提升缸体曲轴孔位置度加工能力浅析_夏元满.doc

提升缸体曲轴孔位置度加工能力浅析上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司 夏元满 安源 摘要：以某4缸铸铁缸体的加工为例，介绍了缸体加工曲轴孔的常见工艺和设备，通过解决缸体线曲轴孔加工能力低的问题，分析了缸体曲轴孔加工中的常见问题和关键加工参数，分享了在缸体曲轴孔加工的经验。关键词： 缸体 曲轴孔 加工中心 工艺 位置度引言发动机缸体属于典型的多面多孔的箱体类零件，主要加工特征是平面和孔系，加工工艺复杂。曲轴孔作为缸体上的重要孔系。曲轴的高速运转对曲轴孔的加工提出了较高的工艺要求，其表面粗糙度低，尺寸精度高，形状精度和位置精度高，而且曲轴孔的加工质量直接影响发动机的性能。1 曲轴孔加工工艺和设备加工中心采用德国EXCEL设备，设备型号XS211（B-AXIS，HSK63，FanucCNC系统）。设备主轴图见图1.设备主要参数如下，X/Y/Z工作行程=630mm630mm710mm，X/Y/Z快速移动速度=66m/min66 m/min66 m/min，, X/Y/Z最小加速度=6 m/s*s6 m/s*s6 m/s*s，主轴转速=10000rpm，主轴功率30kW（100%）/45kW（40%）,采用Heindenhein的光栅尺，主轴内冷并内冷压力=5Mpa，轴定位精度=8m，轴重复定位精度=4m，主轴端面跳动跳动和径向跳动均=2m。 图1机床结构示意图曲轴孔加工要求见图2，加工孔5个，图示#951(同901)，952(同902)，953(同903)，954(同904)，955(同905)孔，加工要求包括：直径、位置度、同轴度、圆度、粗糙度等。图2曲轴孔加工要求图曲轴孔加工工艺为：粗镗曲轴孔半圆粗铣轴承盖接合面加工轴承盖安装孔精铣轴承盖接合面，机床自带测量系统100%测量并进行自动补偿清洗零件安装轴承盖精镗曲轴孔铰珩曲轴孔，设备自带测量系统对直径100%测量清洗拆出轴承盖装轴瓦及止推片装曲轴安装轴承盖回转力矩测量。而精镗和铰珩曲轴孔是曲轴孔加工中的重点和难点，本文着重分析提高本工位加工中曲轴孔位置度的能力问题。左图中1为缸体，2为轴承盖，3为轴承盖安装螺栓。轴承盖安装后形成完整的曲轴孔。 图3曲轴孔结构示意图2 曲轴孔刀具切削过程首先，T16001加工#955，#954档，然后T16002加工#953，#952，#951档。加工时，首先加工出一二挡孔，用此两孔做为长刀的支撑导向孔，以长刀保证加工稳定和各孔间的同轴度。加工后面三孔时，用加工好的前两挡孔作为长刀体上导向条的支撑孔，刀具旋转时，切削液会在导向条与已加工孔之间形成一层油膜，对刀体起到支撑作用，从而保证切削稳定。通过刀具自定位的方法，解决了刀具刚性不足的问题，同时也以此保证了各挡孔之间的同轴度。 图4 T16001加工示意图 图5 T16002加工示意图3 曲轴孔加工中能力低问题描述2012.1至今，缸体OP160曲轴孔位置度能力持续小于0.8，见图5能力曲线图，目标要求0.8. 图5 能力曲线图4 曲轴孔加工中能力低问题原因分析针对曲轴孔位置度NOK问题，从人、机、料、法、环、测进行了问题定义树分析，如下： 针对问题定义树，原因分析如下表1序号原因分析对策贡献度1 刀片耐磨性差导致曲轴孔加工跳动大 验证前角零度刀片，新刀片耐磨性好，加工数据稳定性改善明显（已完成） 25% 2 切削液浓度低，油膜刚度差 全部提至11%-12%（已完成）15% 3 刀具悬伸长，CNC加工曲轴孔共性问题及其他原因为改善曲轴孔位置度，重庆基地使用带有导套的CNC，等待重庆基地加工情况（TBD）15% 4调刀不好 TCM调刀SOS中明确overhang值&背锥值，员工按SOS操作，刀具ME抽查（已完成） 10% 5 定义标准及时调整 每周查看q-das数据，按需调整（持续进行） 10% 6 导条崩损刀具返修NOK Marpa提供检测报告及返修报告，返修刀具上线做N3验证再进行加工（持续进行） 5% 7 半精镗切削受力大，导致孔位置度差，精镗余量小 曲轴孔分段进给验证，已完成并更改加工工艺5% 8 刀柄端面与主轴夹持面存在异物 车间装刀时擦拭刀柄（ 暂执行1月） 5% 9 气检块高度不在同一水平高度 根据位置度Y向趋势人为调整以改善位置度 5% 10 刀具跳动 定期打刀具在主轴上的跳动 1次/2周5% 11 来料粗镗曲轴孔位置度NOK OP10曲轴孔位置度与OP160曲轴孔位置度无对应趋势 - 12 CMM测量稳定性差 对比M1/M2 CMM测量结果，无明显差异； - 表1 原因分析表4 曲轴孔加工中能力低问题要因确认要因确认一：切削液浓度低 。提高缸体线OP160B切削液浓度至1112%，图6数据对比如下：图6 数据对比图#955距离主轴较近，为短刀加工，Y方向较调整之前更加稳定，中间有偏离中值现象，后续需及时调整，X方向稳定 #951距离主轴较远，为长刀加工，Y方向数据波幅较之前有所改善，X方向稳定 要因确认二：刀片耐磨性差批量切件验证前角零度刀片，单方向数据稳定，能力值改善明显，见图7.经过客观验证，我们确定了两个要因：切削液浓度低，油膜刚度差 刀片耐磨性差导致曲轴孔加工跳动大。 图7 数据对比图5 曲轴孔加工中能力低问题对策：对策实施一：提高切削液浓度。设备浓度检测数据如下（验证值为11%12%），数据如下图8。更改切削液浓度至今，能力数据前后对比如下图9。结论：更改切削液浓度后，1、5档整体位置度及单方向位置度能力值均不同程度改善 图8浓度检测数据图 图9能力数据对比图对策实施二：使用耐磨性好的刀片。全部切换前角零度刀片，能力改善明显，数据对比如下图10。结论：前角零度刀片（精）耐磨性优于原刀片，对能力指数提升贡献较大图10更改刀片后能力数据对比图4 综述经过上述改进，曲轴孔位置度已经满足大批量生产的要求，但加工工艺的优化还有很大的空间，特别是为改善曲轴孔位置度，对于带有导套的加工刀具引入还有待进一步的关注。曲轴孔是缸体中的关键加工部位，需要保证曲轴孔的各项加工精度。上述依据是企业现场加工经验以及问题解决，具有指导加工的实际应用价值。对缸体柔性生产线上各关键部位的加工，需要综合考虑加工工艺、刀具技术和加工设备，采用先进高效的工艺方法，以