兩段圓弧曲柄銷(xiāo)的過(guò)渡圓角可以這樣加工

摘要：本文介紹了車(chē)銑復(fù)合中心銑削加工由兩段圓弧組成的曲軸曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角的加工技術(shù)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。中高速柴油機(jī)（9000kW）大型曲軸：長(zhǎng)5730mm×主軸頸直徑370mm×曲柄銷(xiāo)直徑350mm，成品質(zhì)量6200㎏，是目前國(guó)內(nèi)中高速柴油機(jī)中規(guī)格最大的曲軸。曲軸零件如圖1所示，曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角是指曲柄銷(xiāo)與曲臂聯(lián)接的過(guò)渡圓角，尺寸R

27mm×R

10mm，主軸頸方向切深2.4mm，曲柄臂方向切深0.5mm。該部位對(duì)應(yīng)力集中非常敏感，過(guò)渡圓角對(duì)提高曲軸疲勞強(qiáng)度和使用壽命有非常重要的意義，直接影響柴油機(jī)的質(zhì)量和使用壽命。1.傳統(tǒng)加工方法傳統(tǒng)的曲軸曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角加工方法，是在曲軸專(zhuān)用車(chē)床上，用圓弧車(chē)刀走程序加工。曲軸固定在工作臺(tái)上，刀盤(pán)繞曲軸旋轉(zhuǎn)切削，每加工一拐，工人都必需吊裝移動(dòng)6t多的曲軸，重新定位、裝夾和對(duì)刀。加工出的過(guò)渡圓角形狀不精確、表面質(zhì)量差，由于曲軸變形大，過(guò)渡圓角形狀很不規(guī)則，圓周方向深淺不一，鉗工打磨工作量大。由于機(jī)床性能不穩(wěn)定，對(duì)工人技能要求很高，曾經(jīng)由于加工該部位時(shí)扎刀，報(bào)廢過(guò)一根曲軸，故加工風(fēng)險(xiǎn)很大。曲軸生產(chǎn)線購(gòu)進(jìn)車(chē)銑復(fù)合中心后，過(guò)渡圓角銑削刀具選用粗、精兩把球頭銑刀銑銑削加工，粗銑刀采用鑲刀片結(jié)構(gòu)，精銑刀為整體高速鋼焊接結(jié)構(gòu)。在車(chē)銑中心上，用球頭銑刀銑削過(guò)渡圓角，刀具懸伸太長(zhǎng)，剛性差，振刀嚴(yán)重。2.技術(shù)方案曲軸生產(chǎn)線購(gòu)進(jìn)車(chē)銑復(fù)合中心后，該設(shè)備為國(guó)內(nèi)首臺(tái)首制，沒(méi)有成熟的設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)除過(guò)渡圓角加工工序外，即可實(shí)現(xiàn)磨削前所有要素加工。為提高零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，對(duì)整個(gè)曲軸的加工工藝過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化、改進(jìn)，粗加工、半精加工分別上一次車(chē)銑中心，即可實(shí)現(xiàn)磨削前所有要素加工。過(guò)渡圓弧加工工序如果安排在車(chē)銑復(fù)合中心進(jìn)行，將會(huì)大大提高曲軸生產(chǎn)效率。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，為車(chē)銑復(fù)合中心設(shè)計(jì)選型一種專(zhuān)用曲軸圓角加工盤(pán)銑刀，在車(chē)銑復(fù)合加工中心實(shí)施曲軸曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角加工，使大型曲軸加工封閉在車(chē)銑復(fù)合加工中心和磨床上，提高曲軸加工工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，提高曲軸產(chǎn)品質(zhì)量。刀具方案確定是解決圓弧加工的瓶頸。前期其他機(jī)型曲軸配置的刀具為球頭銑刀，在使用過(guò)程中，該刀具暴露出振刀嚴(yán)重，表面粗糙度值達(dá)不到圖樣要求，刀具磨損快的缺陷，且球頭銑刀加工方案只能加工單一圓弧的過(guò)渡圓角，兩種以上圓弧銑削加工國(guó)內(nèi)暫無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)。曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角專(zhuān)用銑刀設(shè)計(jì)選型。刀具方案制定時(shí)，首先需要考慮盤(pán)銑刀銑削加工時(shí)，機(jī)床、刀具與工件不能發(fā)生干涉、碰撞現(xiàn)象，同時(shí)還需考慮銑刀對(duì)曲軸不能產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象，并且加工的圓弧形狀尺寸必須滿足圖樣要求。通過(guò)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用模擬仿真技術(shù)，最終確定刀具參數(shù)。該型曲軸曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角為R

