CN112108843A - 一种曲轴加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及曲轴加工技术领域，公开一种曲轴加工工艺。其中曲轴加工工艺包括以下步骤：S1、一次装夹曲轴毛坯；S2、测定所述曲轴毛坯的第一定位基准；S3、参照所述第一定位基准加工所述曲轴毛坯两个端面；参照所述第一定位基准作为轴向基准加工所述曲轴毛坯两端的中心孔；S4、拆卸所述曲轴毛坯，二次装夹所述曲轴毛坯；S5、以所述中心孔作为所述曲轴毛坯的轴向和径向的定位基准，精加工所述曲轴毛坯的主轴颈及止推面。本发明提高了轴向精基准的定位精度，使主轴颈的轴向加工余量分布均匀，提高加工刀具寿命、减少加工节拍，提高曲轴加工的良品率。

Description

一种曲轴加工工艺

技术领域

本发明涉及曲轴加工技术领域，尤其涉及一种曲轴加工工艺。

背景技术

目前，曲轴是内燃机必备的主要运动部件之一，负责把活塞连杆的往复运动转化为曲轴旋转运动，从加工流程分析，其轴向基准存在从曲轴毛坯(锻件或铸件)粗基准(一般为中间档主轴颈中心)，到机加工精基准(一般为止推面)的工艺转换过程，这一基准转换十分重要。

现有技术中，曲轴轴向粗精基准转换，早期由于毛坯几何尺寸控制水平不高、曲轴生产批量不大，工艺上一般采用单件人工划线、对线车削止推面，并以止推面为基准完成粗精轴向基准的转换。随着曲轴毛坯加工水平的不断提高及大批量生产的需求，工艺上更多采用直接定位毛坯中间档中心(粗基准)，铣曲轴端面，以端面为基准加工中心孔，再由端面为轴向基准(精基准)完成止推面加工，由中心孔为径向基准(精基准)完成止推面加工。此种方式，其曲轴精基准的累积加工误差为半轴长加工误差、端面定位误差及毛坯长度误差之和。此种工艺导致曲轴加工误差较大。产生主轴颈的轴向加工余量分布不均，影响加工刀具寿命、加工节拍及曲轴动平衡前的初始不平衡量；严重时造成主连杆轴颈两侧面的R角无加工余量而导致工件报废。

基于此，亟需一种曲轴加工工艺，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种曲轴加工工艺，提高了精基准轴向定位精度，使主轴颈的轴向加工余量分布均匀，提高加工刀具寿命、减少加工节拍，提高曲轴加工的良品率。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种曲轴加工工艺，包括以下步骤：

S1、一次装夹曲轴毛坯；

S2、测定所述曲轴毛坯的第一定位基准；

S3、参照所述第一定位基准作为轴向基准加工所述曲轴毛坯两个端面；参照所述第一定位基准作为轴向基准加工所述曲轴毛坯两端的中心孔；

S4、拆卸所述曲轴毛坯，二次装夹所述曲轴毛坯；

S5、以所述中心孔作为所述曲轴毛坯的轴向和径向的定位基准，精加工所述曲轴毛坯的主轴颈及止推面。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，在所述S1步骤中，所述曲轴毛坯的两端均设置有装夹部，工作台装夹两个所述装夹部，以固定所述曲轴毛坯。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，所述第一定位基准为所述曲轴毛坯的中间档主轴颈中心。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，所述第一定位基准为所述曲轴毛坯的中间档主轴颈侧壁、其他档主轴颈中心或其他档主轴颈侧壁。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，在所述S3步骤中，所述曲轴毛坯的第一端的所述端面的允许加工误差为±0.5mm，所述曲轴毛坯的第一端的所述中心孔的允许加工误差为±0.3mm。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，在所述S4步骤中，拆卸所述曲轴毛坯后，使用第一测量仪器测量所述端面相对所述第一定位基准的位置尺寸；使用第二测量仪器测量所述中心孔相对所述第一定位基准的位置尺寸。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，所述第二测量仪器包括中心孔位置检具和校准检具，所述校准检具上设置有校准中心孔和校准中间档轴颈，所述中心孔位置检具先通过所述校准检具确定所述校准中心孔与校准中间档轴颈之间的校准位置尺寸，然后参照所述校准位置尺寸测量所述曲轴毛坯的所述中心孔与所述第一定位基准之间的位置尺寸。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，所述中心孔位置检具包括呈“U”形的检具体、轴向滑块及径向滑块，所述检具体第一端的折边上设置有检具死顶尖，第二端的折边上设置有检具活顶尖，所述检具死顶尖的端部设置有工艺球，所述工艺球抵接于所述曲轴毛坯第一端的中心孔，所述检具活顶尖抵接于所述曲轴毛坯第二端的中心孔，以将所述中心孔位置检具固定于所述曲轴毛坯上；

