干輸送采用分段交替的地面輸送形式，而支路使用桁架機械手空中輸送。采用了桁架機械手，加大了輸送速度和準確性，輸送位置通過(guò)控制程序而隨意改動(dòng)，進(jìn)而才使得主干路交替輸送的實(shí)現。在每個(gè)支路上，桁架機械手將上一段主干路輸送過(guò)來(lái)的曲軸抓到支路所在的機床上進(jìn)行加工，加工后再將曲軸抓放到檢測工位檢測，合格后再抓放到主干路下一段輸送帶上，輸送帶將其輸送到下個(gè)工序，不合格的曲軸放在不合格區，待人工根據不合格情況和類(lèi)型決定是否返修或打廢。
曲軸自動(dòng)線(xiàn)關(guān)鍵加工工藝及裝備
1）曲軸主軸頸及連桿頸外銑加工
現在的數控外銑機床，采用了模塊化設計，使外銑數控機床具備可變形的多種不同的結構，從而適應曲軸品種規格變化的需要。在進(jìn)行曲軸零件加工時(shí)，由于圓盤(pán)銑刀本身結構的影響，刀刃與工件始終是斷續接觸，有沖擊。因此，機床整個(gè)切削系統中控制了間隙環(huán)節，降低了加工過(guò)程中因運動(dòng)間隙產(chǎn)生的振動(dòng)，從而提高了加工精度和刀具的的使用壽命。
外銑機床可由兩個(gè)外銑刀盤(pán)組成，刀盤(pán)在做主運動(dòng)切削的同時(shí)還可以上下擺動(dòng)，從而適應于加工連桿頸的需要。此時(shí)，曲軸轉動(dòng)，連桿頸繞主軸頸中心轉動(dòng)，銑刀盤(pán)隨連桿頸旋轉而上下擺動(dòng)，實(shí)現隨動(dòng)切削。由于兩銑削頭可沿著(zhù)主軸軸心線(xiàn)移動(dòng)，從而完成對曲軸每個(gè)主軸頸和連桿頸的銑削。
案例１：外銑刀具推薦
肯納高速外銑刀
•工藝可能性的完整設計
•一種刀體類(lèi)型能夠覆蓋所有可能的工藝，諸如粗加工，半精加工和精加工。
•單碟或多碟設計
•ISO標準刀片和定制設計的完美平衡，滿(mǎn)足客戶(hù)的要求和最經(jīng)濟的方案
•切削條件基于客戶(hù)的要求，范圍在Vc=80-300m/min, fz=0.05-0.50mm
2）曲軸主軸頸及連桿頸磨削
目前隨著(zhù)機床制造技術(shù)的發(fā)展，連桿頸的磨削則采用跟蹤磨削法。跟蹤磨削法是以主軸頸中心線(xiàn)為回轉中心，一次裝夾依次完成曲軸連桿頸的磨削加工（也可用于主軸頸磨削），磨削連桿軸頸的實(shí)現方式是通過(guò)CNC控制砂輪的進(jìn)給和工件回轉運動(dòng)兩軸聯(lián)動(dòng)，來(lái)完成曲軸加工進(jìn)給。跟蹤磨削法采用一次裝夾、在一臺數控磨床上依次完成曲軸主軸頸和連桿頸的磨削加工，能有效地減少設備費用，降低加工成本，提高加工精度和生產(chǎn)效率。
案例２：磨床推薦
勇克JUCRANK擺動(dòng)跟蹤磨床提供多功能方案，通過(guò)一次裝夾完成曲軸整體磨削。機床配備新型組件，磨削鼓形軸頸更加便捷：
•提升質(zhì)量，縮短節拍。無(wú)論是單缸還是十二缸軸，還是不同尺寸的各類(lèi)曲軸的粗精磨，JUCRANK都能輕松勝任，可加工長(cháng)度最長(cháng)4.8m 重量最重1000kg的工件。兩個(gè)砂輪頭架分別配有 Z軸與 X 軸，可以同時(shí)執行不同的磨削工序。當一個(gè)磨削主軸在磨削主軸頸時(shí)，另一個(gè)磨削主軸在X 軸方向跟蹤連桿軸頸運動(dòng)軌跡做前后擺動(dòng)。
