高效智能化的曲軸油道孔加工中心

■ 神龍汽車有限公司 （湖北襄陽 441004） 葉宗茂 劉雪松

高級工程師 葉宗茂

發動機曲軸油道孔加工經歷了槍鉆自動線加工時代，加工工藝采用復合刀具進行工序分散加工，刀具壽命短，油道孔位置精度難以保證，嚴重困擾著曲軸生產線的節拍和效率，是曲軸生產線的瓶頸工序。其后又經歷了油道孔臥式加工中心時代，雖然油道孔加工精度、加工效率得到了保證，但單機生產節拍78s，仍然較低，1條20萬產能的曲軸生產線至少需要兩臺加工中心才能滿足產能要求，嚴重影響了生產線布局，增加了生產線投資和產出費用。近年來西班牙ETXE-TAR公司在滿足用戶需求的同時，基于豐富的經驗和強大的研發能力，開發出高效節能的曲軸油道孔加工中心，如圖1所示，生產節拍為78s/3支，一經推出，就受到了國內外汽車及發動機制造企業的廣泛關注，并被使用。

圖1 布置在曲軸生產線的ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心

1. ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心結構和性能

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心采用西門子840Dsl系統，油孔鉆采用MQL微量潤滑，滲透能力強，潤滑效果好，加工效率高，1次可同時加工3支曲軸全部油道孔加工內容，如圖2所示，20萬支年產能的曲軸生產線僅需要配備1臺ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心。ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心為用戶提供了具備復合柔性、產量高效可靠、節能環保和最佳工藝條件下的高水平曲軸油道孔加工解決方案。

圖2 1次加工3支曲軸

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心軸坐標系如圖3所示，設計有直線軸X、Y、Z，如圖4所示，旋轉軸A、B、Q，以及主軸SP11、SP12、SP13；其中A軸為夾具的旋轉控制軸，如圖5所示，控制零件徑向旋轉角度，通過1個伺服電動機、3個蝸輪蝸桿結構和兩個聯軸器實現，程序中編輯設定1個A軸旋轉角度，保證3件曲軸的徑向旋轉角度同步，同時每個主軸也可以單獨控制轉速和旋轉方向；Q軸是刀庫使用的軸，換刀時1次更換3把相同的刀具，保證每個主軸裝載相同的刀具；B軸旋轉便于曲軸上下料及零件軸向加工位置的調整，實現1次上料同時加工3支曲軸。

2. 采用ARTIS刀具監控系統

圖3 ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心軸坐標系

圖4 加工中心X、Y、Z直線軸系

圖5 加工中心旋轉控制軸

ETXE-TAR機床通過ARTIS系統監控刀具破損、刀具不存在及刀具磨損等刀具狀態，避免因前一把刀具破損導致更多刀具破損。當修改加工參數、加工程序或更換刀具種類時，系統可以通過自學習建立新的報警極限值。自學習的過程是加工11件以上的零件，通過這11個過程的曲線建立新的極限報警值，系統會在每次運行循環后變得更智能化，零件返修時關閉刀具監控。

ARTIS刀具監控系統自動確定了所有限制和參數，如果警報無原因的經常出現，可添加表1所示的額外條目，操作者必須在對表1中所列參數做出任何改變之前，檢查該刀具。

表1 刀具監控系統監控影響

3. 模塊化的NC加工程序編輯模式

ETXE-TAR機床加工程序模塊化編程，使用多個子程序進行調用。主程序中調用回原點程序、熱機程序、加工順序定義程序和刀具選擇程序等子程序；加工順序定義子程序中調用沖洗程序、工件尺寸定義程序、坐標系框架程序和預鉆、鉆、去毛刺和倒角等子程序；具體調動邏輯見表2，各工步的加工順序更改可以在加工順序定義程序中進行修改，修改時只需要更改各工步子程序名前后順序。

如在鉆孔子程序內通過程序段“ORDER[1]=SET（6,7,1,2,3）”定義各孔的加工順序，“6,7,1,2,3”是油孔編號。用SET指令給數組ORDER[1]—ORDER[5]分別賦值“6,7,1,2,3”，再通過“for”循環5次即可加工這5個孔。更改SET（6,7,1,2,3）中編號順序即更改了加工順序。

這種模塊化子程序調用的編程模式方便工藝人員進行程序修改，修改時工作量很小，也不容易出錯。避免了程序的誤修改帶來的撞機等碰撞干涉。

表2 模塊化的NC程序邏輯

4. 應用實踐

ETXE-TAR曲軸油道孔加工中心2013年6月在公司動力總成工廠曲軸L6線投入使用，7年來僅出現過1次質量問題：A軸回轉間隙過大導致鉆孔打刀。由于設備結構簡單直觀，維修人員迅速查找到了故障原因：A軸的驅動是由伺服電動機驅動蝸桿，再通過蝸輪蝸桿結構將伺服電動機的旋轉運動傳遞到A軸的旋轉運動。蝸輪蝸桿通過齒嚙合，這就必定有一定的間隙，機床要求間隙＜0.01mm。3套夾具之間通過聯軸器聯接，聯軸器的嚴重磨損加大了A軸回轉間隙，使預鉆和鉆孔A軸實際定位不一致，導致鉆孔時打刀。及時更換了易損件，設備恢復正常。

5. 結語

隨著中國汽車工業的高速發展，市場競爭日益激烈，尤其是發動機制造企業間的競爭尤為突出，各大企業紛紛采用新技術、新設備來提高產品質量，降低制造成本。新型曲軸油道孔加工中心的使用，提高了效率，降低了設備故障率，方便操作，因其加工的曲軸油道孔質量可靠、管理成本低，從而提高了企業的競爭力。