曲轴连杆颈及过渡圆角磨削不良的解决方案.doc

1、第 1 页 共 8 页曲轴连杆颈及过渡圆角磨削不良的解决方案徐兵杰北京现代汽车有限公司摘要：在大批量曲轴自动加工过程中机床的工装夹具的刚性及精度决定了产品的稳定性，产品质量的稳定对于节约企业生产成本是极为有利的。本文着重介绍了利用工业工程方法对于小松内铣机床的工装改进方案。关键词：WORKREST 产品质量 生产成本引言：2009 年北 汽 控 股 公 司 制 定 了 产 销 汽 车 100 万 辆 、 销 售 收 入 1000 亿 元 的 “百 万 千 亿 ”目 标 。作 为 北 汽 控 股 的 重 要 支 柱 企 业 ， 北 京 现 代 的 作 用 非 同 寻 常 。 在 这 样 的 大

2、背 景 下 就 要 求 了 我 们 的生 产 准 时 化 ， 有 序 化 ， 规 范 化 。 在 整 个 生 产 运 营 体 系 中 ， 同 样 的 要 求 也 出 现 在 发 动 机 厂 曲 轴 生产 上 。在 曲 轴 的 整 条 工 艺 体 系 中 ， 连 杆 颈 加 工 是 最 为 复 杂 的 工 艺 ， 因 而 生 产 质 量 事 故 最 为 频 发 。小 松 内 铣 的 连 杆 颈 粗 加 工 是 连 杆 颈 精 加 工 之 前 重 要 工 序 ， 控 制 好 曲 轴 连 杆 颈 的 粗 加 工 质 量 就 可以 极 大 的 降 低 曲 轴 不 良 品 的 产 生 。1.北 京 现

3、代 曲 轴 连 杆 颈 加 工 简 介 ：1.1 曲 轴 连 杆 颈 加 工 工 序 说 明 ：工 序 加 工 内 容GC30-60 曲 轴 连 杆 颈 铣 削 加 工GC30-100 曲 轴 连 杆 过 渡 圆 角 颈 铣 削 加 工GC30-150 曲 轴 连 杆 颈 及 过 渡 圆 角 磨 削 加 工1.2 小 松 内 铣 工 艺 简 介 ：小 松 内 铣 技 术 是 日 本 小 松 的 全 球 专 利 技 术 ， 它 通 过 成 型 铣 刀 盘 在 固 定 的 工 件 上 进 行 圆 弧 插补 运 动 ， 完 成 一 次 性 铣 削 加 工 。 就 北 京 现 代 的 小 松 连 杆

4、颈 内 铣 机 床 而 言 其 优 点 有 ：加 工 效 率 高 ， 生 产 节 拍 短 。使 用 成 型 刀 盘 生 产 加 工 ， 连 杆 颈 宽 度 加 工 尺 寸 稳 定 。机 械 结 构 简 单 ， 人 工 调 整 拆 卸 简 便 。表 面 粗 糙 度 及 圆 度 参 数 控 制 稳 定 。1.3 加 工 尺 寸 技 术 要 求 :表一 GC30-60 序曲 轴 连 杆 颈 直 径 要 求 ： 45.60.1曲 轴 连 杆 颈 相 位 要 求 ： 00.12曲 轴 连 杆 颈 1/2 行 程 要 求 ： 42.5/46.750.12曲 轴 连 杆 颈 圆 度 要 求 ： 0.1曲 轴

5、 连 杆 颈 直 径 表 面 粗 糙 度 : Ra6.3曲 轴 连 杆 颈 侧 立 面 表 面 粗 糙 度 : Ra3.2第 2 页 共 8 页表二 GC30-100 序曲 轴 连 杆 颈 R 角 直 径 要 求 ： 45.40.15曲 轴 连 杆 颈 R 角 相 位 要 求 ： 00.12曲 轴 连 杆 颈 R 角 1/2 行 程 要 求 ： 42.5/46.750.12曲 轴 连 杆 颈 R 角 大 小 ： R2.50.15曲 轴 连 杆 颈 侧 立 面 表 面 粗 糙 度 : Ra3.22. 在 生 产 过 程 中 ， 遇 到 的 实 际 问 题在实际的生产实践中，我们并没有发现 60

