M8260AX3000型曲軸磨床數控改造

吳成武

作者通聯：中國石油集團濟柴動力總廠再制造事業部 河北青縣 062658

E-mail：wxk8000@126.com

一、存在的問題

船用曲軸再制造工程是以廢舊曲軸為原材料，應用先進的表面工程技術和現代加工制造技術對曲軸失效部位進行修復，使其具有和新曲軸一樣的質量和性能。M8260AX3000型曲軸磨床（以下簡稱曲軸磨床）主要用于磨削曲軸的曲柄頸和主軸頸，可加工最大回轉直徑600mm、長3000mm的大型發動機曲軸。曲軸磨床在使用中主要存在以下問題：①頭架電機采用普通交流電機，無法實現變速，導致曲軸初始轉速過高，影響曲軸的初始裝夾位置。②采用機械裝置顯示進給量，無法準確測量因進給機構磨損導致的傳動誤差，影響磨削精度。③磨床裝夾定位機構采用雙頂尖定位方式，無法滿足再制造曲軸的快速裝夾和偏心調整需要。

為此改造曲軸磨床，提高加工精度，以滿足鐵基合金鍍鐵再制造曲軸的精確磨削需要，實現大型船用發動機曲軸磨削過程的自動控制。

二、改造實施

1.進給控制系統

對曲軸磨床進給系統進行數控改造，采用國產安邦信AM100系列變頻器調節頭架電機轉速，使得大型發動機曲軸的磨削速度可從零緩慢平穩增至所需轉速，實現曲軸工件的軟啟動。變頻器還可實現電機無級調速，避免正在加工的曲軸零件在啟動瞬間發生跑車，偏離預先裝夾工位，減小磨削過程中的振動。

在磨床砂輪進給的絲桿螺母機構的進給導軌位置加裝國產萬濠WTB300系列精密光柵尺和數顯系統，可直觀、精確顯示砂輪進給量，避免手輪進給造成的磨削誤差。改造后的曲軸磨床控制系統構成見圖1。

在連續修整及磨削過程中，磨床砂輪直徑不斷減小，即砂輪與工件的距離在不斷加大，因此對曲軸每一個主軸頸磨削時，都必須對砂輪進給軸進行補償[1]。以曲軸主軸頸中心點作為工件坐標系原點，在磨削加工前，預設砂輪終點位置值。在曲軸磨削加工過程中，每次曲軸軸頸磨到尺寸，利用光柵尺記錄當前砂輪進給軸的實測值，并與預先設定砂輪終點位置值比較，從而計算出砂輪磨損量。下一次磨削過程中，人工手動對砂輪終點預設值進行補償，然后將砂輪工作坐標置0，從而修正砂輪磨損造成的曲軸磨削加工誤差（圖2）。

2.機械系統

一部分再制造曲軸在服役期間，其主軸頸發生偏心，此時若仍采用曲軸兩端的頂尖孔進行定位，則會導致主軸頸在磨削過程中產生磨削量偏差。現將曲軸磨床頭、尾架的頂尖定位方式改為兩個四爪單動卡盤裝夾定位（圖3）。改造后可同時實現曲軸偏心調整及夾緊，避免重新設計多種尺寸的曲軸調整盤，縮短了曲軸再制造工期。通過特制連接盤將選定的Φ500mm四爪單動卡盤固定在磨床頭架、尾架撥盤法蘭上，使用時可單獨調整四個夾緊爪各自的位置將曲軸待磨軸頸回轉中心與機床主軸回轉中心調至同軸。將現用白剛玉砂輪更換為棕白混砂輪，可同時滿足鋼軸、球鐵軸和鍍鐵層的磨削要求。

圖3 曲軸磨床頭、尾架定位方式

三、改造效果

對改造后磨床進行性能測試，磨削試件曲軸任意兩個同方向的曲拐，檢查圓度、兩個曲拐的同軸度和直線度、R弧和外圓部位的粗糙度均達到再制造曲軸檢驗標準。定位夾緊和偏心調整機構實際使用后準確可靠，砂輪架進給軸定位誤差大幅降低，配合高精度光柵數顯系統，加工誤差＜0.025mm（改造前≥0.15mm），完全滿足曲軸精磨的精度要求。對曲軸磨床進行為期半年的使用檢驗，磨床砂輪進給控制系統、頭架驅動系統和機械系統運行穩定、可靠，故障率明顯降低。由于改造后不必制作大量不同規格的曲軸定位調整平盤，加工效率大幅提高，如改造前裝夾定位一根12V190曲軸需要約2.5～3h，現在可縮短至1h以內。

1 楊 松等.一汽大眾AF180曲軸磨床數控系統的改造[J].機電工程技術，2009（ 6）W13.02-28