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加工機(jī)床和加工過程--磨削舊曲軸

  位于諾特拉赫市的埃爾溫-勇克機(jī)床制造有限公司開發(fā)出一種新的磨削加工中心怕枣,結(jié)合了測量技術(shù)娩鹉,能非常經(jīng)濟(jì)性地對舊曲軸進(jìn)行柔性和精密的磨削建炫。

  曲軸是一種幾何結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜并且動態(tài)要求極高的構(gòu)件典蜕。埃爾溫?勇克機(jī)床制造有限公司断盛,作為一個國際領(lǐng)先的高速磨床供貨商,已經(jīng)在九十年代初期開發(fā)了JUCRANK系列的曲軸磨床愉舔,用于磨削各類曲軸钢猛。該機(jī)床根據(jù)往復(fù)擺動的磨削原理工作,并逐漸在汽車制造工業(yè)領(lǐng)域及其下屬供貨商中得到了卓有成效的應(yīng)用轩缤。這里涉及的是一個要求嚴(yán)格的磨削方案:主軸承和連桿軸承,法蘭和軸頸的粗磨削和/或精磨削都是通過一次裝夾,采用具有高硬度和耐磨的CBN磨削材料進(jìn)行復(fù)合磨削加工命迈。

  假如進(jìn)行磨削的是一個鍛造或者澆注而成的毛坯,那么火的,其加工余量是已知且所有部件的余量也幾乎相同壶愤。由于全新的曲軸非常昂貴。因此,發(fā)動機(jī)維修廠對于舊曲軸的重新利用涮饱,尤其是用于更換用發(fā)動機(jī)绸廉,抱有極大的興趣。然而由于受到不同類型的磨損常择,每個舊的曲軸都具有“獨特的”幾何曲線姨痊。因此,在開始任何磨削流程之前笆赤,首先必須對每一個曲軸進(jìn)行測量技術(shù)方面的數(shù)據(jù)采集哥甲。然后才能開始磨削流程。通過測量把毒,可以保障在磨削加工時所有主軸承和連桿軸承裹耗,以及軸的末端得以保持所需要的形位公差。

圖示1:高速CNC磨削中心徽捶,帶有大量的測量裝置痘宋,用于通過一次裝夾對曲軸進(jìn)行柔性的再磨削。

  在此之前淡箱,曲軸上的靜態(tài)跳動數(shù)值是以工件軸為基準(zhǔn)值進(jìn)行測量的塌瑞。然后,如果有需要蛔六,則手動校準(zhǔn)各個軸荆永。接下來每個軸承可以根據(jù)自己的軸中心(在偏心支柱時形成)進(jìn)行磨削加工。這是一個非常費工和費時的過程国章,因為曲軸在加工過程中必須進(jìn)行多次換夾具钥。再則,這個過程也不能實現(xiàn)改善形位狀態(tài)( 位置液兽,徑向狀態(tài)骂删,行程高度)的愿望。

  為了加快這個加工過程四啰,埃爾溫-勇克機(jī)床制造公司開發(fā)了帶有集成測量裝置的磨床宁玫,用于對舊的曲軸進(jìn)行再研磨。這種新型機(jī)床很快贏得了人們的信賴柑晒。通過這個機(jī)型人們省卻了在磨削之前以及在磨削過程中工件在一個單獨機(jī)器上進(jìn)行測量的工作欧瘪,磨削過程中的裝夾工作也隨之被節(jié)省。而監(jiān)控數(shù)值幾乎緊隨磨削過程匙赞,從而使得生產(chǎn)效率大大提高佛掖。

工藝

  往復(fù)擺動磨削工藝通過一次裝夾對互相對應(yīng)排列的連桿軸承實現(xiàn)了異常精密和經(jīng)濟(jì)性的磨削。在此奖岛,連桿軸頸的直徑通過C-軸(工件的旋轉(zhuǎn)軸)的內(nèi)插入并借助于X-軸(進(jìn)刀軸)產(chǎn)生恕孙。X-軸的擺動行程和發(fā)動機(jī)中活塞的行程相符坠诈。另外機(jī)床的工藝和軟件被設(shè)計成,對于所有1-8缸發(fā)動機(jī)的曲軸都能夠通過一次裝夾進(jìn)行測量和再磨削帘缤。

