高效智能化的曲轴油道孔加工中心

■ 神龙汽车有限公司 （湖北襄阳 441004） 叶宗茂 刘雪松

高级工程师 叶宗茂

发动机曲轴油道孔加工经历了枪钻自动线加工时代，加工工艺采用复合刀具进行工序分散加工，刀具寿命短，油道孔位置精度难以保证，严重困扰着曲轴生产线的节拍和效率，是曲轴生产线的瓶颈工序。其后又经历了油道孔卧式加工中心时代，虽然油道孔加工精度、加工效率得到了保证，但单机生产节拍78s，仍然较低，1条20万产能的曲轴生产线至少需要两台加工中心才能满足产能要求，严重影响了生产线布局，增加了生产线投资和产出费用。近年来西班牙ETXE-TAR公司在满足用户需求的同时，基于丰富的经验和强大的研发能力，开发出高效节能的曲轴油道孔加工中心，如图1所示，生产节拍为78s/3支，一经推出，就受到了国内外汽车及发动机制造企业的广泛关注，并被使用。

图1 布置在曲轴生产线的ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心

1. ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心结构和性能

ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心采用西门子840Dsl系统，油孔钻采用MQL微量润滑，渗透能力强，润滑效果好，加工效率高，1次可同时加工3支曲轴全部油道孔加工内容，如图2所示，20万支年产能的曲轴生产线仅需要配备1台ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心。ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心为用户提供了具备复合柔性、产量高效可靠、节能环保和最佳工艺条件下的高水平曲轴油道孔加工解决方案。

图2 1次加工3支曲轴

ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心轴坐标系如图3所示，设计有直线轴X、Y、Z，如图4所示，旋转轴A、B、Q，以及主轴SP11、SP12、SP13；其中A轴为夹具的旋转控制轴，如图5所示，控制零件径向旋转角度，通过1个伺服电动机、3个蜗轮蜗杆结构和两个联轴器实现，程序中编辑设定1个A轴旋转角度，保证3件曲轴的径向旋转角度同步，同时每个主轴也可以单独控制转速和旋转方向；Q轴是刀库使用的轴，换刀时1次更换3把相同的刀具，保证每个主轴装载相同的刀具；B轴旋转便于曲轴上下料及零件轴向加工位置的调整，实现1次上料同时加工3支曲轴。

2. 采用ARTIS刀具监控系统

图3 ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心轴坐标系

图4 加工中心X、Y、Z直线轴系

图5 加工中心旋转控制轴

ETXE-TAR机床通过ARTIS系统监控刀具破损、刀具不存在及刀具磨损等刀具状态，避免因前一把刀具破损导致更多刀具破损。当修改加工参数、加工程序或更换刀具种类时，系统可以通过自学习建立新的报警极限值。自学习的过程是加工11件以上的零件，通过这11个过程的曲线建立新的极限报警值，系统会在每次运行循环后变得更智能化，零件返修时关闭刀具监控。

ARTIS刀具监控系统自动确定了所有限制和参数，如果警报无原因的经常出现，可添加表1所示的额外条目，操作者必须在对表1中所列参数做出任何改变之前，检查该刀具。

表1 刀具监控系统监控影响

3. 模块化的NC加工程序编辑模式

ETXE-TAR机床加工程序模块化编程，使用多个子程序进行调用。主程序中调用回原点程序、热机程序、加工顺序定义程序和刀具选择程序等子程序；加工顺序定义子程序中调用冲洗程序、工件尺寸定义程序、坐标系框架程序和预钻、钻、去毛刺和倒角等子程序；具体调动逻辑见表2，各工步的加工顺序更改可以在加工顺序定义程序中进行修改，修改时只需要更改各工步子程序名前后顺序。

如在钻孔子程序内通过程序段“ORDER[1]=SET（6,7,1,2,3）”定义各孔的加工顺序，“6,7,1,2,3”是油孔编号。用SET指令给数组ORDER[1]—ORDER[5]分别赋值“6,7,1,2,3”，再通过“for”循环5次即可加工这5个孔。更改SET（6,7,1,2,3）中编号顺序即更改了加工顺序。

这种模块化子程序调用的编程模式方便工艺人员进行程序修改，修改时工作量很小，也不容易出错。避免了程序的误修改带来的撞机等碰撞干涉。

表2 模块化的NC程序逻辑

4. 应用实践

ETXE-TAR曲轴油道孔加工中心2013年6月在公司动力总成工厂曲轴L6线投入使用，7年来仅出现过1次质量问题：A轴回转间隙过大导致钻孔打刀。由于设备结构简单直观，维修人员迅速查找到了故障原因：A轴的驱动是由伺服电动机驱动蜗杆，再通过蜗轮蜗杆结构将伺服电动机的旋转运动传递到A轴的旋转运动。蜗轮蜗杆通过齿啮合，这就必定有一定的间隙，机床要求间隙＜0.01mm。3套夹具之间通过联轴器联接，联轴器的严重磨损加大了A轴回转间隙，使预钻和钻孔A轴实际定位不一致，导致钻孔时打刀。及时更换了易损件，设备恢复正常。

5. 结语

随着中国汽车工业的高速发展，市场竞争日益激烈，尤其是发动机制造企业间的竞争尤为突出，各大企业纷纷采用新技术、新设备来提高产品质量，降低制造成本。新型曲轴油道孔加工中心的使用，提高了效率，降低了设备故障率，方便操作，因其加工的曲轴油道孔质量可靠、管理成本低，从而提高了企业的竞争力。