所述轴向滑块可滑动设置于所述检具体上，所述轴向滑块设置有测量元件，所述测量元件用于测量所述轴向滑块在所述检具体上的位置尺寸；

所述径向滑块设置于所述轴向滑块上，所述径向滑块底部设置有轴向定位块，所述轴向定位块用于确定所述第一定位基准的位置。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，在所述S4步骤中，所述曲轴毛坯第一端的所述中心孔内抵紧有死顶尖，第二端的所述中心孔内抵紧有活顶尖，以二次装夹所述曲轴毛坯；

在所述S5步骤中，以所述曲轴毛坯第一端的所述中心孔作为所述曲轴毛坯的轴向定位基准。

作为一种曲轴加工工艺的优选技术方案，所述曲轴毛坯第一端还设置有液压三爪卡盘，所述液压三爪卡盘夹紧所述曲轴毛坯第一端的外壁。

本发明的有益效果为：

本发明中以曲轴毛坯的第一定位基准作为轴向基准加工两个端面，同时也以第一定位基准作为轴向基准加工两个中心孔，且中心孔作为曲轴毛坯精加工的轴向和径向的定位基准，本发明中曲轴的精基准加工误差只有中心孔位置加工误差和毛坯长度误差。本发明提高了精基准精度，使主轴颈的轴向加工余量分布均匀，提高加工刀具寿命、减少加工节拍，提高曲轴加工的良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的曲轴加工工艺的流程图；

图2是本发明具体实施方式提供的一次装夹曲轴毛坯的主视图；

图3是本发明具体实施方式提供的二次装夹曲轴毛坯的主视图；

图4是本发明具体实施方式提供的校准检具的主视图；

图5是本发明具体实施方式提供的中心孔位置检具的主视图。

图中标记如下：

1、曲轴毛坯；11、装夹部；12、端面；13、中心孔；14、中间档主轴颈；

2、活动锥形定位件；3、活顶尖；4、死顶尖；

5、中心孔位置检具；51、检具体；52、检具死顶尖；53、检具活顶尖；54、轴向滑块；55、测量元件；56、径向滑块；561、弹簧；57、轴向定位块；

6、校准检具；61、校准中心孔；62、校准中间档轴颈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

现有技术中，随着曲轴毛坯加工水平的不断提高及大批量生产的需求，工艺上更多采用直接定位毛坯中间档中心(粗基准)，铣曲轴两端面，再以端面为基准加工两端中心孔，再由端面为轴向基准(精基准)完成止推面加工，由中心孔为径向基准(精基准)完成止推面加工。此种方式，其曲轴精基准的累积加工误差为半轴长加工误差、端面定位误差及毛坯长度误差之和。现有技术中半轴长加工误差为±0.5mm，端面定位误差为±0.3mm，毛坯长度误差为±1.3mm，所以曲轴精基准的误差为±2.1mm。此种工艺导致曲轴加工误差较大，产生主轴颈的轴向加工余量分布不均，影响加工刀具寿命、加工节拍及曲轴动平衡前的初始不平衡量；严重时造成主连杆轴颈两侧面的R角无加工余量而导致工件报废。

