曲柄销 两段圆弧曲柄销的过渡圆角，可以这样加工

介绍了车铣复合中心铣削双圆弧曲柄销过渡圆角的加工工艺，提高了产品质量和生产效率。

中高速柴油机(9 000kW)大型曲轴长5 730mm×主轴颈直径3 70m×曲柄销直径350mm，成品质量6 200㎏，是目前国内中高速柴油机最大的曲轴。曲轴零件如图1所示。曲柄销过渡圆角是指连接曲柄销和曲柄臂的过渡圆角，尺寸为R27mm×R10mm，主轴颈方向切削深度为2.4mm，曲柄臂方向切削深度为0.5mm，这部分对应力集中非常敏感，过渡圆角对提高曲轴的疲劳强度和使用寿命具有重要意义，直接影响柴油机的质量和使用寿命。

1.传统加工方法

曲轴曲柄销过渡圆角的传统加工方法是用圆弧车刀在曲轴专用车床上加工。曲轴固定在工作台上，刀具绕曲轴旋转切削。工人每次转动、重新定位、夹紧和设置刀具时，必须提升和移动曲轴超过6t。加工的过渡圆角形状不准确，表面质量差。由于曲轴变形大，过渡圆角形状不规则，周向深度不同，钳工磨削工作量大。由于机床性能不稳定，工人的技能很高。曾经有一个曲轴在加工这个零件的时候因为捅刀报废了，所以加工风险很高。

曲轴生产线购买车铣复合中心后，使用粗、精球头铣刀铣削过渡圆角铣刀。粗铣刀采用镶块结构，精铣刀采用整体高速钢焊接结构。在车铣中心，过渡圆角用球头铣刀铣削，导致刀具伸出过长，刚性差，振动严重。

2.技术方案

曲轴生产线购买车铣复合中心后，设备为国内首创，使用设备没有成熟的经验。现在除了过渡圆角加工工艺，所有的元素都可以在磨削前加工。为了提高零件的加工质量和生产效率，对整个曲轴的加工工艺进行了优化和改进。粗加工和半精加工分别在最后一次车削和铣削，磨削前的所有元件都可以加工。如果在车铣复合中心设置过渡圆弧加工工艺，曲轴生产效率将大大提高。为了克服现有技术中的上述缺点，针对车铣复合中心设计选择了专用的曲轴圆角加工圆盘铣刀，在车铣复合中心进行曲轴销过渡圆角加工，使大型曲轴加工封闭在车铣复合中心和磨床上，提高了曲轴加工过程的稳定性和生产效率，提高了曲轴产品质量。

刀具方案的确定是解决圆弧加工的瓶颈。早期其他曲轴的刀具都是球头铣刀。刀具在使用过程中暴露出一些缺陷，如刀具振动剧烈、表面粗糙度值达不到图纸要求、刀具磨损快等。而且球头铣刀加工方案只能加工单个圆弧的过渡圆角，国内没有铣削两个以上圆弧的成功经验。

曲柄销过渡圆角专用铣刀的设计与选择。在制定刀具方案时，首先要考虑用圆盘铣刀铣削时机床、刀具和工件不能干涉和碰撞，同时要考虑铣刀不能过切曲轴，加工圆弧的形状和尺寸必须符合图纸要求。通过分析机床和零件的结构，利用仿真技术，最终确定刀具参数。

该型曲轴曲柄销的过渡圆角为R27mm×R10mm(见图2)，是由两个圆弧组合而成的平滑过渡圆角，不能用传统的工具和方法加工。为解决这一问题，我们设计了一种成形圆盘铣刀，由R27mm和R10mm圆弧刃组成，经研磨组合形成完整的R27mm×R10mm过渡圆角。为了防止刀具与机床附件的干涉，通过计算机模拟和图纸分析，确定了刀头直径为125mm，带内冷，刀片数为12个，其中9个为R 27mm，3个为R10mm，有效齿数Zeff = 3；刀具长度为308毫米。为保证刀具有足够的刚度和强度，刀杆直径为80mm，与机床的接口为CAPTO C8。为了防止刀具在切削过程中振动，提供了一种重金属阻尼刀架。

装刀方式是加工时机床主轴倾斜2°。车铣复合中心有五个控制轴，数控系统为西门子840D，可实现任意三个轴联动。当曲轴在车铣复合中心转动时，曲柄销的位置也随之转动。要在此位置加工过渡圆角，刀具必须随着曲柄销位置的变化而移动。我们采用后续铣削的加工方法，即刀具的切削部分始终与曲柄销的过渡圆角相切。为了避免铣刀远端和曲柄销之间的过切，加工时机床主轴必须倾斜2°。曲轴绕主轴颈中心转动，主轴沿X、Y轴上下左右移动。铣刀和曲轴始终保持相切位置，三轴联动铣削。具体处理如图3所示。

进给方向为垂直进给。由于曲柄销过渡圆角与曲柄侧之间的切削深度很浅，只有0.5毫米，所以垂直进给是从曲柄侧最浅的部分进行的，这简化了程序，避免了在45°方向进给时在曲柄销上加工小平面。

用设计的样板检查曲轴曲柄销过渡圆角的形状，用粗糙度测量仪检测表面粗糙度值。

3.影响

实现了曲轴曲柄销过渡圆角为两圆弧的铣削加工，提高了产品质量和生产效率。通过现场调试和跟踪，该方法在车铣复合中心加工的圆弧通过样件试验符合图纸要求，表面粗糙度值由原来的Ra=12.5μm提高到Ra=3.2μm..

最初，在曲轴专用车床上，曲轴过渡圆角由单个曲柄对准，包括每个曲柄8小时，但现在每个曲柄只需要2小时。以某12V曲轴为例，单件、单工序可节省工时，生产效率显著提高。加工出的过渡圆角形状规则，表面质量好，减少了后续装配工的手工打磨工作量，提高了产品质量，工艺稳定性好。

-结束-

本文发表于《金属加工(冷加工)》，2017年第10期，第44页。作者:陕西柴油重工有限公司田、杨鑫、杨远

本文编辑:紫衣

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