質(zhì)量定心孔機床在曲軸加工中的應用
2017-12-21 來源： 神龍汽車有限公司 作者：劉雪松 易曉姣
摘要：簡述曲軸動平衡偏心量的分解方法，并在此基礎上分別介紹了兩種質(zhì)量定心孔機床偏心量的調(diào)整方法和調(diào)整原理：法國COMAU機床采用四個調(diào)整軸，分別按兩端偏心量要求直接調(diào)整曲軸位置，實現(xiàn)曲軸的定心孑L位于質(zhì)量中心孑L處；西班牙ETXE—TAR機床采用兩個調(diào)整軸移動曲軸的位置和兩端坐標偏移相結(jié)合的方法，問接巧妙地實現(xiàn)曲軸的定心孔位于質(zhì)量中-5,：fL處。對比分析兩種機床偏心調(diào)整驅(qū)動的結(jié)構(gòu)區(qū)別，識別各機床的制造成本和精度調(diào)整上存在的優(yōu)缺點，為購買設備提供一定的經(jīng)驗反饋。
關鍵詞：曲軸 定心孔 平衡
1、前言
曲軸的不平衡量是導致發(fā)動機產(chǎn)生振動和噪音的主要原因。目前大多數(shù)企業(yè)都采用帶補償量的質(zhì)量中一C,：fL定位方式加工曲軸。相比采用幾何中心孔定位方式，帶補償量的質(zhì)量中心孑L定位可以減少曲軸動平衡時的去重量，提高動平衡的合格率、降低廢品率、縮短工時、提高生產(chǎn)效率。目前，由于質(zhì)量定心孑L機床制造廠家不同，實現(xiàn)曲軸位置調(diào)整的方法不同。了解實現(xiàn)曲軸位置調(diào)整的方法和原理，有利于機床維修和進行質(zhì)量調(diào)整。以法國COMAU質(zhì)量定心孔機床和西班牙ETXE—TAR質(zhì)量定心孔機床為例分別對其定心原理進行研究分析。
2、曲軸偏心量分解方法
曲軸的幾何中心和質(zhì)量中心往往存在一些偏差，即偏心。如圖1所示，A點為質(zhì)量中心，曰點為幾何中心，砑即為偏心量，可分解到水平和垂直兩個方向H／V 。
圖1 曲軸不平衡量合成分解示意
曲軸的偏心量可由動平衡測量機測量，偏心量數(shù)據(jù)傳給中心孑L加工機床，這種機床都設計有曲軸位置調(diào)整軸，使曲軸的質(zhì)量中心移動到幾何中心的位置。根據(jù)動平衡理論，轉(zhuǎn)子在多個平面的動不平衡問題可以轉(zhuǎn)換為任意兩個平面的不平衡問題；因此，動平衡測量機測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，傳給中心孔機床的數(shù)據(jù)是曲軸兩端特定截面的偏心量即LH、LV(左端水平豎直方向)、RH、RV(右端水平豎直方向)。
如圖2所示，曲軸的不平衡量被分解到A-A平面和c—C平面。加工時，工件的A—A、c—c截面分別放在左右調(diào)整塊的位置，通過驅(qū)動軸前進或后退調(diào)整曲軸相對機床的位置，從而實現(xiàn)偏心。
圖2曲軸定位加緊示意
3、質(zhì)量定心孔機床
3．1法國COMAU質(zhì)量定心孔機床定心原理
神龍汽車公司EW發(fā)動機曲軸L3生產(chǎn)線建于2008年，opl0鉆中心孔機床使用的是法國COMAU質(zhì)量定心孔機床，該機床針對四個調(diào)整值LH,LV、RH、RV分別設計有4個調(diào)整軸，圖3所示為CO．MAU質(zhì)量定心孔機床坐標系示意，其中Q1、Q2、p3、Q4為調(diào)整軸，與水平方向成450，且與Z軸的垂直面平行。y、z為幾何軸，在該坐標系中編程刀具運行加工中心孔。
圖3 COMAU質(zhì)量定心子L機床坐標系示意
這種設計直接根據(jù)LH、LV、RH、RV值進行調(diào)整，不需轉(zhuǎn)換，比較直觀。調(diào)整時如圖2所示：Q1軸按胡移動、Q3軸按Ly移動，完成左側(cè)A-A平面處的偏心量調(diào)整；(22軸按RH移動、Q4軸按RV移動，完成右側(cè)C—C平面處的偏心量調(diào)整。每個調(diào)整軸均有一個小型伺服電機驅(qū)動以調(diào)節(jié)工件按偏心量要求進行定位，調(diào)整部位共需要四個電機驅(qū)動。調(diào)整后夾緊工件，中心孔按YI=0、Y2=0定位，Z1、z2進給鉆孔，完成質(zhì)量定心孔的加工。
但是，這種情況下需要保證機床左右兩邊刀塔的中心絕對對齊，】，方向可以人為修正，x方向只能通過機床制造來保證。
3．2 ETXE—TAR質(zhì)量定心孔機床定心原理介紹