为解决上述问题，如图1-图5所示，本实施例提供一种曲轴加工工艺，该工艺包括以下步骤：

S1、一次装夹曲轴毛坯1。

优选地，如图2所示，本实施例中，曲轴毛坯1的两端均设置有装夹部11，两个装夹部11均通过液压压紧机构固定，以使曲轴毛坯1装夹稳固。在其他实施例中，两个装夹部11还可以均通过机械压紧机构固定。液压压紧机构及机械压紧机构为现有技术曲轴常用装夹方式，此处不再赘述。

S2、测定曲轴毛坯1的第一定位基准；

优选地，本实施例中第一定位基准为曲轴毛坯1的中间档主轴颈14中心，也是曲轴毛坯1前道工序锻造(铸造)的产品工艺基准，这提高了中心孔13的定位精度。在其他实施例中，第一定位基准还可以选取为曲轴毛坯1的中间档主轴颈14单侧壁、其他档主轴颈中心或其他档主轴颈单侧壁。

本实施例的测定工具选取为活动锥形定位件2，活动锥形定位件2设置有锥形侧壁，将锥形侧壁碰触中间档主轴颈14的两个侧壁时，得出中间档主轴颈14中心沿曲轴毛坯1轴向方向的第一定位基准。

S3、参照第一定位基准作为轴向基准加工曲轴毛坯1的两个端面12；参照第一定位基准作为轴向基准加工曲轴毛坯1两端的中心孔13，其中，端面12先加工和中心孔13后加工。

现有技术中，中心孔的加工基准为端面，致使中心孔的加工误差为端面加工误差和中心孔加工误差之和。本实施例中，中心孔13直接以第一定位基准作为加工基准，相对于现有技术而言，中心孔13的加工误差减少了端面12加工误差，提高了中心孔13的定位精度。

本实施例优选地，曲轴毛坯1的第一端的端面12的允许加工误差为±0.5mm，曲轴毛坯1的第一端的中心孔13的允许加工误差为±0.3mm。

S4、拆卸曲轴毛坯1，二次装夹曲轴毛坯1。

优选地，在拆卸曲轴毛坯1后，使用第一测量仪器测量端面12相对第一定位基准的位置尺寸；使用第二测量仪器测量中心孔13相对第一定位基准的位置尺寸。以确保端面12和中心孔13在允许加工误差的范围内，如不在允许加工范围内，需对曲轴毛坯1进行返工修整，以提高曲轴的加工质量。

本实施例中，第一测量仪器为三坐标测量仪，三坐标测量仪为现有技术中常用技术工具，此处不再赘述。

如图4和图5所示，第二测量仪器包括中心孔位置检具5和校准检具6，校准检具6上设置有校准中心孔61和校准中间档轴颈62，校准中心孔61模拟本实施例中的中心孔13的标准位置，校准中间档轴颈62模拟本实施例中的中间档主轴颈14的标准位置，校准检具6用于模拟中心孔13与中间档主轴颈14之间的校准位置尺寸。校准检具6由钢材制成，其校准中间档轴颈62与待测量曲轴毛坯1的中间档主轴颈14的标准形状和位置相同，校准检具6的两个校准中心孔61与待测量曲轴毛坯1的中心孔13的标准形状和位置相同，其他部位可以采用便于加工的形状。

中心孔位置检具5包括呈“U”形的检具体51、径向滑块56及轴向滑块54。检具体51由钢材制成，保证测量时的结构刚性，以及长时间使用保持结构的稳定性。检具体51第一端的折边上设置有检具死顶尖52，第二端的折边上设置有检具活顶尖53，检具死顶尖52的端部设置有工艺球，工艺球抵接于曲轴毛坯1第一端的中心孔13，检具活顶尖53抵接于曲轴毛坯1第二端的中心孔13，以将中心孔位置检具5固定于曲轴毛坯1上。其中，检具死顶尖52、检具活顶尖53及工艺球的安装轴线相同，检具活顶尖53能够在第二端的折边上滑移，以安装校准检具6或待检测的曲轴毛坯1。

