基準選擇對曲軸孔系位置度的影響

韋佳珍 劉俊伶

【摘 要】中心孔和主軸頸是曲軸上非常重要的定位和測量基準，在曲軸孔系加工和檢測過程中，定位基準選取直接影響到位置度加工及測量的最終結果。文章分析了基準選擇對曲軸孔系位置度的影響，對曲軸其他加工和檢測工藝有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】曲軸孔系；基準；位置度

【中圖分類號】TG537 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）06-0064-04

0 引言

曲軸是發動機的核心組件，其加工質量直接影響發動機的安全性能、動力性能等。曲軸螺紋孔、定位銷孔是曲軸加工的重要工序之一，其加工位置度直接影響曲軸飛輪的安裝及發動機的運行。本文以上汽通用五菱汽車股份有限公司的CNC機床及實驗室測量設備為例，說明不同基準對曲軸孔系位置度的影響。

1 曲軸孔系工藝要求

上汽通用五菱汽車股份有限公司發動機工廠曲軸一期生產線對于B12系列曲軸孔系的加工過程分為以下幾步：？譹？訛預鉆兩端中心孔；？譺？訛重鉆法蘭端中心孔；？譻？訛重鉆芯軸中心孔及攻絲；？譼？訛法蘭端螺紋孔成型鉆孔攻絲加工；？譽？訛工藝孔鉆鉸成型加工。曲軸孔系除了有基本工藝尺寸要求外，對于基準位置度也有嚴格的要求；如圖1所示，其中A-B為曲軸中心線，C為第一連桿頸。

2 曲軸孔系工藝過程分析

2.1 設備夾具介紹

B12系列發動機曲軸孔系的成型加工由OP60工位加工中心完成，機床以第一連桿頸作為徑向定位基準，固定式“V”形塊定位夾緊第一和第五主軸頸；以法蘭端面作為軸向定位基準，夾緊第六平衡塊（如圖2所示）。

2.2 機床定位誤差分析

機床“V”形定位塊的夾角α=90°，在不計“V”形塊磨損及其本身加工誤差，僅考慮工件外圓尺寸變化造成的影響，則工件中心沿Z向在O1至O2范圍變化，計算公式如下：

△dw=O1O2=■=0.707δd

公式中：δd為直徑公差。

圖3為采用“V”形定位中心線變化示意圖。曲軸第一和第五主軸頸直徑公差δd=±0.1 mm，相當于曲軸主軸頸直徑變化在垂直方向上產生的最大位置度誤差△dw=0.14 mm。

圖4為OP60加工中心徑向定位示意圖。加工中心以第一連桿頸周向定位，我們僅考慮工件的外圓尺寸公差δd的影響，工件中心在Oa至Ob范圍變化，導致螺紋孔中心處在Oa'至Ob'；計算公式如下：

△dw=Oa'Ob'=■R=■=0.557δd

公式中：δd為直徑公差；R為螺紋孔分布圓，R=22 mm；S為曲軸半沖程，S=39.5 mm。

由于連桿頸直徑公差為δd=±0.1 mm，相當于連桿頸直徑變化引起的徑向方向最大位置度誤差為0.11 mm。

2.3 實驗室對于曲軸孔系位置度測量介紹

上汽通用五菱汽車股份有限公司發動機工廠質量實驗室對于曲軸孔系位置度的測量也是以第一、第五主軸頸及第一連桿頸為定位基準，因此主軸頸和連桿頸直徑變化造成的中心偏移對于孔系位置度的測量精度會產生較大的影響。圖5為質量實驗室對曲軸OP60工位某機床連續加工50件的螺紋孔位置度測量數據。從圖5中我們可以看出，這些孔系位置度測量數據極不穩定，幾乎覆蓋了整個公差帶，車間生產部門難以根據測量數據進行有效的控制和調整。

2.4 提高曲軸孔系位置度精度的探索

上汽通用五菱汽車股份有限公司發動機工廠曲軸主軸頸和連桿頸的加工經過粗車（OP20工位）/粗銑（OP30工位），磨削加工（OP70，OP80工位）和拋光（OP130工位）3道工序；曲軸孔系的加工位于磨削工序（直徑公差要求為12μm）之前，其位置度的加工和測量均是以粗加工面為基準，粗基準中心線與成品基準中心線存在較大的偏差。

曲軸另一個重要的基準是兩端中心孔，經過OP60工位重鉆中心孔后，曲軸后續軸頸加工工位均是以中心孔為加工徑向定位基準。實驗室測量中心孔Y軸坐標和第一、第五主軸頸直徑相關性數據如圖6、圖7所示。

法蘭端中心孔和第五主軸頸直徑的相關系數為0.934，芯軸端中心孔和第一主軸頸直徑相關系數為0.836，相關性顯著。

在OP60后續工位加工中，以中心孔為基準完成主軸頸和連桿頸精磨，以第一、第五主軸頸中心線為基準測量中心孔X方向的軸向距離，50個工件能力驗證數據為PP=14.13，PPK=14.08，而磨削前的過程能力為PP=1.00，PPK=0.93，磨削過后測量的位置度穩定性明顯優于磨削前。圖8為中心孔磨削前、后X方向坐標。

為驗證中心孔基準對螺紋孔位置度的影響，采用中心孔作為基準測量螺紋孔位置度[如圖9（a）所示]，X方向過程能力為PP=3.68，PPK=3.48。當采用第一、第五主軸頸軸心線作為基準測量的位置度[如圖9（b）所示]，X方向過程能力為PP=0.95，PPK=0.91；通過對比我們不難得出結論，主軸頸直徑對螺紋孔X方向位置度的測量值有很大的影響。

3 結論

實踐證明，基準選擇對曲軸孔系的加工和測量有重要的影響。合理選擇加工和測量基準有利于保證曲軸孔系位置度加工和調整的準確性，在實際生產中，如何減小基準不一致引起的加工誤差也是值得我們思考的問題。在該案例中，為保證過程基準和成品基準的統一，可以通過改造機床夾具，將夾緊定位機構由固定式夾具改為浮動式定心夾具，以消除直徑波動因素對孔系加工位置度的影響。在新生產線的建立或生產線改造中，也需要在項目階段對加工測量基準問題進行全方位的考慮。

參 考 文 獻

[1]曹同生.孔定位基準位移誤差的分析計算[J].機床與液壓，2000（2）.

[2]徐學林.互換性與測量技術基礎[M].長沙：湖南大學出版社，2007.

[3]李梅.三坐標測量孔系位置度方法的實踐[J].計測技術，2008（12）.

[4]寇植達.關于孔系位置度標注和檢測方法的研究與探討[J].工藝裝備，2016（9）.

[責任編輯：陳澤琦]