摘 要 曲軸是發(fā)動機(jī)的核心部分，其各項(xiàng)參數(shù)的好壞影響到發(fā)動機(jī)的使用壽命，加工過程中常因毛坯、機(jī)床、刀具、參數(shù)等因素影響而發(fā)生彎曲變形，出現(xiàn)跳動超差的情況，影響發(fā)動性能。本文通過對影響跳動的因素進(jìn)行分析和總結(jié)，分析跳動量大的原因及控制方案。

關(guān)鍵詞 曲軸;夾具;跳動;校直

1跳動的定義

徑向跳動是指被測回轉(zhuǎn)表面在同一橫剖面的表面上各點(diǎn)到基準(zhǔn)軸線間距離的最大變動量。 曲軸彎曲變形直接表現(xiàn)出來的結(jié)果就是各軸的外圓相對主軸頸A1、A5或中心孔軸的線跳動量較大。

2跳動原因分析及措施

2.1 夾具的影響

曲軸軸頸表面的加工，通過安裝在左右兩主軸上的頂尖夾緊曲軸中心孔進(jìn)行軸向定位，再通過卡爪夾緊法蘭端和芯軸端表面，驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行切削，因曲軸的剛性差，在加工中容易因切削力而變形，因此使用中心支架加以輔助。因此對跳動分析時需要對這些因素進(jìn)行分析。

（1）主軸卡盤回轉(zhuǎn)中心不同心

所有夾具的安裝調(diào)試，是基于左右卡盤回轉(zhuǎn)軸線在同一直線上進(jìn)行的，回轉(zhuǎn)中心不同心，在曲軸頂尖頂緊、卡盤夾緊時，自定心精度功能將失去，出現(xiàn)工件一邊高一邊低的現(xiàn)象，夾緊時就會出現(xiàn)彈性變形，加速頂尖及卡爪的磨損。因此要控制左右兩軸的高度差在20um內(nèi)，以確保主軸回轉(zhuǎn)中心的同心度。

（2）中心頂尖跳動大導(dǎo)致不同心

定位工件的頂尖和卡盤回轉(zhuǎn)軸線的同軸性決定了支承的精度，頂尖套和頂尖座的同軸度由軸孔配合決定，頂尖座和頂尖套磨損后，精密軸孔配合失效無法保證，受力時工件回轉(zhuǎn)中心偏離中心軸線較大，這種情況下加工出現(xiàn)跳動較大情況，此時需要更換備件以確保機(jī)械部件的正常。當(dāng)機(jī)械部件正常的情況下，需要通過調(diào)整來獲得所要精度。調(diào)整到允許范圍內(nèi)，通常半精加工調(diào)整后的頂尖跳動值為10un以下，而精加工則為1um～3um。

（3）左右主軸卡盤

卡盤是機(jī)床上用來夾緊工件帶動工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，曲軸在加工前以兩端中心頂尖頂緊定心，再用卡爪夾緊工件，若卡爪夾緊時與主軸中心不同軸，車削出來的工件就偏心，而在實(shí)際測量曲軸時是以中心孔為定位的，車出的曲軸偏心，測量出來的主軸頸跳動肯定會超差。從卡爪的數(shù)量來分為兩爪卡盤，三爪卡盤，四爪卡盤。目前影響工件跳動的主要是三爪卡盤和四爪卡盤。

三爪卡盤：內(nèi)部是通過三個液壓缸帶動一個推桿機(jī)構(gòu)來推動卡爪臂在萬向節(jié)軸承上前進(jìn)和夾緊，理論上是能夠同步前進(jìn)到位夾緊工件的，當(dāng)出現(xiàn)活塞固定螺栓斷裂活塞前進(jìn)受阻或是萬向節(jié)錯位時，會導(dǎo)致某個卡爪臂前進(jìn)不到位，三個臂出現(xiàn)受力不均勻，從而將工件夾偏的情況出現(xiàn);卡爪作為與工件直接接觸部分，長期使用會出現(xiàn)磨損不均勻的情況，從而將工件夾偏，因此在處理跳動時需要將卡爪夾緊后的跳動控制到20um以下為好。

