基准选择对曲轴孔系位置度的影响

韦佳珍 刘俊伶

【摘 要】中心孔和主轴颈是曲轴上非常重要的定位和测量基准，在曲轴孔系加工和检测过程中，定位基准选取直接影响到位置度加工及测量的最终结果。文章分析了基准选择对曲轴孔系位置度的影响，对曲轴其他加工和检测工艺有一定的借鉴作用。

【关键词】曲轴孔系；基准；位置度

【中图分类号】TG537 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）06-0064-04

0 引言

曲轴是发动机的核心组件，其加工质量直接影响发动机的安全性能、动力性能等。曲轴螺纹孔、定位销孔是曲轴加工的重要工序之一，其加工位置度直接影响曲轴飞轮的安装及发动机的运行。本文以上汽通用五菱汽车股份有限公司的CNC机床及实验室测量设备为例，说明不同基准对曲轴孔系位置度的影响。

1 曲轴孔系工艺要求

上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机工厂曲轴一期生产线对于B12系列曲轴孔系的加工过程分为以下几步：？譹？訛预钻两端中心孔；？譺？訛重钻法兰端中心孔；？譻？訛重钻芯轴中心孔及攻丝；？譼？訛法兰端螺纹孔成型钻孔攻丝加工；？譽？訛工艺孔钻铰成型加工。曲轴孔系除了有基本工艺尺寸要求外，对于基准位置度也有严格的要求；如图1所示，其中A-B为曲轴中心线，C为第一连杆颈。

2 曲轴孔系工艺过程分析

2.1 设备夹具介绍

B12系列发动机曲轴孔系的成型加工由OP60工位加工中心完成，机床以第一连杆颈作为径向定位基准，固定式“V”形块定位夹紧第一和第五主轴颈；以法兰端面作为轴向定位基准，夹紧第六平衡块（如图2所示）。

2.2 机床定位误差分析

机床“V”形定位块的夹角α=90°，在不计“V”形块磨损及其本身加工误差，仅考虑工件外圆尺寸变化造成的影响，则工件中心沿Z向在O1至O2范围变化，计算公式如下：

△dw=O1O2=■=0.707δd

公式中：δd为直径公差。

图3为采用“V”形定位中心线变化示意图。曲轴第一和第五主轴颈直径公差δd=±0.1 mm，相当于曲轴主轴颈直径变化在垂直方向上产生的最大位置度误差△dw=0.14 mm。

图4为OP60加工中心径向定位示意图。加工中心以第一连杆颈周向定位，我们仅考虑工件的外圆尺寸公差δd的影响，工件中心在Oa至Ob范围变化，导致螺纹孔中心处在Oa'至Ob'；计算公式如下：

△dw=Oa'Ob'=■R=■=0.557δd

公式中：δd为直径公差；R为螺纹孔分布圆，R=22 mm；S为曲轴半冲程，S=39.5 mm。

由于连杆颈直径公差为δd=±0.1 mm，相当于连杆颈直径变化引起的径向方向最大位置度误差为0.11 mm。

2.3 实验室对于曲轴孔系位置度测量介绍

上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机工厂质量实验室对于曲轴孔系位置度的测量也是以第一、第五主轴颈及第一连杆颈为定位基准，因此主轴颈和连杆颈直径变化造成的中心偏移对于孔系位置度的测量精度会产生较大的影响。图5为质量实验室对曲轴OP60工位某机床连续加工50件的螺纹孔位置度测量数据。从图5中我们可以看出，这些孔系位置度测量数据极不稳定，几乎覆盖了整个公差带，车间生产部门难以根据测量数据进行有效的控制和调整。

2.4 提高曲轴孔系位置度精度的探索

上汽通用五菱汽车股份有限公司发动机工厂曲轴主轴颈和连杆颈的加工经过粗车（OP20工位）/粗铣（OP30工位），磨削加工（OP70，OP80工位）和抛光（OP130工位）3道工序；曲轴孔系的加工位于磨削工序（直径公差要求为12μm）之前，其位置度的加工和测量均是以粗加工面为基准，粗基准中心线与成品基准中心线存在较大的偏差。

曲轴另一个重要的基准是两端中心孔，经过OP60工位重钻中心孔后，曲轴后续轴颈加工工位均是以中心孔为加工径向定位基准。实验室测量中心孔Y轴坐标和第一、第五主轴颈直径相关性数据如图6、图7所示。

法兰端中心孔和第五主轴颈直径的相关系数为0.934，芯轴端中心孔和第一主轴颈直径相关系数为0.836，相关性显著。

在OP60后續工位加工中，以中心孔为基准完成主轴颈和连杆颈精磨，以第一、第五主轴颈中心线为基准测量中心孔X方向的轴向距离，50个工件能力验证数据为PP=14.13，PPK=14.08，而磨削前的过程能力为PP=1.00，PPK=0.93，磨削过后测量的位置度稳定性明显优于磨削前。图8为中心孔磨削前、后X方向坐标。

为验证中心孔基准对螺纹孔位置度的影响，采用中心孔作为基准测量螺纹孔位置度[如图9（a）所示]，X方向过程能力为PP=3.68，PPK=3.48。当采用第一、第五主轴颈轴心线作为基准测量的位置度[如图9（b）所示]，X方向过程能力为PP=0.95，PPK=0.91；通过对比我们不难得出结论，主轴颈直径对螺纹孔X方向位置度的测量值有很大的影响。

3 结论

实践证明，基准选择对曲轴孔系的加工和测量有重要的影响。合理选择加工和测量基准有利于保证曲轴孔系位置度加工和调整的准确性，在实际生产中，如何减小基准不一致引起的加工误差也是值得我们思考的问题。在该案例中，为保证过程基准和成品基准的统一，可以通过改造机床夹具，将夹紧定位机构由固定式夹具改为浮动式定心夹具，以消除直径波动因素对孔系加工位置度的影响。在新生产线的建立或生产线改造中，也需要在项目阶段对加工测量基准问题进行全方位的考虑。

参 考 文 献

[1]曹同生.孔定位基准位移误差的分析计算[J].机床与液压，2000（2）.

[2]徐学林.互换性与测量技术基础[M].长沙：湖南大学出版社，2007.

[3]李梅.三坐标测量孔系位置度方法的实践[J].计测技术，2008（12）.

[4]寇植达.关于孔系位置度标注和检测方法的研究与探讨[J].工艺装备，2016（9）.

[责任编辑：陈泽琦]