數控曲軸砂帶拋光專用機床的研制濱州海得曲軸有限責任公司（256606）李海國 徐慶杰 路俊峰 馮延樹摘要：針對曲軸在拋光中存在止推面、圓角處無法達到表面粗糙度要求的問題，參考國內外曲軸砂帶拋光原理，自主開發研制出曲軸砂帶拋光專用機床。該機床采用床頭箱主軸軸向竄動原理，不僅使得曲軸止推面能夠加工，而且其他軸頸側面均可以得到加工；采用邊緣鋸齒形砂帶，在床頭箱主軸竄動時，使得軸頸左右兩端圓角得到拋光加工；拋光塊采用浮動夾緊方法，使得拋光時不會破壞軸頸的形位公差；根據產品要求，使用不同粒度的砂帶，可得到經濟性的表面粗糙度。生產現場實際拋光效果表明，該機床可滿足不同類型曲軸軸頸表面、止推面、圓角等表面粗糙度要求。關鍵詞：曲軸 拋光 止推面 圓角 專用機床Nc crankshaft sand with the development of the special machine tool polishingLi Hai-guo Xuqing-jie Lu Jun-feng(Binzhou Head Crankshaft Co.Ltd., Binzhou 256615,CHN)Abstract：According to existing in the crankshaft polishing thrust face, round horn place cannot reach the surface roughness of the requirements, both at home and abroad with reference to the crankshaft sand polishing principle, independent developed crankshaft sand belts special machine polishing. The machine bed spindle box by axial channeling move principle, not only make the crankshaft thrust faces can be processing, and other shaft neck side can be get processing; The jagged edge with sand, in case there is a bed spindle move, making the shaft neck or so round ends get polishing processing; Polishing by a piece of clamping method, and makes the polishing wont destroy shaft neck when the geometrical tolerance; According to product requirements, use different particle size with the sand, and it can get the surface roughness of the economy. Production site actual polishing results show that, this machine can meet different types of crankshaft journals and neck surface, thrust round face, such as the surface roughness requirements.Keyword：crankshaft，polishing，thrust surface，round，special purpose machine tool1、研制背景曲軸是發動機的心臟，其加工精度要求非常高。