四爪卡盤：在雙砂輪磨床上使用，兩對卡爪以90度相間對稱分布，分別由兩對液壓缸控制，內(nèi)部有一對液控單向閥，當(dāng)液壓油通過單向閥的流量不一樣時，會出現(xiàn)兩組液壓缸進(jìn)給不同步，夾緊到位時會出現(xiàn)曲軸從中心孔滑出來的現(xiàn)象，曲軸中心孔定位出現(xiàn)偏移，磨削出現(xiàn)偏磨，從而導(dǎo)致粗加工磨不完，精加工時因余量不足產(chǎn)生跳動，需要檢查液壓油路及卡盤內(nèi)部閥芯，清潔卡盤組件。在卡爪出現(xiàn)磨損不均的情況也會出現(xiàn)把工件夾偏，此時需要更換卡爪。

（4）中心支架輔助支承

中心支架支承在刀具作用點(diǎn)相近的位置，減少切削力作用下工件的彎曲變形，提高加工的精度。中心支架對工件跳動的影響主要有兩種：夾緊中心與主軸旋轉(zhuǎn)中心不同軸、中心支架圓柱滾子軸承磨損。

抬高或拉低中心支架都會使得夾緊后的中心與主軸中心不同心，中心支架將工件的中心拉偏旋轉(zhuǎn)中心，工件受到切削力時得不有效的支撐而變彎，出現(xiàn)跳動偏大。因此在粗加工階段，中心支架抬起度控制在10um，精加工中控制在抬起2um、推出8um左右，能夠有效的控制受力變形，獲得所需加工精度。

滾輪型中心支架，當(dāng)出現(xiàn)潤滑不良導(dǎo)致異常磨損或是滾子被鐵泥卡住時，中心支架夾持工件時產(chǎn)生震動，加工不平穩(wěn)，繼續(xù)使用就會產(chǎn)生振紋或是工件壓傷，軸頸跳動變大，此時需要疏通油路或是更換軸承。

2.2 工件中心孔的影響

曲軸中心孔作為各工序的加工基準(zhǔn)，對后工序曲軸加工跳動的產(chǎn)生有重要的影響，主要有以下兩方面：

（1）中心孔圓度不好

經(jīng)過驗(yàn)證，當(dāng)中心孔圓度大于0.03時，磨削工位對主軸頸產(chǎn)生的跳動增大較多，因此需要對圓度進(jìn)行控制。影響的要素有主軸的跳動過大、絲杠反向間隙大、夾具不穩(wěn)定、刀具剛性不好、使用單刃加工等，要對各要素進(jìn)行控制，如使用雙刃刀代替單刃刀，加工時工件受力平衡，可以有效的控制中心孔的圓度。

（2）中心孔上有鐵屑

曲軸在加工過程中使用油霧和冷卻液，加工后會有鐵屑粘在中心孔上，在磨削時頂尖將鐵屑頂在中心孔上，使得定位面不能很好地跟頂尖貼合，受力時產(chǎn)生偏移，從而產(chǎn)生跳動超差。通過在曲軸移動過程中增加毛刷、吹氣、清洗水管裝置將鐵屑去掉。

2.3 滾壓校直對跳動的影響

滾壓校直，經(jīng)過深滾壓后，由機(jī)床自帶的Marposs測量系統(tǒng)測出工件的跳動量，當(dāng)軸頸的跳動值超過設(shè)定值時，會通過RTC（實(shí)時計(jì)算機(jī)）計(jì)算出當(dāng)前最佳的校直方法，用適當(dāng)?shù)牧ζ渲心骋惠S頸進(jìn)行校直，以降低工件的徑向跳動。

（1）marposs測頭對校直的影響

滾壓后使用測頭對主軸頸的跳動進(jìn)行測量，如果小于設(shè)定的跳動值，則完成滾壓;如果大于設(shè)定值，通過運(yùn)算比較后對某一個軸頸施加力進(jìn)行校直，然后重復(fù)測量，直到達(dá)到要求。如果測量的數(shù)值不準(zhǔn)確，在RTC判定后，判定錯誤施加力對軸頸進(jìn)行校直，造成跳動的累加變大。需要檢查測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提高校直數(shù)據(jù)的可靠性。

