高效加工B12D曲轴斜油孔工艺

柳州欧维姆机械股份有限公司设备厂 （广西 545006） 黄艺年

曲轴斜油孔加工是曲轴加工中的难点之一，除了具有深孔加工的特点外，还因为孔与孔之间是三维分布，各断面尺寸、形状和刚度均不同，因此给定位、夹紧、钻孔及冷却等都带来很大难度。目前，比较传统的加工方法是：工序分散的并行加工工艺，而且大多采用复合刀具。采用这样的加工工艺干扰因素和不确定因素多，刀具复杂，管理成本较高，且加工设备占地面积大。由于公司机加工车间厂房比较狭小，如果采取传统工艺很难适应生产需要。这就要求工序集中在单台设备上完成曲轴斜油孔的全部加工，且仅需在单台设备上进行曲轴的一次装夹，是提高生产效率的高效加工工艺方法。下面介绍一下我公司现在使用的加工工艺。

1.B12D曲轴斜油孔及加工要求

（1）我公司受场地限制，只能采用工序集中的原则组成自动化生产线。在建线初期经综合技术评定，最终同意采用在一台日本HORKOS专用机床上完成斜油孔所有孔的加工工艺。

（2）从图1中可以看出，B12D曲轴有4个φ5.5mm×90mm主轴颈通孔，4个φ5.5mm×90mm两两相反的14.5°主轴颈油孔与连杆轴颈油孔贯通的孔，同时，尝试采用带中心注油孔的麻花钻刀具实施孔加工。

图1 目前生产的B12D四缸发动机曲轴结构

（3）曲轴毛坯材料是球墨铸铁，其硬度是216～285HBW。

（4）刀具采用普通硬质合金涂层麻花钻。

（5）曲轴斜油孔加工专用日本HORKOS数控机床 。

本专用机床设置有1个主轴头，其上面设置一个刀库，刀库中设有刀具监测装置和刀具芯片管理系统，发现有刀具折断时，设备自动报警，防止因刀具折断对设备和曲轴造成破坏。此外，控制系统采用发那科系统。

图3 日本HORKOS加工中心坐标系

图2中各主要部件的运动和功能：首先曲轴安装到本专机上时，按照图1主视图水平放置在头架和尾架之间，图2中各部件均处于垂直平面之内，本专机的坐标系如图3所示。主轴头有X、Y、Z三个方向的平动，还有各自B向转动，钻头的主切削运动，并能实现自动换刀。基本参数如表1、表2、表3所示。头架和尾架实现夹紧，并带动曲轴C向转动。尾架可以延X轴向移动，实现曲轴装夹到本机床，基本参数如表4所示。定位夹具可延X轴向移动，实现曲轴安装时的相位定位，并抵抗曲轴在钻斜油孔时的切削力（见图4）。

表1 主轴头线性移动技术参数

表2 主轴头的B向旋转技术参数

表3 主轴头主轴参数

表4 头架C向旋转技术参数

2.加工工艺过程

（1）安装曲轴。由于是全自动生产线，上下曲轴均由机械手完成。安装曲轴时，主轴头沿+Y方向后退，定位夹具和尾架延X方向前进至规定位置，定位夹具（见图5）有两个夹爪和一个顶升液压缸，这时两个夹爪张开，顶升液压缸处于落下位置。机械手将曲轴送入，两夹爪合拢，曲轴相位被定位，头架和尾架同时夹紧，顶升缸顶起。曲轴被准确定位且夹紧到位，最后探测曲轴工件类型，即B12D类型曲轴。此过程用时26s。

（2）使用短钻头钻4个φ5.5mm×90mm斜油孔的平台，利用C轴转动180°，使用长钻头钻通曲轴斜油孔；主轴头先钻左侧2个油孔，然后钻右侧2个油孔；用时52s（刀具No.3与曲轴之间姿态改变8次）。

