| 摘要：简要介绍了曲轴连杆轴颈磨削的原理，对其常见位置误差现象的形成原因进行了详尽分析，并提出了相应对策和解决办法。 |
1 前言
曲轴是发动机的核心零件，其加工精度和加工难度在发动机五大零件中首屈一指。曲轴连杆轴颈(以下简称拐颈)在发动机中与连杆相连接，直接承受各种复杂的交变载荷，轴颈与轴瓦间长期处于高速相对运动状态，因此对加工拐颈的形状、位置精度及表面粗糙度有很严格的要求。在曲轴机加工的全过程中，连杆颈的精磨工序最重要、最关键，本道工序的加工质量对曲轴成品质量有着举足轻重的影响。 拐颈磨削是一个复杂过程，设备精度水平要求高，调整保障维护难度大，生产对时间性要求较强，对于加工中发生的各种缺陷和偏差，要求工艺和机电维修人员具有较强的处理能力，应能够及时判断问题产生的原因，能采取相应的解决措施。经过多年的工作实践，笔者初步总结出了一些规律，这里着重介绍拐颈的磨削原理，对拐颈磨削位置误差方面的几个常见问题进行分析，并提出相应的判断和解决方法，供大家参考。以下内容均以BJ2021 I-4曲轴加工为例。 图1是BJ2021 I-4曲轴拐颈磨削工序图。其中M1、M2、M3、M4、M5为主轴颈，是曲轴工作旋转时的支撑和回转中心，连杆颈P1、P2、P3、P4围绕主轴颈旋转，活塞及连杆带动拐颈将直线运动转化成圆周运动，为发动机输出动力。P1、P4在同一轴线上，P2、P3在另一轴线上，二者相差180°。
图1 |
曲轴的规格大小有所差异，但拐颈的磨削原理和方法基本相同。BJ2021 I-4曲轴拐颈磨削采用的是德国NAXOS-unio和英国BUTLER NEWALL公司的磨床，定位方式相同，二者均是采用偏心夹具，半圆硬质合金瓦座支撑主轴颈M1、M5径向定位，分度头上的分度销伸入销孔驱动曲轴完成180°翻转使角向精确定位，分别磨削P1、P4或P2、P3。轴向采用MARPOSS对中器，测量侧壁位置，自动均匀分配拐颈侧壁余量进行轴向定位。磨削过程实行主动测量。 2 拐颈偏磨和曲拐半径误差
在实际磨削过程中，有时在粗磨结束进行半精、精磨时，MARPOSS主动测量装置开始工作(测头检验轴颈，边磨边测，自动闭环控制)时，数值显示屏上光标出现剧烈闪烁，到精磨末段甚至无火花磨阶段才稳定。这时，磨过的曲轴在综合检具上进行拐颈位置度检测时，(一般以分度销孔、主轴颈M1、M5为测量基准)会出现百分表上显示的拐颈实际位置测量值与其理论值(检测时百分表在样件上将该值对零)相差过大(0.25mm以上)，即拐颈外圆各个方向不均匀，产生偏心磨削，极端情况下甚至超出磨削余量范围，致使某一角度范围内的外圆磨不到，出现“黑皮”现象。这样砂轮就会出现不连续磨削，机床处于不正常工作状态。而测头置于不圆的轴颈表面不停地产生摆动和振动，容易造成测头损坏，影响测量和加工精度。 由图2可以看出偏磨或“黑皮”的形成原因。磨削时拐颈回转中心即头尾架的回转中心，它是一条固定的轴心线，而磨前的拐颈也有一条轴心线，理想的工作状态是装卡后二者重合，磨削余量才会均匀。实际上，由于夹具磨损或其他原因，会导致装卡后的拐颈轴心线与其回转中心线不重合，可能出现一个偏移量e。图2中d0为磨削前拐颈直径，d为磨削后直径，f为理论上磨削后拐颈外圆至未磨到部分外圆在半径方向最大距离为 f=e-(d0-d)/2
图2 |
图3 |
