王元臣　艾金龍　胡士國　李波　趙秀榮

摘 要：該文介紹了柴油發(fā)動機曲軸孔7個單孔的同軸度超差調(diào)整的方法。曲軸孔同軸度是整個發(fā)動機缸體生產(chǎn)線加工質(zhì)量控制的重點，也是難點，其直接影響了發(fā)動機曲軸高速運轉(zhuǎn)的的狀態(tài)，同軸度不好會產(chǎn)生“曲軸抱死、聲音噪聲異響及抱軸”的故障。該加工設(shè)備安裝初期加工的同軸度極不穩(wěn)定，設(shè)備廠家?guī)缀趺吭露家{(diào)整，都沒有徹底解決，咨詢同類設(shè)備的其他廠家也沒有很好的解決方法，所以長期以來一直是通過技術(shù)偏離到0.035 mm使用。該文就是對該問題的精度調(diào)整，達到工藝要求，滿足裝配需求。

關(guān)鍵詞：同軸度精度調(diào)整;機床加工;同軸化超差

中圖分類號：TH162? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

1 項目背景及總體思路

發(fā)動機曲軸孔作為發(fā)動機缸體上的一個關(guān)鍵部位，對發(fā)動機整體性能具有重大的影響。它的作用主要是支撐曲軸，傳遞從曲軸柄傳來的轉(zhuǎn)矩并通過凸緣輸出，吸收氣缸活塞運動過程中的軸向力和側(cè)向力[1]。

為了盡可能地減小曲軸運轉(zhuǎn)時的摩擦力并保證曲軸在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)性，要求7個單曲軸孔要在一條同軸線上，同軸度要求在0.02 mm內(nèi)，而實際同軸度已超過0.035 mm，不能滿足工藝及使用要求，造成發(fā)動機總成因曲軸跳動大出現(xiàn)“曲軸抱死、聲音噪聲異響及抱軸卡死”等故障問題[2]，導(dǎo)致整臺發(fā)動機出現(xiàn)報廢的嚴重后果。為了保證發(fā)動機的質(zhì)量穩(wěn)定性，確保曲軸孔同軸度控制在工藝要求尺寸以內(nèi)，需要徹底調(diào)整解決同軸度超差的問題。

2 主要科技創(chuàng)新

創(chuàng)新發(fā)明發(fā)動機缸體曲軸孔同軸度調(diào)整的方法，解決長孔系（超過1 000 mm）加工中同軸度超差調(diào)整的技術(shù)難題。

打破長孔系同軸精度調(diào)整長期以來依靠外部力量例如國外技術(shù)支持的技術(shù)制約。

創(chuàng)新使用調(diào)整工具，創(chuàng)新調(diào)整方法，減少調(diào)整人員的調(diào)整時間及勞動強度。

編制長孔系同軸度調(diào)整作業(yè)指導(dǎo)書，固化檢測及調(diào)整步驟，對其他精度調(diào)整起到技術(shù)指導(dǎo)作用。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容

3.1 機床加工的工作原理

機床加工的工作原理如下。1）該加工設(shè)備是一臺曲軸孔加工專用機床，使用曲軸孔加工專用鏜刀桿，該鏜刀桿長度為1 640 mm，安裝了7組加工曲軸孔的刀架與刀片、2組加工止推面的刀架與刀片及加工油封孔的刀架與刀片，完成曲軸孔、止推面及油封孔的精加工，如圖1所示。2）鏜刀桿與動力輸出機構(gòu)是通過聯(lián)軸器與緊固螺栓的剛性連接，以此保證動力傳輸?shù)姆€(wěn)定性與連續(xù)性，降低轉(zhuǎn)速傳動的衰減率，確保刀桿加工孔徑粗糙度及孔徑一致性符合工藝要求。 3）自動機械搬運機構(gòu)把待加工缸體搬運到加工工位，完成缸體工裝預(yù)定位，然后鏜刀桿在動力輸出機構(gòu)的推動下以固定的姿態(tài)穿過第一個支撐套、3個單曲軸孔、第二個支撐套、4個單曲軸孔、進入刀桿第三個支撐套，完成加工前的工件工裝定位與刀具定位。4）由動力輸出機構(gòu)帶鏜動刀桿在3個支撐座內(nèi)以加工速度旋轉(zhuǎn)，3個支撐座內(nèi)安裝的3個直徑與刀桿外徑尺寸幾乎一樣的特制軸承來控制刀桿旋轉(zhuǎn)時的跳動，刀桿與特制軸承為間隙配合，同時要求3個支撐座在同一條軸線上，保證鏜刀桿高速旋轉(zhuǎn)時跳動不能超過0.02 mm，在缸體內(nèi)按一個方向以給定的進給速度移動完成曲軸孔的加工，如圖2所示。

