Supfina 720/1 CenPro曲轴抛光机的研究与改进
作者 :  赵东洋 王光

  【摘要】:Supfina 720/1 CenPro曲轴抛光机是我公司加工曲轴的常用机床,由于工件多次加工后曲轴主轴颈及连杆轴颈的圆弧状曲面消失,严重影响发动机的使用寿命,且三期设备已经生产,对加工节拍要求明显提高,故经对抛光机的研究与优化,克服上述问题,找到合理解决方案成为曲轴生产线的当务之急。
  【关键词】:曲轴 抛光机 抛光工艺 Supfina 机床结构
  主要内容:
  一: Supfina 720/1 CenPro曲轴抛光机的研究
  二:抛光工艺要求
  三:加工工步的优化改进
  一、Supfina 720/1 CenPro曲轴抛光机的研究
  1.抛光机制造商简介
  Supfina 720/1 CenPro曲轴抛光机是由德国的Supfina公司生产制造的,该公司销售对象主要是汽车发动机制造厂及其相关合资企业。与国内同类机床相比,该机床自动化程度高,加工精度高,性能稳定,控制功能先进,外观时尚,但售价很高。
  2.机床主要结构[1]
  1) 床头
  床头主轴采用交流电机驱动,通过无声连与床头主轴相连,转速有西门子控制系统控制,无级可调。
  2) 振动机构[2]
  主轴振动机构由交流电机、减速机和直线电机、滚珠丝杠等组成。主轴振动频率由转速有西门子控制系统控制无极可调。
  3) 尾架
  尾架由液压缸、套筒等组成,液压驱动尾架套筒前进,尾架顶尖的顶紧力和速度可调,并带有压力显示。
  4) 抛光机构[2]
  抛光机构采用开式压磨板式抛光结构。抛光臂间距易于调整以适应不同品种曲轴。抛光时抛光臂自动实现前进至抛光位置和后退至原始位置;自动实现抛光夹紧和松开。每一个抛光臂运动灵活可靠,抛光过程中抛光臂压力保持恒定。主轴颈、连杆颈抛光臂压力各分为两组并分别可调,且带有压力显示。压磨板采用可拆卸设计,使之更换方便,可进行一次和多次加工。
  5) 止推面抛光机构
  止推面抛光机构可在工作台上作轴向调整以适应不同工件的止推面加工要求。止推面抛光机构加工过程中,可前后移动,该动作由液压电磁换向阀控制。液压缸驱动。
  6) 卷带机构
  卷带机构由交流电机、减速器、齿轮轴等组成,可实现自动卷带,卷带量可调,在每次加工后砂带继续有节奏的递进,保证恒定的超精加工结果。
  7) 液压系统
  液压站系统中床头、尾架、抛光头的压力可调,并具有压力显示。液压站布置在床身外部以便于维修,液压站和主机之间采用软管连接。
  8) 气动系统
  气动系统带有过滤装置,气动管路采用PU管,管接头采用快换接头。
  9) 冷却系统
  冷却系统采用磁滚纸过滤冷却系统。该系统冷却充分,具有完整的自动循环供液、回液、过滤、排削等功能。
  10) 控制系统[3]
  机床采用PLC系统控制,转速有西门子控制系统调速。机床可实现自动和手动抛光。粗、精抛时间可调。自动抛光时机床的各动作互锁,保证机床的各动作按设定的程序运行。
  3.机床主要工作范围如下:
  工件: 曲轴(目前N20发动机)
  生产材料: 38MnVS6(中碳含硫易切削高韧性非调质钢)
  顶尖间距: 350-500 mm自动
  最大700 mm手动可调
  振荡圆直径: 最大Φ200 mm
  冲程上止点—下止点: 最大100 mm
  往复振荡行程: ±3 mm (无级可调)
  振荡频率: 0-200 双冲程/分钟(无级可调)
  主轴转速: 0-330 min-1 (无级可调)
  装在高度: 1225 mm
  工作温度: +5℃至+40℃
  电压: 400V;50Hz
  二、抛光主要工艺要求
  1. 加工尺寸要求
  抛光工位是曲轴在磨削之后的最后一道加工工位,抛光之后,曲轴各尺寸达图。该工位主要加工曲轴的五个主轴直径、四个连杆轴直径、一个法兰直径及两处止推面。各尺寸要求及前一工序余量如下:
  加工后直径 前一工序余量
  主轴1(mm)
  主轴2-5(mm)
  连杆轴1-4(mm)
  法兰(mm) (h11)
  止推面宽度(mm) (F8)
  2. 粗糙度要求
  1) 介于曲轴各位置在发动机的功能不同,工艺对曲轴的不同位置也有详细的粗糙度要求。具体要求如下:
  所有主轴
  所有连杆轴
  法兰外径
  止推面
  Rmr1μm≥90%
  Rpk<0.1
  Rmr0.5μm>90%
  Rz2-5 Rmax 8
  Rmr0.5μm>85%
  2)粗糙度Rz、Rmax、Rmr(c)、Rpk的定义
  a Rz:取样内轮廓五个最大的轮廓峰和五个最大轮廓谷之间的平均高度差。
  b Rmax: 在取样长度内最大峰高与最大谷深的高度差。
  c Rmr(c): 负荷曲线、又称“材料比例曲线” , 轮廓支承长度率Rmr(c),在给定水平位置c上,轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度ln的比率。
  轮廓支承长度率Rmr(c)
  d Rpk、Rk、Rvk: Rpk是超过中心区峰谷高度的轮廓波峰平均高度,又被称为初
  期磨损高度。
  3. 形位公差要求
  所有主轴及连杆轴圆度保证0.005μm;直线度保证0.004μm .并保证所有主轴crowning在1.6-4.5μm。所有连杆轴crowning在1.6-4.5 μm.
  三、加工工步的优化改进
  经过网上查询及相关书籍翻阅,目前并无抛光转速、加工时间、加工余量与砂带、油品等的计算公式关系。故用试验法寻找相应的抛光优化措施[4]。
  由于需要保证现场生产的局限性,试验方案的相关数据并不是最为合理的,只能逐步改善并优化。采用正交表设计的试验方案如下:
  a粗抛主轴及连杆轴转速80 min-1、100 min-1分别用A1、A2表示;
  b精抛主轴及连杆轴转速105 min-1、120 min-1分别用B1、B2表示;
  c粗抛主轴及连杆轴时间6s、12s分别用C1、C2表示;
  d精抛主轴及连杆轴时间6s、12s分别用D1、D2表示;
  e 抛法兰转速50 min-1 、200min-1分别用E1、E2表示;
  f 抛法兰时间4s、5s分别用F1、F2表示;
  g 油品VG10H、SE12分别用G1、G2表示。
  根据正交表格推知,试验1为最佳可行方案。故采用试验1数据。更改后的Supfina加工节拍、机床加工稳定性均得到明显提高。
  参考文献:
  [1]郑文纬;吴克坚.机械原理.2000
  [2]黄云.砂带磨削原理及其应用[M].重庆:重庆大学出版社.1993
  [3]杨宏武.高速随动数控曲轴磨削原理及若干关键技术研究[D].武汉理工大学学报.2007
  [4]李海国.曲轴超精加工缺陷解决措施.现代零部件.2013.8

文秘写作 期刊发表