（2）滾壓過程中滾壓力異常

過小的滾壓力使得工件達(dá)不得滾壓的效果，需要多次校直或無法校直;過大的滾壓力且方向不對時，會出現(xiàn)彎曲方向與原跳動方向的疊加加大跳動量，后工序加工時就會出現(xiàn)磨偏、跳動大，因此需要定期地進(jìn)行滾壓力檢查校準(zhǔn)。

2.4 精車止推面工序?qū)μ鴦拥挠绊?/p>

止推面位于A3主軸頸的兩側(cè)位置，加工時曲軸受切削力，由于沒有中心支架進(jìn)行支撐，加工過程中受力產(chǎn)生變形，出現(xiàn)A2、A3、A4的跳動變大?？赏ㄟ^減小止推面的加工余量，降低進(jìn)給速度來減小該工位造成的跳動。

2.5 磨床磨削導(dǎo)致跳動變大

（1）殘余應(yīng)力曲軸變形影響

曲軸在粗加工、熱處理后內(nèi)應(yīng)力過大，導(dǎo)致曲軸彎曲變形，經(jīng)回火、滾壓校直后應(yīng)力得到了一定的釋放，但仍有較大的殘余應(yīng)力帶到了磨削工序中，在曲軸磨削的過程中，殘余應(yīng)力持續(xù)釋放導(dǎo)致曲軸變形而導(dǎo)致跳動超差。

因此控制淬火、干切削變形，降低曲軸內(nèi)應(yīng)力是解決磨削后曲軸變形超差的根本措施。通過對感應(yīng)器有效圈改進(jìn)以及毛坯應(yīng)力的控制，解決曲軸淬火變形，降低曲軸的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而解決磨削后曲軸變形超差。在磨削工位，在粗磨結(jié)束后，通過松夾卡爪然后精磨，以此來釋放壓力，減少跳動超差。對于熱脹冷縮和組織轉(zhuǎn)變，引起曲軸整體長度變化，此時曲軸要可以自由伸縮，尾架頂緊力不能太大，否則跳動超差就比較明顯了。

（2）磨偏對跳動的影響

在磨削過程中，磨削力受到磨削余量的影響，當(dāng)來料的毛坯圓度不好、連桿頸相位不穩(wěn)定、中心孔圓度超差、或是有鐵屑粘在中心孔定位面上時，工件會往一個方向偏，磨削循環(huán)就會將工件磨偏，曲軸受力不均而彎曲，產(chǎn)生跳動超差。因此需要控制好曲軸來料的各個尺寸公差、保證磨削時受力均勻。

3主軸頸跳動超差案例

2018.7.4 白班，生產(chǎn)線車車?yán)瓩C(jī)床加工出來的工件除A3外，其它主軸頸A1、A2、A4、A5的跳動都超差，檢查發(fā)現(xiàn)三個卡爪伸出量不一致，原因?yàn)榈?個卡爪萬向軸承外圈定位銷斷裂旋轉(zhuǎn)一個角度，外圈上的臺階卡到卡爪，使其伸出量減小，夾緊力達(dá)不到而夾偏。重新正確安裝后跳動問題得到解決。

4結(jié)論

曲軸的加工工藝復(fù)雜多樣化，引起曲軸頸跳動超差的因素多種多樣，需要根據(jù)曲軸的加工工藝及定位方式來進(jìn)行逐一排除，為了能夠快速查找到問題的起因點(diǎn)，需要熟悉機(jī)床的夾具結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝步驟。以上是這些年來對故障處理后的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，同時還存在一些未明因素，需要繼續(xù)探討分析。

參考文獻(xiàn)

[1] 滾壓機(jī)《維修手冊》

[2] 車銑《維修手冊》

[3]? 張金安.大功率曲軸跳動超差解決措施[J].汽車工藝師，2010（5）：78-82.

[4] 馮飛.曲軸加工跳動問題探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（01）：102.

作者簡介

梁雄榮，本科學(xué)歷，助理工程師職稱，主要從事汽車發(fā)動機(jī)工廠數(shù)控設(shè)備維修、維護(hù)、設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)等方面工作。