首台数控重型曲轴铣车复合加工机床研究*

王 虹 王顺江

(齐重数控装备股份有限公司研发中心，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

中国造船业从2004 年占世界造船13%。到目前造船位居世界第二，80%曲轴需要进口。而国外对我国限制出口、供货期长，严重制约了我国造船业的发展。由于大型船用曲轴具有重量大、精度要求高、制造工艺复杂等特点，其所需的成套加工设备制造难度极大。国际上只有德国掌握成套设备的设计、制造技术。我国尚属空白，所需设备全部依赖进口。后来日本、中国、捷克先后研制出加工曲轴机床。我国研制的数控重型曲轴铣车复合加工机床技术优于日本、捷克。

数控重型曲轴铣车复合加工机床是2009 年国家科技重大专项研究课题，2010 年底试车成功。目前在武汉铸锻重工有限责任公司、青岛海西曲轴生产基地连续运转3 年，状况良好。图1 是加工出来的万吨巨轮上用合格成品曲轴。

图1 成品曲轴

该机床主要完成万匹马力以上船舶用柴油机半组合曲轴热装后的整体加工。曲轴精度要求:圆度为0.025 mm，粗糙度Ra为0.4 μm。该机床的最大特点是在一台机床上完成主轴颈、法兰和曲拐颈(见图2)的精加工，刀具采用成形宽刀刃切削，粗糙度可达Ra0.4 mm以内。主要技术指标均达到国际先进水平(见表1)。

图2 曲轴示意图

表1 国内外对比

1 主要技术指标

1.1 CWT100X120/120L-MC

转盘内孔直径为1 m，最大工件重量为120 t，最大工件长度为12 m，最小开档距为138 mm，切削主轴颈直径范围为380～630 mm，切削曲拐颈直径范围为380～620 mm，C 轴分度精度为±0.002°。

主要用于S35MC、L35MC、S42MC、S46MC、L46MC和S50MC-C 等型号曲轴加工。

1.2 CWT130 ×145/180L-MC

转盘内孔直径为1.3 m，最大工件重量为180 t，最大工件长度为14.5 m，最小开档距为160 mm，切削主轴颈直径范围为500～910 mm，切削曲拐颈直径范围为500～910 mm，C 轴分度精度为±0.002°。

主要用于S50MC、S60MC、S60MC-C、S70MC、S70MC-C、6K80MC-C 等型号曲轴加工。

2 机床结构

机床主要由床身、主轴箱、卡盘、尾座、车削刀架、旋风刀架、液压系统、电气与数控系统及行车等组成，见图3。

该机床的控制采用SIEMENS 840D 数控系统，共有5 个进给轴、2 个旋转轴。

2.1 床身

床身分工件床身和刀架床身，中心架和尾座在工件床身上移动，车削刀架、旋风刀架在刀架床身上移动。

图3 机床结构

2.2 车削刀架

车削刀架主要用于完成主轴颈、发兰的精加工，具有自动拉刀、自动锁紧、吸振功能滑板式车削刀架结构，刀具采用弹性成形宽刀刃加工技术。

2.3 旋风刀架

旋风刀架主要用于完成曲拐颈精加工，是数控重型曲轴铣车复合加工机床的核心部件，其结构复杂，多项新技术新工艺填补国内空白;实现了自动开合、自动拉刀、自动锁紧、刀盘定向停功能。保证了曲轴大偏心拐颈的加工精度及稳定性。

2.4 主轴箱

主轴箱用于驱动曲轴回转加工主轴颈及法兰，加工曲拐颈时的C 轴精确分度，同时带有双电动机偏载自动平衡功能。

2.5 卡盘

卡盘卡持工件及回转用，虽然卡盘卡持力很大但卡爪截面很小，是弹性卡爪。

2.6 中心架

中心架不但支撑工件，而且大型柴油机曲轴是由多个曲柄和主轴红套组装而成的，因此曲轴各主轴颈同轴度偏差较大，在工件加工前，找正困难，研制出具有自动调整、补偿主轴颈偏心功能的随动装置，保证曲轴平稳的围绕机床主轴轴心线旋转，并解决了曲轴自身挠度问题。

2.7 尾座

尾座在此机床中只起到操作者安装工件时校准的作用，尾座主轴为测量主轴，安装在精密轴承上，针盘指示器通过手轮沿曲轴的端部旋转，直到曲轴端面的跳动达到最小值时，才可以调整中心架。

2.8 行车

行车为中心架准备的辅助工具，由于机床中心高在2 m 以上，为便于中心架及工件调整，在机床前侧装有电动行车，操作人员可通过行车从一个中心架到任意一个中心架上工作。

3 结语

本文对数控重型曲轴铣车复合加工机床各部件功能介绍归纳为:

(1)主轴箱双电动机偏载自动平衡技术、减振功能的滑板式车削刀架、随动中心架、卡盘弹性卡爪和成形宽刀刃刀具是满足大型柴油机曲轴主轴颈加工的特殊需求。

(2)主轴箱C 轴精确分度，开合式分体旋风刀架，卡盘弹性卡爪，成形宽刀刃刀具是满足大型柴油机曲轴拐颈加工的特殊需求。

以上两点是保证曲轴表面粗糙度值达到Ra0.4 μm 以内的必要条件，是其它车削机床难以实现的。

［1］现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册:上下册［M］.北京:机械工业出版社，2006.