轴向滑块54可滑动设置于检具体51上，轴向滑块54的滑移行程需要与检具死顶尖52和检具活顶尖53组成的轴线平行。轴向滑块54设置有测量元件55，测量元件55用于测量轴向滑块54在检具体51上的位置尺寸。本实施例中，测量元件55为钟表式百分表。径向滑块56设置于轴向滑块54上，径向滑块56设置有弹簧561，在弹簧561的作用力下，径向滑块56能够在轴向滑块54上沿径向滑动，且径向滑动的行程需要与检具死顶尖52和检具活顶尖53组成的轴线垂直。径向滑块56底部设置有轴向定位块57，弹簧561驱动轴向定位块57抵接于中间档主轴颈14的两个侧壁时，此时能够确定第一定位基准的位置。

本实施例还提供第二测量仪器的测量方法，具体步骤如下：

S41、将中心孔位置检具5先安装于校准检具6上，检具死顶尖52和检具活顶尖53抵接于两个校准中心孔61，且轴向定位块57抵接于校准中间档轴颈62的两个侧壁，校准检具6上的测量元件55归零处理；

S42、拆卸中心孔位置检具5，先拉动检具活顶尖53，以空出安装位置，检具死顶尖52抵接于曲轴毛坯1第一端的中心孔13，压紧检具活顶尖53，使检具活顶尖53抵接于曲轴毛坯1第二端的中心孔13，完成中心孔位置检具5与曲轴毛坯1之间的定位组装；

S43、第一定位基准为中间档主轴颈14中心，轴向定位块57在轴向滑块54和径向滑块56的调节下，且在弹簧561的作用力下抵接于主轴颈的两个侧壁，查看测量元件55上的数值变化，此时得出曲轴毛坯1的中心孔13相对第一定位基准的位置尺寸的误差；

S44、松开检具活顶尖53，并向检具死顶尖52方向移动检具体51，将中心孔位置检具5从曲轴毛坯1拆卸。

现有技术中，曲轴毛坯的固定方式，两端设置有两个活顶尖抵紧中心孔的固定方式，但是此种安装方式，无法保证中心孔作为精加工的轴向基准。优选地，如图3所示，二次装夹曲轴毛坯1的方式为：曲轴毛坯1第一端的中心孔13内抵紧有死顶尖4，第二端的中心孔13内抵紧有活顶尖3，一方面，实现了二次装夹曲轴毛坯1，两端的中心孔13还可以用于曲轴毛坯1精加工的径向基准，同时死顶尖4的设置，且第一端的中心孔13定位精度较高，所以第一端的中心孔13还可以用于曲轴毛坯1精加工的轴向定位基准；另一方面，活顶尖3的设置，便于曲轴毛坯1的安装与拆卸，提高工作效率。

进一步优选地，曲轴毛坯1第一端还设置有液压三爪卡盘，液压三爪卡盘夹紧曲轴毛坯1第一端的外壁，提高曲轴毛坯1的安装稳定性，提高曲轴毛坯1的加工精度。死顶尖4及液压三爪卡盘均安装在机床的主轴上。

S5、以中心孔13作为曲轴毛坯1的轴向和径向的定位基准，精加工曲轴毛坯1的主轴颈及止推面。

本实施例中端面12和中心孔13以曲轴毛坯1的第一定位基准进行加工，由于曲轴毛坯1第一端设置有死顶尖4，所以加工曲轴毛坯1的止推面和主轴颈的轴向定位的精基准为曲轴毛坯1第一端的中心孔13，加工曲轴毛坯1的止推面和主轴颈的径向定位的精基准为两端的中心孔13，完成曲轴毛坯1的轴向基准的粗精转换。该工艺下，曲轴毛坯1的精基准累积误差为中心孔13位置加工误差和毛坯长度误差之和，本实施例中，中心孔13位置加工误差为±0.3，毛坯长度误差为±1.3，所以曲轴的主轴颈及止推面的精基准误差为±1.6。相较于现有技术的精基准误差为±2.1，其定位精度提高约23.8％。在精加工过程中，内铣主轴颈及止推面时，现有技术由于定位误差较大，不时存在由于余量分布不均匀造成打刀现象，本实施例加工精度高，加工的铣床R刀片的刀具寿命由每把刀加工220个零件，提高到每把刀加工275个零件，刀具寿命提高20％。本实施例降低由于轴向偏差大造成的止推面的R角余量不足导致工件报废，不良率由原来的约0.1％，降低到约为0％。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种曲轴加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、一次装夹曲轴毛坯(1)；