3.2 造成同軸度超差的原因

造成同軸度超差的原因有6點。1）該設(shè)備因是曲軸孔加工的專用機床，設(shè)備結(jié)構(gòu)由安裝動力輸出機構(gòu)的基座、工裝安裝基座及其他孔系加工基座3部分組成，由于長期工作設(shè)備的工作基面產(chǎn)生變形，使工作基座與加工工裝的基座不在同一個平行面上，造成主軸（在基座上）與鏜刀桿（進入工件后在工裝部分）形成上下與左右夾角，運轉(zhuǎn)時動力輸出機構(gòu)與鏜刀桿產(chǎn)生擺動與振動。2）鏜刀桿由于長期處于高速加工狀態(tài)，加工中會遇到許多外力的干涉，因此會造成鏜刀桿不規(guī)則變形，致使鏜刀桿轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生不規(guī)則擺動（刀桿長度1 640 mm，正常高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生彎曲變形，就如3人跳繩一樣中間產(chǎn)生彎曲，由中間支撐座來控制刀桿的彎曲變形，保證刀桿變形控制在0.02 mm），嚴重影響3個支撐座同軸度，同時嚴重影響支撐座內(nèi)軸承的使用壽命。3）鏜刀桿在3個支撐座內(nèi)長期高速旋轉(zhuǎn)切削加工，致使3個支撐座的受力不均勻，造成3個支撐座同軸度不好，不在同一軸線上，鏜刀桿在高速運轉(zhuǎn)時，3個支撐座控制的鏜刀桿就會產(chǎn)生不一樣旋轉(zhuǎn)軌跡，長期使用造成鏜刀桿產(chǎn)生不規(guī)則的變形。4）特制軸承磨損變化影響鏜刀桿的歪曲變形及工件同軸度。5）以上4種原因相互存在，相互制約，同時都會出現(xiàn)故障問題。6）由以上原因造成的加工的7個單曲軸孔的中心不在同一條直線上，導(dǎo)致同軸度超差。

3.3 分析與調(diào)整

3.3.1 制定維修方案

把加工的工件通過三坐標(biāo)進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果分析產(chǎn)生的原因，主要是針對第二項原因分析制定維修方案。

具體措施如下所示。1）利用電子水平儀、對第1項設(shè)備地基變形不平的問題進行檢測，利用條形水平儀、平尺等測量工具檢測工裝的水平及與基座的的平行，需要把基座調(diào)整到0.05 mm以內(nèi)，工裝調(diào)整到0.02 mm以內(nèi)，平行夾角控制在1°以內(nèi)。2）第2項需要對鏜刀桿重新通過刷鍍直徑加大再修磨到原刀桿尺寸，修整鏜刀桿的直線度要在0.015 mm以內(nèi)。3）第3項利用特制同軸度測量工具測量3個支撐座的同軸度實際超差尺寸，通過檢測同軸度達到0.08 mm，超差嚴重，需要把3個支撐座同軸度調(diào)整到0.015 mm以內(nèi)。4）在檢測第3項3個支撐座的同時對特制軸承進行檢測，發(fā)現(xiàn)間隙特別大，旋轉(zhuǎn)有異響聲音且震動，需要更換新軸承。

3.3.2 調(diào)整數(shù)據(jù)采集

通過以上分析，結(jié)合機床的實際狀況，需要現(xiàn)場將以上分析的數(shù)據(jù)進行采集，具體操作如下。1）機床的基座比較長（單個長度在3 500 mm左右，3個基座大約8 000 mm左右），動力輸出機構(gòu)與加工工裝部位在一個機床基礎(chǔ)基座上，但不在同一個地面基礎(chǔ)上，需要同時檢測2個部位基座變化趨勢，如圖3所示。2）工具與量具：工具主要專用緊固板手及其他輔助工具，量具主要是電子水平儀、長度1 500 mm的平尺、高精度框式與條式水平尺各2個，等高塊150 mm×30 mm 2個。3）利用電子水平儀測量基座與地面的水平變化，通過檢測基座的水平超差0.2 mm，已經(jīng)造成機床不規(guī)則傾斜，需要把超差基座調(diào)整水平達到0.05 mm以內(nèi)。4）拆除機床動力部位的護罩露出滑軌及拆除加工部位的3個支撐座，便于放置等高塊及平尺檢測工裝與基座的平行變化趨勢，通過檢測基座與工裝的平行超差5 °，（這是造成鏜刀桿變形的主要因素）需要把平行夾角控制在1 °以內(nèi)，盡量做到工裝與動力頭部位水平情況一致，這樣保證兩者在一個水平直線上，達到調(diào)整要求。

