曲軸中心孔深度加工不穩定的解決方案

■長城汽車股份有限公司　（河北保定　071000）　劉建剛

曲軸中心孔深度加工不穩定的解決方案

■長城汽車股份有限公司（河北保定071000）劉建剛

摘要：在曲軸生產制造過程中，中心孔作為主要的定位基準，其作用至關重要。中心孔深淺不一將影響曲軸在機床上的軸向定位，使加工余量分布不均。本文針對中心孔深度加工不一致問題，通過在機床上創建第二切削刃數據，并在NC編程中使用第二刀具長度補償，使中心孔加工尺寸依據第二刀具長度進行精確補償，徹底解決了中心孔加工深度不穩定的問題，對提高加工質量起到了重大的作用。

1. 問題的提出

某機型曲軸生產線正式投產后，一直存在一個問題：在OP10工序銑端面、鉆中心孔時，每次更換中心鉆后，加工中心孔的深度總是出現嚴重超差情況，造成加工不良，需要對中心孔深度尺寸進行調整。作為加工后序的定位基準，其作用至關重要。中心孔的深淺不一，不僅影響后序的加工定位，使毛坯粗加工余量分布不均勻，而且對后序刀具使用壽命產生嚴重影響，出現異常磨損或崩損情況，使得后序工序加工過程中出現一系列的不良反應。

2. 加工工藝介紹及原因分析

（1）加工工藝介紹。OP10的加工內容為銑兩端面、鉆中心孔、套車法蘭及小頭軸頸。所用設備為單托盤臥式高速加工中心，機床控制系統采用西門子840D系統，機床各軸采用光柵尺進行閉環控制，重復定位誤差在0.01mm以內。工件軸向定位基準為第三主軸頸兩止推面，徑向定位基準為第一、第五主軸頸，采用自定心的液壓夾具定位，夾緊定位可靠。所用中心鉆為硬質合金材質，采用液壓刀柄夾緊，干式切削，鉆頭可進行重磨。中心孔深度要求為：將直徑為12.7mm的鋼球放置于中心孔中，測量球頂至法蘭端面的距離為（6.43±0.05）mm，如圖1所示。

（2）中心孔深度超差原因分析。根據實際加工過程反饋，出現中心孔深度超差的情況主要為每次換刀后，調整合格后在一個換刀周期內加工尺寸是穩定的。因此，主要針對刀具與加工程序調整方面進行重點分析。

從刀具方面分析。所用中心鉆為硬質合金材質，可進行修磨，同時對中心鉆引導部分及60°錐面進行修磨。對比修磨刀具與新刀具后發現，修磨刀具引導部分，鉆尖頂端至錐面切削刃的長度L存在差異，同時修磨的中心鉆頂角與60°錐面角度也存在誤差，如圖2所示。

圖1　曲軸加工定位示意圖

圖2　中心鉆刀具

刀具調整方面，只保證刀柄與主軸結合面至中心鉆頂端的刀長尺寸L1，用對刀儀精確測量。中心鉆60°錐面尺寸未知，依靠修磨精度保證。

從加工程序方面分析。加工法蘭端中心孔程序如下：

N1190 G0 G55 G60 G602 S2970 M3 B90;===FLANGE_L1===（調用G55坐標系，主軸啟動）

N1200 STOPRE（程序停讀）

N1210 TRANS X=-(KOR[92]) Y=KOR[91] Z=((KOR[1])+(KOR[2]))（對G55坐標系進行偏置）

N1220 G0 X0 Y0 M52（X/Y軸快速定位至工件原點）

N1230 R1=-11.5 R2=2 R3=-12 R4=0.1 R10=2 R12=2970 R14=594 R18=1485 R19=297（參數賦值）

N1240 L815（調用子程序）

N1250 G0 Z100（Z軸快速回退）

其中L815子程序內容如下：

G0 Z=R2（默認調用刀具長度補償D1，快速定位至距工件表面2mm處）

S=R12 F=R14

G1 Z=R1（工進至R1參數定義位置）

S=R18 F=R19

G1 Z=R3（工進至R3參數定義位置，中心孔要求的深度）

G4 F=R4

G0 Z=R10 S=R12 （刀尖回退至安全平面）

RET（返回程序開頭）

綜合以上分析，由程序可看出，刀具快速定位至工進結束都采用同一刀具長度補償值，中心孔錐面的加工深度依靠中心鉆刀尖的工進深度來控制。由于刀具方面存在圖2所示不可避免的誤差，而此誤差是導致每次換刀中心孔深度不穩定的主要因素。如何補償中心鉆60°錐面與刀尖之間的誤差成為解決中心孔深度加工不穩定的關鍵。

3. 具體解決方案

通過對加工中心孔工藝進行分析，計算出測量鋼球與中心孔60°錐面接觸部位的直徑為11mm，如圖3所示。因此，在刀具調整過程中，只要精確測量φ11mm切削刃至刀柄與主軸結合面處的距離L2，在機床刀具參數中新建立此處切削刃數據，并在NC編程中調用此長度補償，就可以精確控制中心孔加工深度。

圖3　法蘭端中心孔深度

對加工程序進行更改，第一切削刃數據L1只用于刀具快速定位時的刀具長度補償，當刀具轉入工進時，調用第二刀具長度補償L2，使φ11mm切削刃工進至圖3所示鋼球與中心孔結合處，就保證了中心孔深度尺寸合格。刀具備刀時，測量并打印中心鉆φ11mm處高度數據，每次更換刀具時，根據打印的刀長數據對機床中刀具數據進行更改，使得換刀后加工中心孔錐面的第二刀具長度補償數據與實際刀具長度一致，確保加工的一致、穩定。更改后的加工程序如下：

N1190 G0 G55 G60 G602 S2970 M3 B90;===FLANGE_L1===（調用G55坐標系，主軸啟動）

N1200 STOPRE（程序停讀）

N1210 TRANS X=-(KOR[92]) Y=KOR[91] Z=((KOR[1])+(KOR[2]))（對G55坐標系進行偏置）

N1220 G0 X0 Y0 M52（X/Y軸快速定位）

N1230 R1=-2.6 R2=2 R3=-3.1 R4=0.1 R10=2 R12=2970 R14=594 R18=1485 R19=297（加工深度參數重新賦值）

N1240 L815（調用子程序）

N1250 G0 Z100（Z軸快速回退）

更改后L815子程序內容如下：

G0 Z=R2 D1（默認調用刀具長度補償D1，快速定位至工件表面2mm處）

S=R12 F=R14

G1 Z=R1 D2（采用第二刀長補償，工進至R1參數定義位置）

S=R18 F=R19

G1 Z=R3 D2（采用第二刀長補償，工進至R3參數定義位置，中心孔要求的深度）

G4 F=R4

G0 Z=R10 S=R12 D1（重新調用D1補償，刀尖回退至安全平面）

RET（返回程序開頭）

4. 加工效果驗證

通過連續多次換刀加工驗證，中心孔深度尺寸滿足公差要求，均在合格范圍內。改善效果明顯，消除了因刀具修磨一致性問題導致的加工超差，提高換刀加工首件合格率，并有效地消除了此加工不良對后序產生的影響，提高了產品品質及線體開動率。

5. 結語

對中心孔加工程序及刀具方面進行系統分析，完善了原加工方案。通過分析、計算，建立了新的刀具測量、調整及控制標準，消除刀具自身誤差，滿足了加工要求。對于其他一些高精度加工部位的控制提供了類似的經驗與方法，在生產中有較大的借鑒意義。

收稿日期：（20150420）