勇克可為砂輪頭架配備 B 軸，每個(gè)頭架可配備至多三個(gè)磨削主軸。這樣只需切換數控程序，JUCRANK可以完成不同的曲軸甚至凸輪軸的加工。
•加工范圍廣泛。勇克設備配備有擺動(dòng)軸，實(shí)現柔性化生產(chǎn)。在磨削過(guò)程中，砂輪頭架在微米級別的精度范圍內擺動(dòng)。窄砂輪的使用也進(jìn)一步造就了柔性生產(chǎn)。窄砂輪的優(yōu)勢：每個(gè)主軸頸和連桿軸頸都可以被磨削成各自不同的形狀，無(wú)論單個(gè)軸頸寬度是多少。不管是帶圓角還是沉割槽，新型磨削工序適用于所有常見(jiàn)的主軸頸和連桿軸頸形狀。
•學(xué)習功能確保形狀精確。由于外部干擾，例如溫度的變化、 材料不同和砂輪狀態(tài)的變化等，砂輪目標和實(shí)際位置可能不盡相同。在磨削過(guò)程中，控制系統會(huì )比較磨削砂輪的實(shí)際位置和目標位置，即便是最小的誤差也得到補償，以確保最高精度。
•特殊的冷卻液供給。CNC控制的冷卻液供給始終和連桿軸頸的運動(dòng)保持著(zhù)相同的距離。冷卻液始終精確作用于磨削區域，保證最佳冷卻效果。此外，機床還配備自動(dòng)沖洗單元，以免在砂輪上殘留切屑。
•自動(dòng)化。JUCRANK磨床可以通過(guò)手動(dòng)上下料。但它也配備了自動(dòng)上下料系統以及相應的上下料工位。這樣，在操作工不在場(chǎng)的情況下它也能自主工作數小時(shí)。
３）曲軸主軸頸、連桿頸圓角滾壓機床
近年來(lái)，滾壓機床應用越來(lái)越多，主要是為了提高曲軸的疲勞強度。據統計資料表明，球墨鑄鐵曲軸經(jīng)圓角滾壓后的曲軸壽命可提高120％～230％；鍛鋼曲軸經(jīng)圓角滾壓后壽命可提高70％～130％。滾壓的旋轉動(dòng)力來(lái)源于曲軸的旋轉，帶動(dòng)滾壓頭中的滾輪轉動(dòng)，而滾輪的壓力是由油缸實(shí)施的。滾壓力的大小直接影響到滾壓的效果。力大則在短時(shí)間內就會(huì )滾壓出規定的深度，但由于壓力過(guò)大，除了易使滾壓輪破損外，更易使曲軸整體產(chǎn)生彎曲變形。為此，油缸的壓力是可變的、可調的，在曲軸旋轉過(guò)程中的任一角度都可隨時(shí)變化，靠液壓伺服閥控制，實(shí)現脈沖滾壓。
在滾壓過(guò)程中，因滾壓輪薄、硬度高，在壓力作用下超過(guò)一定的時(shí)間會(huì )破損，因此，滾壓頭具有滾壓輪破損檢測報警功能。由于在滾壓過(guò)程中曲軸的高速旋轉，受滾壓力的作用及滾壓臂的隨動(dòng)負載的影響，盡管脈沖滾壓能保證曲軸在滾壓過(guò)程中的變形很小，但曲軸還是有變形存在。因此，滾壓機床采用了在線(xiàn)檢測技術(shù)，測頭可在任意位置對曲軸進(jìn)行彎曲變形檢測，若變形超差，確定變形方向，通過(guò)專(zhuān)家系統控制，使滾壓油缸的力根據變形方向而變化，從而達到校直的目的，一般需19~21KN的校直力。在滾壓加工過(guò)程中，為了控制滾壓力的大小，在滾壓臂最易產(chǎn)生變形的位置安裝了一個(gè)應變儀，通過(guò)滾壓臂受張力產(chǎn)生變形的大小，來(lái)監控滾壓力，從而對壓力進(jìn)行控制。
