二手曲轴的修磨机床及修磨方法

昆山品华

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" j% g9 F( z9 P. d　　德国勇克(JUNKER)机器制造有限公司成功地研制开发了一种集成了在线测量技术的磨削中心。该磨削中心可以灵活精密地对已经用过的二手曲轴进行经济的磨削。
( T! s+ ~7 y# O5 T- Y0 c　　曲轴是一种几何形状非常复杂、承受强烈动载荷的零件。勇克公司是一家拥有国际领先技术水平的高速磨床生产企业，从20世纪90年代初期就开始研制JUCRANK系列的曲轴磨床。该系列的机床采用随连杆颈摆动磨削的原理进行磨削，并在汽车工业及其零备件供应领域中获得了巨大的成功。该机床采用的是具有高科技含量的磨削方案:可在一次装夹中利用高硬度、高耐磨的CBN砂轮完成曲轴主轴颈、连杆颈、法兰和轴头的粗磨和精磨。
　　如果磨削锻造或铸造的曲轴，则曲轴的磨量是已知的，并且各个部位的磨量几乎是一致的。新曲轴的价格很高，因此，从发动机修理者方面来看，对用过的二手曲轴进行修复有着非常大的兴趣。由于旧曲轴各个部位的磨损程度不同，所以每根曲轴都有"独特的"几何形状。因此，在开始磨削之前，必须进行认真的测量，采集各个部位的尺寸数据，然后再进行磨削。这样可保证所有主轴颈、连杆颈以及轴端获得所希望的形位公差。
　　迄今为止，一般都是以曲轴的轴线为基准测量曲轴的径向跳动。然后，必要时对曲轴进行手工校直。最后，各个轴颈以其轴线为基准中心(利用偏心夹具)进行磨削。采用上述曲轴磨削方法是非常费时费工的，因为曲轴在磨削过程中必须进行多次装夹。另外，这种方法也不能达到改善曲轴连杆颈(曲柄半径)位置度的目的。
　　为了提高曲轴的加工效率，勇克公司研制开发了集成有测量装置的磨床，用于修磨二手曲轴。这种新型磨床的使用证明，可以省掉在专用测量设备上对旧曲轴进行磨前尺寸预测和磨削过程中的中间测量。同样，也省略了在磨削过程中与这些检测有关的工件装夹过程。由于磨削过程中的尺寸监控是实时监控，从而大大提高了曲轴的磨削质量。
　　工艺技术
　　摆动磨削连杆颈的工艺，可在一次装夹中对具有对称排列的连杆颈进行磨削，并可获得极高的精度和经济效益。连杆颈的直径尺寸通过C轴(工件的旋转运动)和X轴(进给轴)插补磨削而成。而X轴的摆动行程正是发动机活塞的行程。这一工艺技术和机床配备的控制软件相互配合，可以保证1~8缸发动机的旧曲轴能在一次装夹中完成尺寸测量与修磨。
# U' T3 l+ Z) C  Q/ G- L　　变形品种的加工方案
　　该机床的设计方案可以实现大量不同类型曲轴的整体磨削。可以磨削回转直径至220mm，长度至900mm的各种曲轴。
　　在一个砂轮架上，安装了两个驱动功率为3OKW磨削主轴。这两个主轴成60度角布置，可以依次摆转到磨削位置。在不重新装夹的情况下，用CBN砂轮完成曲轴主轴颈、连杆颈的高速磨削。砂轮的自动平衡装置保证了极高的圆度和极高的磨削精度(在几μm之内)。
7 K: T; d6 c- e: Q$ Z　　首先测量
　　根据曲轴磨损的痕迹，在重磨至所需的精度前，需要对下列几何精度进行测量：以一个基准面为准，测量曲轴所有轴的轴向间距、连杆颈直径和主轴颈直径；曲轴的角度位置；连杆颈行程高度和轴头直径(用于安装轴端密封圈)。
% n* A, k4 j' r7 r) J% `4 I+ b　　为了保证内燃式发动机可靠地工作，曲轴主轴颈和连杆颈的圆度误差应＜2～3μm。以基准轴为基础，主轴颈的径向跳动不得超过50μm。主轴颈和连杆轴颈的形状可以是圆柱形、球形或凸形的。各个轴颈的轴向间距不得超过规定尺寸0.2mm。
7 }# e& p0 _5 [/ @7 z# l- s　　然后磨削
　　曲轴的全部几何形状均由磨床的控制程序给出，也恰恰体现出机床的高灵活性。GE FANUC公司160 TC系列的数控系统，仅通过给出的几个参数就可磨削连杆颈。机床所用的软件是勇克公司自己开发的。
2 ]+ ]7 b  @7 j. {5 l( R: Q　　交替进行测量与磨削
　　在自动磨削循环中，将对曲轴进行测量、粗磨，再测量和最终的精磨。机床操作者应首先在控制台上选择合适的方案。为了确定曲轴的轴向位置，测头先触测一个主轴颈轴端的端面。另一个测头则测量每一个连杆颈的位置和直径。数控系统获得了有关几何输入尺寸的最初数据，以此为准自动进行零点校正。如果采集的几何数据不完全准确(例如连杆颈的位置不十分准确)，数控系统能及时自动识别并在编写磨削程序时予以考虑。
4 W& c* ~6 k5 p2 y+ G3 [　　优化后的磨削工序提高了曲轴磨削的精度
　　通过一次装夹完成曲轴主轴颈、连杆颈、法兰和轴端的加工，可获得各磨削部位之间极高的几何精度。首先对各个主轴颈进行磨削，然后由多个中心架支承着磨削后的主轴颈，再磨削连杆颈，最后再次测量各个主轴颈并磨削到最终合格尺寸。安装机体密封件的轴颈的修磨也包括在自动磨削工序中。测量一个典型的六缸曲轴大约需要10min，修磨大约需要4min。修磨后的曲轴质量可在专用测量机床上进行检验。【MechNet】
文章关键词： 二手曲轴