3.3.3 機床調(diào)整過程

數(shù)據(jù)采集完成后，分許梳理采集的數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)整理出調(diào)整順序，制定調(diào)整步驟。1）調(diào)整機床基座的墊鐵，根據(jù)水平儀的變化趨勢調(diào)整不同的墊鐵，最終將基座的水平調(diào)整到0.05 mm以內(nèi)。2）以動力輸出機構(gòu)為基礎(chǔ)，調(diào)整3個支撐座，首先調(diào)整靠近動力輸出機構(gòu)的支撐座，使動力輸出機構(gòu)與其他2個支撐座都以這個支撐座為基礎(chǔ)進行調(diào)整，具體操作方法：把帶百分表的磁力表座吸附在動力頭的主軸位置，檢測第一個支撐座的平面跳動、支撐座內(nèi)孔的圓跳動、上下與左右的母線跳動及傾斜情況，最終調(diào)整到以上幾個數(shù)據(jù)都在0.015 mm以內(nèi)，這樣保證動力輸出機構(gòu)與第一個支撐座保持同軸，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，來調(diào)整其他2個支撐座。調(diào)整中間支撐座，利用特制調(diào)整工具以第一個支撐座為調(diào)整基礎(chǔ)，檢測中間支撐的平面跳動、圓跳動、上下與左右母線的傾斜情況，最終也調(diào)整到2個支撐座同軸度、平面跳動、圓跳動及上下左右母線跳動都在0.015 mm以內(nèi)，以此類推完成最后一個支撐座的調(diào)整。3）以上調(diào)整完成以后，把刀桿裝入3個支撐座內(nèi)來回推動，觀察感受刀桿在3個支撐座內(nèi)的受力情況，保證刀桿在3個支撐套內(nèi)的受力最小，盡量做到一個人利用很小的力量就能來回移動。4）用動力頭檢測刀桿與動力頭圓跳動、左右及上下母線的變化情況，如果各個數(shù)值都超過0.02 mm，需要調(diào)整到0.015 mm以內(nèi)，這時就得以刀桿來調(diào)整動力頭，盡量保證動力頭與刀桿同軸度控制在0.015 mm。5）在完成以上工作后連接鏜刀桿與動力輸出機構(gòu)，空運轉(zhuǎn)機床，觀察鏜刀桿與動力輸出機構(gòu)的運轉(zhuǎn)情況，確定震動、溫度及噪聲情況，沒有以上問題后即可試加工工件。6）觀察加工件的三坐標(biāo)檢測報告，仔細查看每一個加工部位的尺寸，包括各孔的位置度、各孔的同軸度、加工的粗糙度。7）因調(diào)整與實際加工存在一定的誤差，要根據(jù)加工出來的檢測報告進行微調(diào)，包括同軸度、位置度及粗糙度，最終要達到工藝要求的同軸度0.02 mm。

4 結(jié)語

綜上所述，通過此次曲軸孔同軸度精度調(diào)整，解決了該公司發(fā)動機曲軸孔同軸度長期通過技術(shù)偏離的方式使用的問題，消除了極大的質(zhì)量隱患，為發(fā)動機整體質(zhì)量提升起到關(guān)鍵作用。同時解決了長孔系加工的技術(shù)難題。此次調(diào)整的成功，提升了技術(shù)人員分析能力、現(xiàn)場調(diào)整人員的技術(shù)能力，為以后精度調(diào)整技術(shù)問題提供了信心，也為其他發(fā)動機曲軸孔同軸度超差問題提供了技術(shù)思路。

參考文獻

[1]王成偉，劉玉嶺. 缸體曲軸孔加工工藝分析[J]. 汽車制造業(yè)，2015（5）：26，28.

[2]高志永，張斌，羅和平，等.發(fā)動機缸體曲軸孔加工工藝研究[J].機械工程師，2013（2）：19-20.