（3）铣削连杆斜油孔平台，用时12s（刀具No.1与曲轴之间姿态改变4次）。

（4）钻削连杆斜油孔引导孔，用时10s（刀具No.2与曲轴之间姿态改变4次）。

（5）钻削4个φ5.5mm×90mm连杆颈油孔与曲轴主轴颈油孔的连接孔，用时52s（刀具No.3与曲轴之间姿态改变8次）。

（6）曲轴斜油孔两端倒角，用时12s（刀具No.4与曲轴之间姿态改变8次）。

图5 定位夹具

（7）曲轴斜油孔内去毛刺，用时10s（刀具No.5与曲轴之间姿态改变4次）。

（8）连杆轴斜油孔去毛刺，用时10s（刀具No.5与曲轴之间姿态改变4次）。

（9）主轴头退出，夹具机械手下料，用时10s。

3.实现高效钻削曲轴斜油孔的措施

实现高效加工一般有以下几个大的方向：

（1）设备要求能适应高速、深孔连续切削要求。从曲轴斜油孔加工工序的各工步可以看出，刀具与曲轴之间的姿态变换达32次。为了满足加工效率的要求，设备自身动态性能必须稳定。床身采用非金属整体浇注，并与地面采用非刚性联接；尽可能减小移动部件重量（采用无极伺服电动机）；提高移动部件移动副的刚度（采用有预压力轨道）；尽可能减少设备其他部分的振动（刀库门运动中的振动，如设备防护门在设备运行中的振动）对加工的影响。头架、尾架和定位夹具部分整体安装在床身上面，它们运动所产生的振动大部分被床身全部吸收，并且在实际钻孔过程中，仅有C轴旋转运动，不会对主轴头产生明显的影响。从表4中可以看出，头架的静态刚度是比较高的。此外，主轴头的前轴承尽可能安装在离钻头近的地方。刀库安装在主轴正上方，尽可能减小刀库的重量（实际设计刀库容量最大是16把刀），可顺利更换刀具。定位夹具的顶升液压缸压力可以根据实际需要设定具体参数，最大限度地保证曲轴在钻孔时的刚度需要。

（2）满足本工序精确要求的定位精度。由于机床各轴采用实时控制，有效保证了曲轴和刀具时时处于正确的位置状态下。这样设备时时处于监控中，一遇异常立刻报警。B向旋转和C向旋转要求定位精度是0.003°；X、Y、Z向的移动定位精度是0.001mm。

综合上述1、2项，由于我们采取了各种措施提高并保证设备的动态刚度和定位精度，为高效钻孔的实现搭建了一个可靠的硬件平台。

（3）刀具和刀具更换。刀具采用普通硬质合金涂层麻花钻。为了提高刀具寿命，除采用已经非常成熟刀具的涂层技术外，还采用了微量润滑技术（不再使用切削液），保证使用麻花钻能够连续不间断钻削深孔，提高了加工效率；同时也避免了切削液系统的不稳定性带来不利影响，使制造成本大大降低。

在上述条件下，我们钻4个φ5.5mm×90mm连杆轴颈油孔与曲轴主轴颈油孔的连接孔时，切削速度是0.63m/s，进给速度是0.25mm/s；其他情况下的切削速度是0.20m/s，进给速度为0.3mm/s。经过摸索，所用刀具的使用寿命最短是No.3（见表5），其加工达到498件后提示准备换刀。当达到这个要求时，No.3刀具钻孔长度已达180m，远高于相同条件下其他刀具的使用寿命。同时，为了实现刀具自动更换，采用了HSK63A标准接口刀柄，除换刀实现自动外，也便于修磨刀具。

表5 各种刀具使用寿命

（4）缩短辅助时间。为了尽可能缩短辅助时间，对刀具使用进行了充分的优化，从表5可以看出，此全部加工过程仅使用了5把刀具，这样不仅缩短了辅助时间，也有效地降低了制造成本和管理成本。在整个172s加工循环过程中，刀具切削实际时间不足106s，大量的时间用于刀具与曲轴的姿态调整。精确的定位和定位可靠确认，则交由设备自身完成并确认，平均分配到每次姿态调整的用时也只有2s左右。

另外，通过不断探索，我们掌握了各种刀具的最短使用寿命，并设置在刀具参数表中，换刀后当前被加工曲轴数达到预警件数时，系统会自动做出预警，提示及时准备更换对应编号的刀具。

综合上述3、4项，由于我们在工艺方面采取的各项积极措施，曲轴线节拍时间是46s，共有4台HORKOS加工中心同时加工，使高效加工和降低制造成本两者得以同时实现，满足了整条曲轴生产线协调有序生产的需求。