目前国内很多曲轴生产线多数由数控车床和专用机床组成,自动线上设备有车床、磨床、滚压机、平衡机、抛光机、清洗机和曲轴系列专机等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、磨削等加工,整条生产线工人较多,由于工件较重,体积也较大,因此人工搬运十分费劲,工人的劳动强度较大,而长时间的作业容易疲劳,影响工效,也不便于工厂管理。
发动机曲轴生产线精加工工序为:磨削曲轴止推面-磨削曲轴主轴颈-磨削曲轴连杆颈-磨削曲轴轴端(皮带轮端)-磨削曲轴轴端(法兰盘端)-曲轴超精抛光加工。
第一道工序进行曲轴止推面磨削,加工曲轴的轴向定位基准,并可为后几道工序提供轴向尺寸定位面;第二道工序进行曲轴主轴颈磨削,加工曲轴回转轴颈,并可为后几道工序提供中心架辅助支撑面;
第三道工序进行曲轴连杆颈磨削,加工连杆回转轴颈;第四、五道工序进行曲轴轴端磨削,磨削曲轴轴端放在磨削曲轴连杆颈之后可以最大限度的避免装卸过程中磕碰曲轴端部和装夹时碰伤轴端;最后第六道工序为提高曲轴表面润滑性能和降低圆角应力对曲轴进行超精抛光加工。
下面分别介绍各工序所需的加工设备情况:
1、 数控曲轴止推面磨床
数控曲轴止推面磨床由于磨削曲轴的止推面,该机床应用高速CBN砂轮磨削系统,通过左右轴向切入磨削实现曲轴止推面高速、高效精加工。机床主要规格参数为:最大加工直径φ320mm,加工长度750、1000、15 00mm。机床采用高速CBN砂轮,加工效率优于采用普通刚玉砂轮的加工方法,加工后表面粗糙度Ra≤0.4μm,砂轮修整后加工可达50件以上,设备加工使用成本极大降低。
该类型设备国际上已普遍使用,北京第二机床厂有限公司的MKS1332/T1-CBN数控曲轴止推面磨床已应用于汽车曲轴精加工生产线。
2、 数控曲轴主轴颈磨床
数控曲轴主轴颈磨床采用绝对式主动测量装置和进口数控系统,实现曲轴主轴颈尺寸磨削的在线闭环控制。机床配置适合曲轴主轴颈磨削加工的高速砂轮主轴单元、液压随动中心架、绝对式径向测量单元、高速金 刚石滚轮修整单元等功能模块,通过砂轮的分别切入磨削满足了曲轴各主轴颈的高速、高效精加工的要求。
机床主要规格参数为:最大加工直径φ320mm,加工长度750、1000、1500mm。加工后表面粗糙度Ra≤0.4μm,主轴颈圆柱度小于5μm,加工后尺寸稳定Cp值大于1.67。
国际上通常采用多砂轮同时切入磨削方式进行该工序的加工,但此类机床造价高,技术复杂。
国内通过工艺研究和优化设计,开发出单砂轮数控切入磨削机床,北京第二机床厂有限公司的MKS1332/T3数控曲轴主轴颈磨床已应用于汽车曲轴精加工生产线。在加工效率相当的情况下,机床造价降低70%,使用维护费用也降低很大,比较适合我国的机床使用情况。
3、 切点跟随式数控曲轴连杆颈磨床
数控曲轴连杆颈磨床采用数控C-X轴联动的切点跟随磨削技术,取消了传统的偏心卡具装置,实现曲轴主轴颈的在线闭环控制柔性磨削。
机床配置适合曲轴连杆颈磨削加工的高速砂轮主轴单元、液压随动中心架、绝对式径向测量单元、高速金刚石滚轮修整单元等功能模块,满足了曲轴连杆颈的高速、高效精加工的要求。可在一台机床上通过变更加工程序来实现不同种类曲轴零件的加工,提高了机床的加工适用范围和调整效率。
机床主要规格参数为:最大回转直径φ320mm,加工长度750、1000、1500mm。加工后表面粗糙度Ra≤0.4μm,主轴颈圆柱度小于5μm,加工后尺寸稳定Cp值大于1.67。在欧美、日本等发达国家,该种机床技术已经成熟,并被广泛应用。
4、 数控曲轴轴端磨床
数控曲轴轴端磨床采用进口数控伺服系统和主动在线 测量装置,实现曲轴轴端的在线闭环控制磨削,用于曲轴轴端面的磨削加工。机床主要规格参数为:最大加工直径φ320mm,加工长度750、1000、1500mm。加工后表面粗糙度Ra≤0.63μm,加工精度稳定Cp值大于1.67。
5、数控曲轴砂带抛光机
数控曲轴砂带抛光机是结合现代数控技术研制的用于曲轴主轴颈、连杆颈、止推面、轴端一次加工的超精机床,此机床具有加工精度高、效率高的特点。机床主要规格参数为:最大加工直径φ100mm,加工长度750、1000、1500mm。曲轴经超精抛光加工后表面粗糙度Ra≤0.2μm,零件表面质量得到极大改善。
国外曲轴加工为了提高零件使用性能和寿命,都有超精抛光加工工序,而国内目前除少数国外投资的制造厂外,通常不设此工序,原因主要是考虑曲轴的制造成本,但是这样也直接影响了曲轴零件的使用,影响了我国发动机的性能和寿命。因此,国内曲轴制造增加超精加工工序,应用数控曲轴砂带抛光机是非常必要的。
以上介绍的是目前比较常用的曲轴精加工工序布置,在曲轴精加工生产线中,国外已设计并应用将曲轴主轴颈、连杆颈合并于一道工序加工的数控磨床设备,一次装卡可完成曲轴的主轴颈、连杆颈外圆、端面、圆弧面磨削加工,但设备购置成本较高。