27mm×R

10mm（見(jiàn)圖2），是由2段圓弧組合形成的光滑過(guò)渡圓角，用傳統(tǒng)的刀具和方法無(wú)法加工。針對(duì)這種問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了成型盤(pán)銑刀，由R

27mm和R10mm兩種圓弧刀片，搭接組合形成完整的R

27mm×R

10mm過(guò)渡圓角。為防止刀具與機(jī)床附件發(fā)生干涉，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬作圖分析，確定刀盤(pán)直徑為125mm，帶內(nèi)冷，刀片數(shù)量12個(gè)，其中R27mm的9個(gè)，R

10mm的3個(gè)，有效齒數(shù)z

eff=3；刀具長(zhǎng)度308mm。為保證刀具足夠的剛性和強(qiáng)度，刀桿直徑為80mm，與機(jī)床接口為CAPTOC8。為防止刀具在切削時(shí)發(fā)生振刀現(xiàn)象，配置了重金屬減振刀桿。裝刀方式為加工時(shí)機(jī)床主軸傾斜2°。車(chē)銑復(fù)合中心共有5個(gè)控制軸，數(shù)控系統(tǒng)為西門(mén)子840D，可以實(shí)現(xiàn)任意3軸聯(lián)動(dòng)。曲軸在車(chē)銑復(fù)合中心上旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄銷(xiāo)的位置也隨著旋轉(zhuǎn)，要加工該部位的過(guò)渡圓角，刀具就必須隨著曲柄銷(xiāo)的位置變化而移動(dòng)。我們采用隨動(dòng)銑削的加工方法進(jìn)行加工，就是刀具切削部位始終和曲柄銷(xiāo)的過(guò)渡圓角保持相切。為了避免銑刀遠(yuǎn)端與曲柄銷(xiāo)產(chǎn)生過(guò)切，加工時(shí)機(jī)床主軸必須傾斜2°。曲軸繞主軸頸中心回轉(zhuǎn)，主軸沿X、Y軸方向上下、左右移動(dòng)，銑刀與曲軸始終保持相切位置，三軸聯(lián)動(dòng)銑削加工。具體加工如圖3所示。進(jìn)刀方向?yàn)榇怪边M(jìn)刀。由于曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角與曲柄側(cè)面切深很淺，只有0.5mm，從曲柄側(cè)面最淺處垂直進(jìn)刀，簡(jiǎn)化了程序，避免45°方向進(jìn)刀時(shí)在曲柄銷(xiāo)上加工出一小平面。加工出的曲軸曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角形狀用設(shè)計(jì)的樣板檢驗(yàn)，表面粗糙度值用粗糙度測(cè)量?jī)x檢測(cè)。3.效果實(shí)現(xiàn)了曲軸曲柄銷(xiāo)過(guò)渡圓角為兩段圓弧的銑削加工，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與跟蹤，這種方法在車(chē)銑復(fù)合中心加工出的圓弧，用樣板檢驗(yàn)符合圖樣要求，表面粗糙度值由原來(lái)的Ra=12.5μm提高到Ra=3.2μm。原來(lái)在曲軸專(zhuān)用車(chē)床上，按單拐找正加工曲軸過(guò)渡圓角，包括