懸臂式鏜孔VS線鏜孔，哪個加工曲軸更有優勢？

一往冇前

發動機缸體屬于典型的多面多孔的箱體類零件，加工工藝復雜。曲軸孔作為發動機缸體上的重要孔系，它的加工質量好壞直接影響發動機的裝配精度和整機性能，需要依靠設備精度、工裝夾具的可靠性和加工工藝的合理性等來保證。

發動機曲軸工序分析

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發動機曲軸孔的加工一般包括三個工序：

粗鏜曲軸孔半圓—精鏜曲軸孔—鉸珩曲軸孔。精鏜曲軸孔是為了形成正確的幾何形狀，這道工序尤為重要。

目前精鏜曲軸孔的主要方式有：CNC+懸臂式鏜刀、CNC+線鏜刀加工曲軸孔以及線膛專機等。某公司的兩個基地分別采用前兩種加工方式對曲軸孔進行精加工，通過對比可以發現懸臂式鏜刀和線鏜刀加工曲軸孔的優劣。

表1 精加工曲軸孔尺寸要求

某工廠的B系列發動機對曲軸孔精加工的控制尺寸如表1所示。任何一個尺寸控制不好，都可能造成曲軸安裝困難，回轉轉矩異常甚至曲軸抱死。研究缸體曲軸孔加工工藝及設備能力，對發動機的性能有至關重要的作用，對企業選擇加工方式、制定應對措施有一定借鑒作用。

曲軸孔精鏜現狀

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前期項目中，某工廠采用“CNC+懸臂式組合鏜刀”的方式加工曲軸孔。如圖1所示，短刀加工第5、第4兩檔曲軸孔作為導向，為保證各檔曲軸孔之間有較高的同軸度，長刀需和短刀同方向進刀加工第三、二、一這三檔曲軸孔。

在加工過程中，短刀先加工出兩檔曲軸孔，長刀沿著短刀鏜刀進刀位置進刀加工，并以前面加工好的前兩檔作為長刀體上導向條的支撐孔，通過刀具自定位保證各曲軸孔之間的位置度。這種加工方式柔性高，同一臺CNC可加工多個特征，夾具相對簡單。

圖1

這種加工方式工藝簡單，柔性高，但有兩個因素會導致加工不穩定：第一，以短刀加工的前兩個孔作為長刀的導向，則長刀的位置度就會受前兩孔加工質量的影響，因此前兩孔的直徑需要嚴格控制，稍大將起不到導向作用，偏小則會引起長刀導向條被刮傷報廢；第二，長刀導體重切懸臂過長，遠端下沉，導致遠端曲軸孔位置度不好（見圖2），曲軸孔垂直方向波動大，導致曲軸孔位置度Cpk能力較差。

圖2 曲軸孔垂直方向位置

圖3是收集的近一年來的曲軸孔Cpk能力。從圖中可以看出，受刀具懸臂過長影響，垂直方向的位置波動大，導致曲軸孔過程能力較低，偶有不達標的情況，這就存在很大的質量風險。

圖3 曲軸孔Cpk能力

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工藝的改進

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1.采用新的加工方式

基于前期項目經驗的加工方式缺陷，改用“CNC+線鏜刀”的方式加工曲軸孔。這種加工方式所采用的CNC帶有導套，即在刀具遠端夾具上有一個導套，導套上有一個鍵，線鏜刀（圖4）上有一個與之相配合的鍵槽。加工時，線鏜刀先偏心進刀并與導套配合，然后采用退刀“拉鏜”的方式精鏜曲軸孔。加工中，導套和鏜刀一起旋轉并支撐鏜刀刀頭。這種鏜刀的刀片呈一條直線，所以這種鏜刀也被稱為“線鏜刀”。這種CNC柔性較高，但是夾具相對復雜，需要頂升和下降機構，以便刀具的偏心進刀。

圖4 線鏜刀

2.兩種加工方式的對比

如表2所示， CNC+懸臂式鏜刀與CNC+線鏜刀的加工方式各有優勢。

表2

3.曲軸孔位置度Cpk的對比

如圖5所示，對比兩種加工方式下的曲軸孔位置度Cpk能力，懸臂式的能力值有不達標的情況，而線鏜刀能力值均達到目標值且整體比前者要好。

如圖6所示，對比刀柄遠端曲軸孔垂直方向的加工情況，線膛工藝單方向波動較小，而懸臂式波動較大，可見線鏜工藝的加工過程、加工數據由于刀具遠端有軸承導套支撐而變得更加穩定，Cpk數值更高。線鏜刀加工曲軸孔的穩定性良好，其曲軸孔位置度的能力比懸臂式鏜刀要高出不少，這也很好地解決了曲軸孔位置度Cpk能力較差的現狀。

線膛工藝加工中的常見問題淺析

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采用線鏜刀加工工藝后，曲軸孔位置度能力提升明顯，同時，在驗收設備過程及正式生產過程中，此臺設備也新增了故障模式。線膛工藝的機床夾具如圖7所示，其夾具新增的軸承、托盤油缸等是故障的主要發生點。

圖7

針對問題故障，總結經驗如表3所列。線膛加工工藝的故障模式主要與夾具升降機構、偏心進刀等相關聯。每次故障后需要確認刀具的遠端跳動、調整刀具的進刀位置、刀具和軸承導套的配合尺寸等，所以在驗收及正式生產兩年時間內，故障時間相對其他CNC來說比較長。

表3

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線鏜工藝是一把鏜刀一次進刀加工，線鏜刀加工曲軸孔的位置度與懸臂式加工曲軸孔相比，有了很大的提升。這種提升得益于線鏜刀這種加工方式的三大優點：線鏜刀一刀10個直線分布的刀片、5檔曲軸孔同時加工而且遠端有軸承導套支撐鏜刀。軸承導套支撐鏜刀刀頭很大程度上解決了CNC加工曲軸孔的共性問題——刀具懸伸長導致刀具跳動大。這些都使得曲軸孔的加工過程更加穩定、可控，避免了批量超差的情況，減少了追溯、隔離工作。

當然，線膛工藝也存在一些問題，如在調整過程中所需的停線等待時間較長；如需調整加工坐標時，只能通過定位銷、定位面的調整來精調；因軸承導套需與刀具配合，若兩者配合異常會導致刀具與導套相撞。

曲軸孔的加工是缸體生產線工藝策劃的關鍵，需要保證曲軸孔的各項加工精度。在保證產品技術要求的前提下，選擇一種適合自身的生產模式。各個企業自身的實際情況不同，在滿足現在生產需求和未來生產變化的情況下，應該結合多方因素綜合考慮，合理策劃，采取合適的加工工藝，使其盡可能發揮最大價值，以降低生產成本，提升產品的競爭力。