改型品種加工方案

  機(jī)床布局方案是針對大量曲軸改型品種方案的復(fù)合加工而設(shè)計扯氯。因而,可以研磨圓周直徑高達(dá) 220 mm 憋屑,并且長度達(dá)到900 mm的各類曲軸烟内。在一個磨削主軸箱上被設(shè)置兩個磨削主軸,并分別擁有30 kW 驅(qū)動功率汽后,它們之間對應(yīng)偏轉(zhuǎn)60° 排列面旋。兩個磨削主軸可以依次回轉(zhuǎn)。通過這個方式两胃,可以分別借助于一個CBN-砂輪對主軸承和連桿軸承進(jìn)行高速磨削而無需換夾吟沮。砂輪的全自動平衡功能為異常精確的圓整度和高精度要求(在局部要低于 μm值)提供了保障。

首先進(jìn)行測量

  分別根據(jù)磨損結(jié)構(gòu)狀態(tài)专肪,針對其要求的精度進(jìn)行再研磨之前, 必須測量下列幾何參數(shù):全部軸承之間的軸向間距以及從基準(zhǔn)平面算起的間距刹勃,連桿軸承和主軸承的直徑,角度位置嚎尤,主軸承的行程高度和軸頸(用于落座周密封環(huán))荔仁。

  為了確保內(nèi)燃機(jī)可靠的功能,所磨削的主軸承和連桿軸承的直徑在圓整度數(shù)值上必須小于2-3 μm 芽死。以基準(zhǔn)軸為準(zhǔn)乏梁,主軸承的靜態(tài)跳動數(shù)值不允許超出 50 μm 。主軸承和連桿軸承可能呈現(xiàn)一個圓柱形关贵,球形或者一個凸面體形狀遇骑。在軸向方面,軸承相互間的間距不能多于所給定的0.2mm坪哄。

然后磨削

  復(fù)合的曲軸幾何尺寸通過編程控制產(chǎn)生质蕉,編程控制在此具有高度的柔性势篡。本機(jī)配置的GE Fanuc Serie 160TC系統(tǒng)的數(shù)字控制可以通過給定若干參數(shù)進(jìn)行連桿軸承的磨削翩肌。其相對應(yīng)的軟件是由勇克公司開發(fā)。測量和磨削互相更換交替在自動化的工作流程中禁悠,曲軸首先被測量念祭,粗磨削,再次測量撤筐,然后進(jìn)行精磨裙系。為此,操作人員首先在面板上分別選擇適合的變量值午伍。為了找出曲軸的軸向位置眼膊,首先要掃描主軸軸頸的平面軸肩的位置(參見圖示2)绪樊。另一個測量探測器負(fù)責(zé)收集每個連桿軸承的位置和直徑。這樣數(shù)控系統(tǒng)可以獲得幾何輸入?yún)?shù)的基本數(shù)據(jù)并且可以自己執(zhí)行零點輪廓校正(參見圖示3)舆鸿。對于可能求證出的幾何錯誤(比如說藐篡,連桿軸頸的角度位置不精確)也可以被識別出來并且在程序生成時予以補(bǔ)償。

圖示2:安置在CNC-磨削中心工作艙內(nèi)的探測器翰发,用于采集夾緊的曲軸頂尖之間的軸向位置辑剿。

圖示3:在精磨之前對主軸承和連桿軸承的直徑進(jìn)行精確的測量

通過優(yōu)化工藝流程實現(xiàn)更高的精度

  通過一次裝夾進(jìn)行磨削可以使主軸承及連桿軸承,法蘭和軸頸獲得較高的加工精度吮骑。首先是對主軸承進(jìn)行粗磨削坚浩,然后用多個中心架在主軸承上支撐住曲軸,繼而再磨削連桿軸承(參見圖示4)循头。接下來再次對主軸承進(jìn)行測量绵估,并完成精磨流程。對于機(jī)殼密封座軸頸的再次精磨也屬于自動流程的一個工作部分卡骂。對典型的六缸曲軸進(jìn)行測量需要耗時大約10分鐘壹士,而再磨削需耗時大約4分鐘。對于曲軸經(jīng)過再加工后達(dá)到的良好品質(zhì)可以在一臺單獨的測量機(jī)器上進(jìn)行檢測偿警。

圖示4:借助于凸面上校準(zhǔn)的CBN砂輪躏救,通過切入式磨削方式對連桿軸承進(jìn)行高速磨削


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