４）曲軸油道孔數控鉆削機床
曲軸油道孔的加工經(jīng)歷了普通鉆床、組合機床、槍鉆等不同時(shí)代的不同的加工方法，而今已開(kāi)始采用數控柔性鉆床。其結構特點(diǎn)如下：（1）采用帶中孔的涂鈦硬質(zhì)合金鉆頭；（2）采用油氣通過(guò)鉆頭中孔對切削部位進(jìn)行潤滑，其用油為菜子油，不含硫、硅、氯等成分，也不含石油成分，潤滑效果好；（3）可同時(shí)加工兩根曲軸。（4）可自動(dòng)換刀；（5）油道孔加工角度在一定范圍內可調；（6）實(shí)現6軸運動(dòng)。即主軸運動(dòng)，主軸頭擺動(dòng)；主軸頭前后移動(dòng)；主軸頭左右移動(dòng)（換刀和油道孔加工位置用）；主軸頭上下進(jìn)給運動(dòng)；被加工曲軸的轉動(dòng)。這種鉆床，大大減少了切削液的使用量，而且提高了加工的柔性。
切削液的使用，在曲軸加工中也是需要關(guān)注的問(wèn)題，如何減少加工現場(chǎng)的油霧，一些專(zhuān)業(yè)的切削液廠(chǎng)家也提供了相應的解決方案。
案例推薦３：切削液
某知名汽車(chē)零部件制造商在其曲軸生產(chǎn)線(xiàn)使用切削液的過(guò)程中，遇到設備的油霧收集系統出現油滴滲出現象，為了避免這種現象的發(fā)生，奎克推薦他們試用QUAKERCOOL® 3502與來(lái)替代原有切削液產(chǎn)品。在試用了一段時(shí)間之后，奎克的QUAKERCOOL® 3502 在油霧的控制方面較其他比較產(chǎn)品效果明顯。
QUAKERCOOL® 3502提供了優(yōu)異的產(chǎn)品性能及生產(chǎn)效率，與客戶(hù)原使用產(chǎn)品相比，年產(chǎn)品費用節省38%，與其他試用產(chǎn)品相比，年產(chǎn)品費用節省45%。
５）曲軸法蘭孔加工
針對曲軸法蘭孔的加工。在鉆孔工序常采用整體硬質(zhì)合金階梯鉆，適合高精度鉆孔加工。攻絲常采用新型整體硬質(zhì)合金切削絲錐及擠壓絲錐，一般會(huì )采用針對不同材質(zhì)的加工特點(diǎn)而特別設計的絲錐。
在攻絲過(guò)程中經(jīng)常遇到絲錐的纏屑問(wèn)題，OSG提供了相應的解決方案。
案例推薦４：絲錐
原本加工材料為QT700-2，客戶(hù)使用了M12X1的推薦鑄件用直槽絲錐，加工效果十分理想。但由于工藝更改，客戶(hù)將材料改為50號鋼這種鋼材，因為鋼件大都不適合用直槽絲錐進(jìn)行加工，螺旋槽絲錐以及刃傾角絲錐更為適宜。果不其然，在加工剛開(kāi)始就發(fā)生了纏屑問(wèn)題?？紤]的新的加工環(huán)境和加工材料，OSG在不變更絲錐的前提下，將該絲錐前角處的涂層去除，保留其余部位的涂層。直槽絲錐的排屑方式一般是以分斷切屑為主，涂層雖然可以增大刀具自身剛性，但同時(shí)也會(huì )降低刀具與工件的摩擦系數，導致切屑纏繞。所以去除前角部的涂層可以有效提高直槽絲錐的斷屑能力。測試結果比客戶(hù)要求壽命還要高100臺工件，被客戶(hù)所認可。