EB發(fā)動機曲軸生產(chǎn)線建于2014年，opl0鉆中心孔機床使用的是艾西塔ETXE—TAR質(zhì)量定心孔機床，機床結(jié)構(gòu)有別于COMAU質(zhì)量定一5,q‘L機床，僅使用兩個調(diào)整軸。圖4所示為ETXE—TAR質(zhì)量定心孔機床坐標軸，x、y、z為幾何軸。u1、眈為兩端截面處的調(diào)整軸，只能進行水平方向的移動，調(diào)整驅(qū)動軸模型詳細結(jié)構(gòu)見圖5。
圖4 ETXE—TAR質(zhì)量定心孑L機床坐標軸示意
圖5調(diào)整驅(qū)動軸(U軸)模型
僅僅使用兩個水平方向移動的調(diào)整軸不能夠直接實現(xiàn)四個方向的調(diào)整，因此ETXE—TAR對偏心數(shù)據(jù)進行分解處理和轉(zhuǎn)換，將總移動量分解為調(diào)整u軸移動量和坐標系偏置量。使u軸移動量和坐標系偏置量的和滿足總移動量。
U，軸水平移動Ul，則工件實際在水平方向和豎直方向上產(chǎn)生U1的移動量，原因如下。如圖6所示，如果U軸水平移動Ull(按箭頭方向)，則工件的合運動是沿著OD方向移動了歷，計算如下。
圖6 U軸移動產(chǎn)生的工件實際移動量示意
為滿足調(diào)整量LH、LV、RH、RV，ETXE—TAR對數(shù)據(jù)進行了處理，具體如下。a．U軸的調(diào)整量。眈軸為￡u，U1軸為RU。b．機床坐標系偏置量。通道2(左側(cè))分別為X-LESP，Y_LESP；通道1(右側(cè))分別為X_ESP，y-ESP。左右兩邊水平和豎直方向均要滿足總移動量LH、LV、RH、RV要求，計算如下。
綜上，已成功將調(diào)整量分解為u軸移動量和坐標系偏置量。因此，當偏心量刪、LV、RH、RV數(shù)據(jù)傳給中心孔加工機床時，機床程序中將坐標系按X_ESP，Y_ESP偏置，同時U軸移動按LU、RU移動開始加工，即可實現(xiàn)曲軸定一C,qL按偏心量要求加工。
3．3 兩種結(jié)構(gòu)對比
表1所示為兩種機床偏心調(diào)整驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)的對比，從表1中內(nèi)容可以看出兩種機床均有兩個通道，分別加工兩端的中一b：fL。COMAU機床包含軌跡軸Y、Z(4個伺服電機驅(qū)動)和調(diào)整軸Ql、Q2、Q3、Q4(4個小型伺服電機驅(qū)動)；ETXE—TAR機床包含軌跡軸x、y、Z(6個伺服電機驅(qū)動)和調(diào)整軸Ul、睨(2個小型伺服電機驅(qū)動)，兩種機床使用的伺服驅(qū)動數(shù)量均為8個，但是大的伺服電機和配套的滾珠絲杠副的成本高一些，因此ETXE-TAR機床制造成本要高一點。然而，由于COMAU機床有l(wèi)，軸沒有x軸，因此兩端在x方向的對零只能由機床制造安裝精度保證，設備老化、二次運輸均會導致兩端中心孔同軸度很難保證；而ETXE—TAR機床只要設備穩(wěn)定性好，是完全可以通過X、l，坐標的修正補償保證兩端中心孔的同軸度。雖然ETXE—TAR機床的結(jié)構(gòu)設計需要對偏心量數(shù)據(jù)進行處理，但其原理過程并不復雜，程序中的運算也相當簡單，不會增加編程人員的工作量。
在偏心量調(diào)整范圍方面，神龍公司EW和EB曲軸毛坯要求偏心量小于0．5 mm，從生產(chǎn)實際可知兩種機床均可以完成這一要求。
4、結(jié)束語
了解設備的結(jié)構(gòu)特點，在新項目設備選擇時可根據(jù)需要選擇合適的機床，提高投資的性價比。針對調(diào)整結(jié)構(gòu)設計方面進行比較，ETXE—TAR機床成本高于COMAU機床；精度方面在使用初期無區(qū)別，應考慮產(chǎn)量來選擇設備。小批量生產(chǎn)、短期壽命(約10年)生產(chǎn)建議使用COMAU機床，較大批量生產(chǎn)、長壽命產(chǎn)品的生產(chǎn)(約20年)，采用ETXE—TAR機床可以避免設備老化后精度恢復難的問題。在具體的機床選擇時還要結(jié)合機床其他方面的結(jié)構(gòu)特征綜合進行考慮。同時了解曲軸定心孔加工機床動平衡偏心量調(diào)整的方法原理和機床結(jié)構(gòu)特點，有助于分析解決現(xiàn)生產(chǎn)中動平衡質(zhì)量問題。
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