当f<0，即e<(d0-d)/2时，能够磨成一个完整拐颈圆周，但可能有偏磨现象。当f=0，即e=(d0-d)/2时，处于临界状态，拐颈只能刚刚磨成一个完整圆周。当f<0，即e<(d0-d)/2时，则不能够磨成一个完整拐颈圆周。最理想的状态是e=0，即回转中心与拐颈中心重合。 偏磨或“黑皮”出现在不同位置，形成原因有所区别。如图3(所有侧视图曲轴均为起始装卡位置，从小头看)所示。偏磨或“黑皮”出现在拐颈表面A(B)处时，主要是由于分度定位销位置不合适，角向偏离原位，使得定位时拐颈中心沿角向(左、右)偏移，从而导致该中心与磨削时其回转中心不重合。实际调整时，可将百分表触头靠在菱形分度定位销侧面的圆弧面上，根据实测的拐颈偏移量，顺(逆)时针调整定位销位置，使拐颈与其回转中心趋于一致。若缺陷出现在C(D)处时，则是支撑主轴颈的半圆瓦座高度有问题，使得装卡时拐颈中心在垂直方向上偏离其磨削回转中心。可通过调整校正半圆瓦座在垂直方向上的位置，使两个中心恢复一致。 曲拐半径是指拐颈轴心线至主轴颈轴心线间的距离。本道工序尺寸要求40.499.0.063mm，超出此范围会影响活塞行程，进而对发动机的工作状态产生不良影响。曲拐半径超差的原因与C、D偏磨的道理相同，可采取同样办法调整处理，此处不再重复。 3 分度误差
各轴颈的磨削顺序是P4-P1-P2-P3。先磨P4、P1，然后松夹，由分度头上的菱形分度销驱动曲轴翻转180°，将P2、P3置于磨削位置，夹紧磨削。 拐颈的分度误差是指P2、P3、P4与P1之间相对位置度的误差。本工序为0.36mm。由于P1、P4为同一轴线一次装卡，P2、P3为另一轴线二次装卡，P1、P4之间及P2、P3之间呈现较大偏差的几率很小。这里主要讨论P1、P4与P2、P3在180°方向上实际分度位置与理论位置的误差。实测时，以M1、M5径向定位，分度销孔角向定位，先用百分表测量P1位置并设为零位，然后曲轴翻转180°，同样位置测量P2、P3拐颈，百分表上显示数值则为分度误差。当百分表的表针在“一”方向负值时，拐颈处于逆向偏移位置，拐颈轴心线在H点(图4)，t值即是分度误差值(百分表读数)。由于P1、P4磨完后，分度头液压装置动作分度盘顺时针旋转180°，并反靠在棘爪上定位，分度销驱动曲轴也应转同样角度，这时理想状态P2、P3应该在下边磨削位置E，P1、P4则应在主轴颈正上方F处，即主轴颈、拐颈中心F、J的连线上。实际上，分度盘转过的b角度不足180°，分度不到位，导致磨削的拐颈产生同样误差。显然造成的原因是因为分度盘上定位面M处磨损或者N处高出(图5)，误差的纠正方法是将分度盘M处加垫或者在N处修磨。加垫实施起来有困难，一般是将分度盘拆下在磨床上对N面进行修磨。因为分度盘M、N处的半径与拐颈半径(拐颈中心至主轴颈中心距离)的尺寸相近，所以M磨损值与拐颈偏差数值也应相近似。可按测量时百分表的偏差读数修磨。使M和N保持180°分度。若出现顺向偏差，则表现形式与逆向偏差正好相反，可通过修整M面进行调整。
图4 |
图5 |
图6 |
4 平行度误差
这里的平行度是曲轴主轴颈与拐颈轴心线间的平行度，本工序公差要求为0.0064mm，是一个极其严格的项目(需在ADECOLE测量仪上测量)。而主轴颈定位夹具失当会导致拐颈平行度误差，其表现方式见图6。如果定位夹紧后，M1、M5到磨削回转中心相对位置不一致，即M1、M5半圆瓦座在水平方向错位扭曲，在垂直方向位置高低不同，就会产生这种情况。校正的方法是用一个直径与主轴颈相同的直样棒(长度与曲轴相近)，夹紧在M1、M5瓦座上，将百分表吸在机床固定部位，表的触头打在样棒表面，可在样棒上母线和侧母线分别打表，沿样棒母线方向移动工作台，观察表的读数变化，反复调整M1、M5瓦座在水平、垂直方向位置，使得在样棒全长范围内表的读数趋于一致。前边列举的各种误差不一定单独存在，很有可能是互相关联交叉出现。分度误差过大也有可能导致偏磨或“黑皮”，平行度不合适也会引起曲拐半径的偏差。
发布日期：2020-03-27