曲軸在磨削工序之后的超精加工多采用砂帶加工的方式進行。曲軸的砂帶超精加工一般稱之為砂帶磨削或砂帶拋光，砂帶拋光是一種高效、經濟、用途廣泛的超精加工工藝。與砂輪磨削相比，砂帶拋光的磨削溫度低，工件表面不易出現燒傷等缺陷，國內外曲軸加工廠家已廣泛應用。基于砂帶拋光良好的加工效果，進口專用機床已得到了一些應用，但由于進口機床價格昂貴，國內中小企業無力承受，國產機床存在一些不足，比如拋光表面粗糙度達不到工藝要求、止推軸頸無法拋光、軸頸圓角拋光效果低、拋光后對軸頸的形位公差有破壞以及工人勞動強度大等缺陷。以上缺陷可造成發動機燒瓦、止推片、軸頸磨損過快等，客戶不時提出反饋意見。2、機床總體設計思路和方案針對目前砂帶拋光存在的缺陷以及工人勞動強度大等不足，自行設計制造數控曲軸砂帶拋光專用機床。首先采用全自動機床方案，以便減輕工人勞動強度；再者針對目前產品存在的問題，從機床結構設計中逐一解決。數控曲軸砂帶拋光專用機床由床身組件、床頭箱、尾座、拋光裝置、自動上料機構、卷帶機構、液壓系統、電氣系統等部分組成。針對曲軸拋光時軸頸表面粗糙度達不到工藝要求的問題，通過選用合適粒度的砂帶解決，不能盲目選用粒度過小的砂帶，能達到工藝要求即可；針對曲軸止推面不能拋光問題，考慮在夾持曲軸的床頭箱增加主軸軸向竄動機構，不僅使得曲軸止推面能夠加工，而且其他軸頸側面均可以得到加工；針對曲軸圓角拋光效果不好的問題，采用邊緣鋸齒形砂帶，在床頭箱主軸竄動時，使得軸頸左右兩端圓角得到拋光加工；針對曲軸軸頸拋光后形位公差變化問題，拋光塊采用浮動夾緊方法，使得拋光時不會破壞軸頸的形位公差。3、床頭箱設計3.1 床頭箱結構如圖1所示，床頭箱部分是由導軌底座1、推進液壓缸2、床頭箱體3、動力側箱體4、伺服電機5、床頭主軸6、夾套7、鏈輪8、竄動塊9、連桿10、振動體11、直線導軌12、驅動油缸13等零件組成。3.2 床頭箱工作原理通過自動上料機構把曲軸送至與床頭箱主軸軸線重合位置，啟動推進液壓缸2，床頭箱整體向前推進，將曲軸一端放置到床頭箱上與床頭主軸6連接的夾套7中夾緊，另一端由頂尖頂緊，啟動伺服電機5通過鏈輪8將動力傳遞到床頭主軸6上，進而帶動曲軸旋轉，完成拋光工作。為解決曲軸止推面和圓角拋光問題，特增加床頭主軸竄動機構，其工作原理是：驅動油缸13來回移動，帶動竄動塊9左右擺動，通過連桿10傳遞到主軸上，使得主軸有節奏的左右竄動，從而改善拋光效果。主軸竄動幅度的大小可通過調整螺釘調整。 床頭箱背面（去掉護罩）圖14、尾座設計4.1 尾座結構如圖2所示，尾座部分是由底座1、尾座體2、芯軸3、端蓋4、尾座主軸5、頂尖6、直線軸承7、鎖緊螺母8、定位板9、傳力板10、液壓缸11等零件組成。4.2 尾座工作原理尾座的主要功用是頂緊工件曲軸，通過自動上料機構把曲軸送至與尾座主軸軸線重合位置，待床頭箱夾緊曲軸后，啟動液壓缸11，通過傳力板10帶動尾座主軸5前進，進而用頂尖6頂緊曲軸。圖25、自動上料機構設計5.1 自動上料機構結構如圖3所示，自動上料機構部分是由工作臺1、支撐座2、曲軸3、V形上料機構4、液壓缸5、滑動軸6、支撐體7、氣缸8等零部件組成。如圖4所示，其中V形上料機構4由隔板9、夾板10、推動塊11、活動塊12、軸承13、固定塊14、微型直線導軌15等零件組成。圖3圖45.2 自動上料機構工作原理將曲軸第一主軸頸和第六連桿頸（以六拐曲軸為例）放置到V形上料機構4的兩個V形支撐上，此時兩個V形支撐由于一個高一個矮，曲軸便可自動定位，啟動自動程序后，液壓缸5向前推進，將曲軸的主軸公共軸線送至床頭箱和尾座的主軸軸線上。