6、序、与 100 序这两个工位的加工数据有较大的波动，相反，它们的后道工序 150 序有着明显的加工质量事故发生：2.1 GC30-150 序曲轴连杆颈未磨削完全，也就是说在 360的曲轴连杆颈圆周上有一段圆弧面未被磨削到（如图 3-1）图 2-1此问题产生之后，使我们第一个想到的原因就是查找 150 序本身是否有工装夹具定位不准的情况或者整个夹具体是否出现了相位偏移，但使我们感到疑惑的是并不是每一根曲轴都存在磨削不良的状况，并且在加工合格的曲轴中进行抽样检测后，结果显示曲轴的相位与 1/2 行程都处于合格范围内。之后，我们又作了标准棒检测，结果显示夹具定位正常。所以，我们大胆的推测可能是 60

7、 序出现了问题。2.2 曲轴连杆颈过渡圆角在 360圆周上有一段圆角未被磨削，而在相反方向 R 角磨削出现断差，而正常的加工现象应该是两端圆弧交于一点（如图 2-2）图 2-2同 样 问 题 发 生 在 GC30-150 序 的 R 角 磨 削 上 ， 我 们 按 照 连 杆 颈 相 位 问 题 的 处 理 方 法 进 行 检测 后 发 现 ， 依 旧 是 150 序 没 有 问 题 ， 所 以 我 推 测 可 能 100 序 R 角 铣 削 出 现 了 问 题 。曲轴连杆颈未被磨削的表面第 3 页 共 8 页3. 对于问题的分析、假设与验证3.1 根 据 北 京 现 代 曲 轴 连 杆 颈

8、加 工 工 艺 对 于 GC30-150 序 的 加 工 质 量 问 题 进 行 分 析3.1.1 曲 轴 连 杆 颈 直 径 加 工 工 艺曲 轴 毛 坯 （ 连 杆 颈 ） 曲 轴 连 杆 颈 直 径 铣 削 曲 轴 连 杆 颈 直 径 磨 削 曲 轴 连 杆 颈 直径 抛 光3.1.2 曲 轴 连 杆 颈 过 渡 圆 角 加 工 工 艺曲 轴 连 杆 颈 直 径 铣 削 完 成 曲 轴 连 杆 颈 过 渡 圆 角 铣 削 及 侧 立 面 铣 削 （ 如 图 3-1） 曲 轴 连 杆 颈 过 渡 圆 角 磨 削 （ 如 图 3-2）图 3-1 图 3-2 3.1.3 曲 轴 连 杆 颈 过

9、 渡 圆 角 磨 削 的 必 要 性在 直 列 四 冲 程 发 动 机 工 作 中 ， 由 于 爆 炸 压 力 与 往 复 惯 性 力 的 共 同 作 用 ， 曲 轴 连 杆 颈 在 由0-90运 动 过 程 中 受 的 力 最 为 集 中 。 因 而 曲 轴 最 容 易 应 力 集 中 的 部 位 就 是 主 轴 颈 与 连 杆 颈的 过 度 圆 角 之 间 的 “危 险 截 面 ”。 （ 如 图 3-3）图 3-3由材料力学知识可知，曲轴过度圆角越小，应力集中效应越明显，所以必需增大圆角半径，但随着圆角半径的增大，轴颈有效承压长度缩短，为了解决这一矛盾，曲轴连杆颈圆角采用几段相互相切圆弧的

10、设计方法，对于砂轮的修整与砂轮位置的调整要求较高。在实际的连杆颈磨削过程中，我们采用 CBN 砂轮进行连杆颈磨削。此种砂轮不同于钰釉合金砂轮，它的修整难度就要比钰釉合金砂轮大，但一旦修整完成，形状就不易被更改，寿命也比钰釉合金砂轮高,平均 150 工件/修整。而钰釉合金砂轮得修整频率仅为 5-6 工件/修整。故采用 CBN 砂轮进行连杆颈加工对与加工尺寸的控制以及生产节拍的控制都是很有好处的。3.2 对于曲 轴 连 杆 颈 及 过 渡 圆 角 磨 削 不 良 问题的假设反复的现场观察，加上对于 GC30-150 序的精度诊断，我们提出如下假设：曲轴连杆颈曲轴主轴颈第 4 页 共 8 页虽然，G

