微補(bǔ)償技術(shù)在曲軸軸向圓跳動控制中的應(yīng)用

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序言某柴油機(jī)曲軸兩端結(jié)構(gòu)如圖1所示，曲軸總長4570mm，成品質(zhì)量2950kg。端面D要求對基準(zhǔn)A和B全跳動0.04mm，端面C是在磨床上磨削加工，跳動為0.01mm，與端面D連接的是一個1000mm長的連接軸。端面D的跳動會影響裝配在端面D上的連接軸外圓的跳動，并直接影響發(fā)動機(jī)的輸出功率、整機(jī)動平衡和可靠性。圖1曲軸兩端結(jié)構(gòu)在試制過程中發(fā)現(xiàn)，端面D受到磨床行程限制，無法在磨床上磨削加工，改造磨床短時間內(nèi)無法完成，并且改造成本較高。端面D在車床上加工時全跳動始終達(dá)不到圖樣的設(shè)計要求。在車床上對圖中φ275mm外圓跳動和支撐中心架找正0.02mm，圖中端面C的跳動最好只能找正在0.06mm。端面D車削后跳動最好只能達(dá)到0.08mm，與圖樣要求的0.04mm相比超差一倍，且找正時間較長，無法滿足批量生產(chǎn)。2

曲軸軸向圓跳動超差分析端面D車削時超差的主要原因：①加工基準(zhǔn)面C無法找正到0.02mm以內(nèi)。②機(jī)床中心架數(shù)量較少，曲軸受到重力影響，在車削時出現(xiàn)撓度變形（見圖2），無法將曲軸中心軸線找正水平，曲軸端面D和曲軸旋轉(zhuǎn)中心線處于不垂直狀態(tài)。③只有兩個中心架，無法做到每個軸頸都支撐并把曲軸實(shí)際中心線找水平，而且每個軸頸都做支撐也不符合實(shí)際加工要求。由此可見，車床加工端面D時如果有足夠的中心架和找正時間，將曲軸實(shí)際中心軸線找正到理論中心軸線位置，就可以滿足圖樣精度要求，但不滿足實(shí)際生產(chǎn)制造節(jié)拍。為此需要探索新的端面加工方式。圖2曲軸車削過程撓度變形示意曲軸軸向圓跳動超差，實(shí)際就是端面上存在高點(diǎn)和低點(diǎn)，高點(diǎn)與低點(diǎn)之間落差超過圖樣設(shè)計要求。要保證端面D的跳動要求，一是要找到端面上的高、低點(diǎn)，二是需要消除高點(diǎn)。因此可以通過逐層銑削端面的方式，以端面C為基準(zhǔn)，端面D通過補(bǔ)償銑削高點(diǎn)的方式保證軸向圓跳動要求。3

曲軸軸向圓跳動控制及微補(bǔ)償技術(shù)開發(fā)3.1端面銑削加工試驗(yàn)端面銑削數(shù)控加工設(shè)備：西班牙鏜銑加工中心；設(shè)備操作系統(tǒng)：SIEMENS840D；裝夾定位方式：機(jī)床3個中心架分別支撐圖1中曲軸1、5、10主軸頸，中心架采用液壓夾緊。端面C和端面D上有孔系加工，為方便使用機(jī)床cycle循環(huán)，此處使用坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，將垂直于端面D的坐標(biāo)軸設(shè)定為Z軸。通過多次在鏜銑加工中心的銑削加工試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，端面銑削高、低點(diǎn)的連線經(jīng)過圓心，如圖3所示。連線HL一端為高點(diǎn)，一端為低點(diǎn)，其中β為任意角度，高點(diǎn)與低點(diǎn)的差值為0.04～0.20mm的隨機(jī)數(shù)值。圖3試驗(yàn)加工時曲軸端面銑削結(jié)果示意使用微補(bǔ)償高點(diǎn)消除法滿足軸向圓跳動要求，銑削時刀具每刀銑削寬度范圍內(nèi)高、低點(diǎn)差值不能超過0.04mm。端面D最大外圓為275mm，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)端面D銑削最大跳動值為0.2mm，為保證軸向圓跳動在0.04mm以內(nèi)，需要將0.2mm跳動高點(diǎn)至少分為0.2/0.04=5段逐漸消除，將每段跳動控制在0.04mm以內(nèi)。刀具最大直徑Dmax

=275/5mm=55mm，考慮到D50mm銑刀為車間現(xiàn)有和常見刀具，最終選擇D50mm銑刀。實(shí)際加工時，端面精銑分為兩步進(jìn)行。第一步是尋找跳動高、低點(diǎn)。銑削時控制深度坐標(biāo)軸不變，按照圖4中刀路M1