床頭箱夾緊、尾座頂緊工件曲軸后，氣缸8后退，帶動推動塊11后退，此時活動塊12在重力作用下自動下落，然后液壓缸5后退，將整個工作臺退回；拋光加工完畢后，液壓缸5向前推進，帶動整個工作臺前進至工件曲軸位置，氣缸8推進通過推動塊11將活動塊12抬起，支撐起曲軸，此時曲軸的夾緊松開，然后液壓缸5后退，將整個工作臺退回，完成一個工作循環。6、拋光機構設計6.1 拋光機構結構如圖5所示，拋光機構部分主要由下拋光夾1、拋光塊2、上拋光夾3、定位齒條4、拋光夾板5、夾具下墊板6、夾具軸承座7、滾動軸承座8、滾動軸承9、夾緊液壓缸10、液壓缸耳環11、液壓缸連接座12、夾具上墊板13、模擬砂帶14、砂帶導向座15等零部件組成。6.2 拋光機構工作原理首先通過一個長行程油缸將拋光機構送至曲軸待拋光之處，通過夾緊液壓缸10的前進和后退實現拋光夾的夾緊和松開，從而實現工件的夾緊和松開。拋光連桿頸時，拋光夾需跟隨連桿頸擺動，通過安裝在下拋光夾1的滾動軸承座8和滾動軸承9實現隨動拋光。拋光完成后，拋光夾張開，通過在下拋光夾的一個定位頂尖定位（圖中未畫出）。圖57、卷帶機構設計7.1 卷帶機構結構如圖6所示，卷帶機構部分主要由卷帶電機1、導向光軸2、砂帶定位環3、卷帶機構固定板4、主動齒輪軸5、從動齒輪軸6等零部件組成。圖67.2 卷帶機構工作原理卷帶機構安裝在機床后端，砂帶通過砂帶定位夾從下端穿到導向光軸2上，砂帶定位環3定位砂帶。將砂帶穿到兩個齒輪軸的齒間隙中，需要卷帶時，啟動卷帶電機1，帶動主動齒輪軸5旋轉、從動齒輪軸6被動旋轉，從而實現砂帶的自動卷帶。8、床身組件設計8.1 床身組件結構如圖7所示，床身組件主要由床身1、直線導軌2、底板3、支撐板4、定位軸5、支承軸6、頂尖7、套8、軸承座9、旋轉缸耳環10、連桿11、旋轉液壓缸12、旋轉缸座13、液壓缸座14、液壓缸15等零部件組成，主要用于承載拋光夾、床頭箱、尾座、卷帶機構、液壓件及管路系統安裝體等組件。圖78.2 床身組件工作原理床身組件主要承載各部分安裝之功用，其中旋轉液壓缸13能使頂尖7呈垂直和水平兩個方向，其作用是當曲軸拋光加工時，呈水平位置，這樣不影響連桿的擺動拋光；當拋光完成拋光夾張開下落時呈垂直位置，起拋光夾定位作用。液壓缸15的作用是當需要拋光時將拋光夾送至待拋光位置，完工后退回。9、機床調整將各部分安裝完成后放置到床身組件上，通過調整使床頭箱和尾座主軸同心，以避免加工時出現扭力；拋光機構根據產品調整合適距離；安裝液壓系統和電氣系統以及其它輔助零件；各項工作調整完成后即可試車加工，圖8為整機機械系統的三維立體圖。10、結論針對曲軸在拋光中存在止推面、圓角處無法達到表面粗糙度要求的問題，參考國內外曲軸砂帶拋光原理，自主開發研制出曲軸砂帶拋光專用機床。該機床采用床頭箱主軸軸向竄動原理，不僅使得曲軸止推面能夠加工，而且其他軸頸側面均可以得到加工；采用邊緣鋸齒形砂帶，在床頭箱主軸竄動時，使得軸頸左右兩端圓角得到拋光加工；拋光塊采用浮動夾緊方法，使得拋光時不會破壞軸頸的形位公差；根據產品要求，使用不同粒度的砂帶，可得到經濟性的表面粗糙度。生產現場實際拋光效果表明，該機床可滿足不同類型曲軸軸頸表面、止推面、圓角等表面粗糙度要求。圖8參考文獻1劉長吉.全自動曲軸生產線考察報告.內燃機，1995，05.2陳長年.我國汽車制造裝備發展初探.制造技術與技床，2005，10.3顧永生.現代汽車發動機制造工藝的發展動向.柴油機設計與制造，2000，03.4李海國.曲軸制造技術進展與未來.汽車制造業，2005，015許梅等.曲軸連桿軸頸的隨動磨削.山東內然機，2004，03.6王一治.國內外曲軸制造工藝綜述.山東農機,2001,05.7李海國.發動機曲軸制造技術新動向.制造技術與機床，2006.118周德生.曲軸加工新技術.機械工人，2004.059王一治.介紹幾種曲軸加工的先進技術，機械