11、C30-60、100 序在 QC 的抽查送检中没有明显的问题体现，但是否在整个加工周期内都是合格产品呢？会不会出现在前后两次 QC 的抽查送检之间出现加工不良品呢？60、100 序的夹具刚性是不是一直保持不变呢？3.3 对于曲 轴 连 杆 颈 及 过 渡 圆 角 磨 削 不 良 问题的假设的验证首先，对于前两个假设我们作出对策：在两次 QC 送检之间进行抽样检测，结果发现在两次 QC 送检之间的时间里并且两次测量都合格的情况下，有曲 轴 连 杆 颈 铣 削 及曲 轴 连 杆 颈 过 渡 圆 角 的加工不良品产生（如表三、表四）表三 曲 轴 连杆颈相位测量单项目 规格 测量值 判定#1 连杆颈相

12、位 00.12 +0.112 OK#2 连杆颈相位 00.12 +0.078 OK#3 连杆颈相位 00.12 +0.183 NG#4 连杆颈相位 00.12 +0.009 OK表四 曲 轴 连杆颈 R 角相位测量单项目 规格 测量值 判定#1 连杆颈 R 角相位 00.12 +0.214 NG#2 连杆颈 R 角相位 00.12 +0.196 NG#3 连杆颈 R 角相位 00.12 +0.200 NG#4 连杆颈 R 角相位 00.12 +0.204 NG其次，我们按机床操作手册对 GC30-60 序与 100 序进行了四项检测 ：图 3-4绕 度 检 测 （ 如 图 3-5）检 测 方

13、法 ：只 将 前 后 顶 尖 伸 出 顶 紧 工 件 ， 在 前 后 夹 爪 松 开 的 状 态 下 ,将 百 分 表 架 于 切 削 主 轴 上 且 表 针打 在 标 准 棒 上 任 意 处 ， 旋 转 并 读 数 ， 允 许 公 差 ： 0.07mm夹 爪 同 轴 度 检 测 （ 如 图 3-6）检 测 方 法 ：将 前 后 顶 尖 伸 出 顶 紧 工 件 并 将 前 后 夹 爪 夹 紧 将 百 分 表 架 于 切 削 主 轴 上 且 表 针 打 在 标 准 棒 上任 意 处 ， 旋 转 并 读 数 ， 允 许 公 差 ： 0.02mm法兰端夹爪百分表标准棒第 5 页 共 8 页图 3-5

14、 图 3-6顶尖与滑轨的平行度检测（如 图 3-7）检 测 方 法 ：将 前 后 顶 尖 伸 出 顶 紧 工 件 并 将 前 后 夹 爪 夹 紧 ， 在 标 准 棒 上 方 （ X 方 向 ） 与 侧 方 （ Y 方 向 ）分 别 架 放 两 块 百 分 表 ， 表 身 架 在 鞍 座 上 ， Z 向 平 移 300mm， 读 数 ， 允 许 公 差 ： 0.018WORKREST 与夹具的同轴度检测（如 图 3-8）检 测 方 法 ：将 前 后 顶 尖 伸 出 顶 紧 工 件 并 将 前 后 夹 爪 夹 紧 ， 在 标 准 棒 上 方 （ X 方 向 ） 与 侧 方 （ Y 方 向 ）分 别

15、 架 放 两 块 百 分 表 且 表 针 打 在 标 准 棒 上 任 意 处 ， 表 身 架 在 鞍 座 上 ， WORKREST 夹紧，读数，允许 公 差 ： 0.030mm图 3-7 图 3-8检测结果请见下表：表一 GC30-60（单位：mm）允许公差 第一次测量 第二次测量 第三次测量 判定绕 度 检 测 0.07 0.06 0.07 0.06 OK夹 爪 同 轴 度 检 测 0.02 0.01 0.01 0.03 OK顶尖与滑轨的平行度检测 0.018/300 0.016 0.015 0.018 OKWORKREST 与夹具的同轴度检测 0.030 0.31 0.29 0.30 NG