、M2

……M6

進(jìn)行銑削。銑削后使用深度游標(biāo)卡尺測量端面C與D之間的高度差，測量P1

、P2

……P8

共8個位置點(diǎn)（每45°一個測量點(diǎn)），測量值分別為H1

、H2

……H8

，記錄并找出最大值和最小值。如測量發(fā)現(xiàn)P2

點(diǎn)為最高點(diǎn)，數(shù)值為H2

，則P6

點(diǎn)為最低點(diǎn)，數(shù)值為H6

。圖4銑削刀路及測量位置示意第二步是消除高點(diǎn)。銑削時將坐標(biāo)系的一個坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)到高、低點(diǎn)連線方向，控制銑削深度沿坐標(biāo)軸逐層變化，按照圖5中刀路M1

、M2

……M6

進(jìn)行銑削。M1

刀路銑削時控制深度坐標(biāo)軸Z=0，M2

刀路控制銑削深度坐標(biāo)Z=－（H2

－H6

）/5，M3

刀路控制銑削深度坐標(biāo)Z=－2（H2

－H6

）/5，以此類推，M6刀路控制銑削深度坐標(biāo)Z=－（H2

－H6

）。圖5微補(bǔ)償時曲軸端面銑削示意按照以上步驟，M1

～M6

每層刀路都將保證端面D與端面C之間的距離控制在相同值，并逐漸將P2

處的高點(diǎn)消除，保證端面C與端面D之間的高度一致，從而保證端面D的跳動值。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)修正數(shù)值比較小時（＜0.08mm），也就是第一次銑削完軸向圓跳動比較小時，容易出現(xiàn)兩個高點(diǎn)或兩個低點(diǎn)，此種情況下可以任意選擇一個高點(diǎn)方向作為修正角度，微補(bǔ)償后都可以滿足圖樣要求。但如果需要加工更高精度要求的端面時，需要提高測量量具精度并排除測量誤差，找到高點(diǎn)和低點(diǎn)，具體操作和以上方法類似。3.2端面微補(bǔ)償銑削數(shù)控加工程序設(shè)計在數(shù)控加工程序編制時，為保證程序的通用性，滿足所有隨機(jī)β角度方向的補(bǔ)償，在編制程序時引入坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)（在之前鉆孔的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)之后，再次進(jìn)行坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)），并把坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)值設(shè)定為變量R30，在主程序或R參數(shù)中通過修改變量值，達(dá)到修正銑削高點(diǎn)角度的目的。由于高點(diǎn)H與低點(diǎn)L之間的差值每次都是隨機(jī)變化的，所以在主程序中將H與L之間的差值設(shè)定為變量R2，滿足隨機(jī)高低差值的銑削補(bǔ)償。數(shù)控加工主程序如下。;***FINISHMILLPLANE*******N10G54N20M115N30T41D1N40M6N50HEAD_C1(-180)N60HEAD_C2(90)N70TRANSX-48N80AROTY-90N90M114N100G0Z100;FirstprocessingN110R1=275;端面D外圓直徑N120R2=0R30=0;角度和高度差修正值，第一次銑削設(shè)定為0N130m0N140stopreN150FINISH_MILL_PLANE;銑削子程序N160M0;測量記錄端面高低點(diǎn)差值及角度方向;SecondprocessingN170R2=0R30=0N180M0;程序運(yùn)行到此處時，修改機(jī)床R參數(shù)表中的R2和R30參數(shù)N190stopreN200FINISH_MILL_PLANE;銑削子程序N210transN220M115N230M30數(shù)控加工子程序內(nèi)容如下。;FINISH_MILL_PLANE;子程序內(nèi)容N10R10=2*$P_TOOLR-4;排除刀片刀尖半徑，設(shè)定銑削時刀具有效直徑N20R11=trunc(R1/R10)N30if((R1/R10)>R11);設(shè)定刀路銑削次數(shù)N40R12=R11+1N50elseN60R12=R11N70EndifN80R13=R1/R12N90G0Z100N100Y=0N110X=0N120G0Z50N130M03S700M8N140R20=0;銑削刀路計數(shù)器N150AROTZ=R30;根據(jù)高低點(diǎn)角度修正端面銑削時坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度N160_start_MILL:N170g1Y=-sqrt(pot(R1/2+$P_TOOLR)-pot(R1/2-R13/2-R13*R20))-5f2000N180X=R1/2-R13/2-R13*R20N190Z=0-(R2/(R12-1))*R20F800;修正銑削深度補(bǔ)償N200Y=sqrt(pot(R1/2+$P_TOOLR)-pot(R1/2-R13/2-R13*R20))+5f200N210Z=5F800N220R20=R20+1N230if(R20<R12)N240gotoB_start_MILL;跳轉(zhuǎn)銑削下一層端面N250EndifN260AROTZ=-R30;取消端面銑削時的坐標(biāo)系角度旋轉(zhuǎn)N270G0Z100M05M9N270M174

結(jié)束語通過以上方法加工完成后，