S2、测定所述曲轴毛坯(1)的第一定位基准；

S3、参照所述第一定位基准作为轴向基准加工所述曲轴毛坯(1)两个端面(12)；参照所述第一定位基准作为轴向基准加工所述曲轴毛坯(1)两端的中心孔(13)；

S4、拆卸所述曲轴毛坯(1)，二次装夹所述曲轴毛坯(1)；

S5、以所述中心孔(13)作为所述曲轴毛坯(1)的轴向和径向的定位基准，精加工所述曲轴毛坯(1)的主轴颈及止推面。

2.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，在所述S1步骤中，所述曲轴毛坯(1)的两端均设置有装夹部(11)，工作台装夹两个所述装夹部(11)，以固定所述曲轴毛坯(1)。

3.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，所述第一定位基准为所述曲轴毛坯(1)的中间档主轴颈(14)的中心。

4.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，所述第一定位基准为所述曲轴毛坯(1)的中间档主轴颈(14)的单侧壁、其他档主轴颈中心或其他档主轴颈单侧壁。

5.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，在所述S3步骤中，所述曲轴毛坯(1)的第一端的所述端面(12)的允许加工误差为±0.5mm，所述曲轴毛坯(1)的第一端的所述中心孔(13)的允许加工误差为±0.3mm。

6.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，在所述S4步骤中，拆卸所述曲轴毛坯(1)后，使用第一测量仪器测量所述端面(12)相对所述第一定位基准的位置尺寸；使用第二测量仪器测量所述中心孔(13)相对所述第一定位基准的位置尺寸。

7.根据权利要求6所述的曲轴加工工艺，其特征在于，所述第二测量仪器包括中心孔位置检具(5)和校准检具(6)，所述校准检具(6)上设置有校准中心孔(61)和校准中间档轴颈(62)，所述中心孔位置检具(5)先通过所述校准检具(6)确定所述校准中心孔(61)与校准中间档轴颈(62)之间的校准位置尺寸，然后参照所述校准位置尺寸测量所述曲轴毛坯(1)的所述中心孔(13)与所述第一定位基准之间的位置尺寸。

8.根据权利要求7所述的曲轴加工工艺，其特征在于，所述中心孔位置检具(5)包括呈“U”形的检具体(51)、轴向滑块(54)及径向滑块(56)，所述检具体(51)第一端的折边上设置有检具死顶尖(52)，第二端的折边上设置有检具活顶尖(53)，所述检具死顶尖(52)的端部设置有工艺球，所述工艺球抵接于所述曲轴毛坯(1)第一端的中心孔(13)，所述检具活顶尖(53)抵接于所述曲轴毛坯(1)第二端的中心孔(13)，以将所述中心孔位置检具(5)固定于所述曲轴毛坯(1)上；

所述轴向滑块(54)可滑动设置于所述检具体(51)上，所述轴向滑块(54)设置有测量元件(55)，所述测量元件(55)用于测量所述轴向滑块(54)在所述检具体(51)上的位置尺寸；

所述径向滑块(56)设置于所述轴向滑块(54)上，所述径向滑块(56)底部设置有轴向定位块(57)，所述轴向定位块(57)用于确定所述第一定位基准的位置。

9.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，在所述S4步骤中，所述曲轴毛坯(1)第一端的所述中心孔(13)内抵紧有死顶尖(4)，第二端的所述中心孔(13)内抵紧有活顶尖(3)，以二次装夹所述曲轴毛坯(1)；

在所述S5步骤中，以所述曲轴毛坯(1)第一端的所述中心孔(13)作为所述曲轴毛坯(1)的轴向定位基准。

10.根据权利要求1所述的曲轴加工工艺，其特征在于，所述曲轴毛坯(1)第一端还设置有液压三爪卡盘，所述液压三爪卡盘夹紧所述曲轴毛坯(1)第一端的外壁。

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