16、第 6 页 共 8 页表二 GC30-100（单位：mm）允许公差 第一次测量 第二测量 第三次测量 判定绕 度 检 测 0.07 0.05 0.03 0.02 OK夹 爪 同 轴 度 检 测 0.02 0.02 0.01 0.03 OK顶尖与滑轨的平行度检测 0.018/300 0.015 0.013 0.012 OKWORKREST 与夹具的同轴度检测 0.030 0.18 0.17 0.18 NG由上述两种验证方式，我们可以判定：60 序曲轴连杆颈铣削机床与 100 序曲轴连杆颈 R 角铣削机床的加工精度出现了问题，在实际加工中出现随机性的不良品。4. 对于问题的结论：60 序与 100

17、 序机床（图 3-9）经过长时间运转后出现了机床底部双矩形导轨的磨损，为了弥补双矩形导轨的磨损所产生的空隙，就需要对于内侧导轨旁的楔铁进行调整。调整后的机床导轨间隙被消除了，但由于楔铁的调整致使整个滑座外移，这就使得在滑座上的 WORKREST 夹具整体外移了。WORKREST 夹具就是机床夹具中夹紧机构的一部分，它与曲轴前后油封夹爪一起构成了机床工装夹具的夹紧机构。曲轴前后油封夹爪安装在工作台的夹盘上，楔铁的调整不会使曲轴前后油封夹爪发生移动，这就形成了前后油封夹爪与 WORKREST 夹具不同心的状况。在实际的加工过程中，曲轴被前后油封夹爪与 WORKREST 夹具共同夹紧后就产生了弯曲变

18、形，在加工连杆颈时就会出现曲轴连杆颈相位与 R 角相位值不稳定的现象，从而大量的产生 150 序磨床不良品。图 3-9矩形导轨楔铁所在位置WORKREST 所在位置第 7 页 共 8 页5. 问题的解决：5.1 制定调整预案并实施由于发现了 WORKREST 的同心度问题，就必须进行同心度调整。根据 WORKREST 图纸分析（如图 4-7） ，我们制定进行垫片调整预案。但在实施过程中我们发现由于偏差过于严重，通过垫片调整无法完成要求。5.2 制定二次调整预案并实施将现有备件尺寸进行工艺改进，从新制作 WORKREST 上使用的夹块： 制作后的夹块相比于原厂夹块硬度有所提高由原厂要求的：HRC

19、60-64 提高为 HRC65-66 耐磨性与刚性都有所改进。将现有的 WORKREST 上夹爪（如图 4-8）的高度工艺尺寸根据现场测量结果进行修改：GC30-60 序内侧两个 WORKREST 夹块减少 0.3sin45，外侧两个 WORKREST 夹块加厚 0.3sin45。GC30-100 序内侧两个 WORKREST 夹块减少 0.18sin45，外侧两个 WORKREST 夹块加厚 0.18sin45。图 4-7 图 4-86.改善后的效果：项目 规格 改善前 改善后 效果150 序磨削不良品 连杆颈与 R 角未磨削 150 根不良品/月 以上 20 根不良品/月 以下 节约生产成

20、本 100 万元以上60 序#1-4 连杆颈相位 00.12 0.12 以外 0.05 以内 品质提升100 序#1-4 连杆颈R 角相位 00.12 0.12 以外 0.05 以内 品质提升相比于对生产成本的节约，曲轴的尺寸一致性加强后，对于整机品质的提升更值得我们关注。它不仅可以完美的体现北京现代以产品质量第一的宗旨，更可贵的是使消费者对于北京现代的品牌更有信心。第 8 页 共 8 页7. 总结机械加工生产以技术含量高、生产成本高、自动化率高、生产节拍短著称。这就要求产品的一致性好。一个工位的不良现象，不一定是本工位的问题。所以对于生产线的实时监控并及时有效地发现问题是极为必要的，加强现场的品质监控、TPM 管理和持续不断地现场改善是机械加工生产线健康有序发展的源动力。参考文献：1.机械工程图学科学出版社 主编：侯洪生2.机械制造技术机械工业出版社 主编：于俊一3.数控机床中南大学出版社 主编：袁金成4.金属切削实用刀具技术 主编：太原金属切削刀具协会