柴油发电机曲轴孔的同轴度超差精度调整的方法

　摘 要：该文介绍了柴油发电机曲轴孔7个单孔的同轴度超差调整的方法。曲轴孔同轴度是整个柴油发电机缸体生产线加工质量控制的重点，也是难点，其直接影响了柴油发电机曲轴高速运转的的状态，同轴度不好会产生“曲轴抱死、声音噪声异响及抱轴”的故障。该加工设备安装初期加工的同轴度极不稳定，设备厂家几乎每月都要调整，都没有彻底解决，所以长期以来一直是通过技术偏离到0.035mm使用。该文就是对该问题的精度调整，达到工艺要求，满足装配需求。

一、项目背景及总体思路
柴油发电机曲轴孔作为柴油发电机缸体上的一个关键部位，对柴油发电机整体性能具有重大的影响。它的作用主要是支撑曲轴，传递从曲轴柄传来的转矩并通过凸缘输出，吸收气缸活塞运动过程中的轴向力和侧向力[1]。
为了尽可能地减小曲轴运转时的摩擦力并保证曲轴在柴油发电机运转过程中的平稳性，要求7个单曲轴孔要在一条同轴线上，同轴度要求在0.02 mm内，而实际同轴度已超过0.035 mm，不能满足工艺及使用要求，造成柴油发电机总成因曲轴跳动大出现“曲轴抱死、声音噪声异响及抱轴卡死”等故障问题，导致整台柴油发电机出现报废的严重后果。为了保证柴油发电机的质量稳定性，确保曲轴孔同轴度控制在工艺要求尺寸以内，需要彻底调整解决同轴度超差的问题。

二、主要科技创新
1、创新发明柴油发电机缸体曲轴孔同轴度调整的方法，解决长孔系（超过1 000 mm）加工中同轴度超差调整的技术难题。

2、打破长孔系同轴精度调整长期以来依靠外部力量例如国外技术支持的技术制约。
3、创新使用调整工具，创新调整方法，减少调整人员的调整时间及劳动强度。
4、编制长孔系同轴度调整作业指导书，固化检测及调整步骤，对其他精度调整起到技术指导作用。

三、主要技术创新内容

1、机床加工的工作原理
1）该加工设备是一台曲轴孔加工专用机床，使用曲轴孔加工专用镗刀杆，该镗刀杆长度为1640 mm，安装了7组加工曲轴孔的刀架与刀片、2组加工止推面的刀架与刀片及加工油封孔的刀架与刀片，完成曲轴孔、止推面及油封孔的精加工。

2）镗刀杆与动力输出机构是通过联轴器与紧固螺栓的刚性连接，以此保证动力传输的稳定性与连续性，降低转速传动的衰减率，确保刀杆加工孔徑粗糙度及孔径一致性符合工艺要求。

3）自动机械搬运机构把待加工缸体搬运到加工工位，完成缸体工装预定位，然后镗刀杆在动力输出机构的推动下以固定的姿态穿过第一个支撑套、3个单曲轴孔、第二个支撑套、4个单曲轴孔、进入刀杆第三个支撑套，完成加工前的工件工装定位与刀具定位。

4）由动力输出机构带镗动刀杆在3个支撑座内以加工速度旋转，3个支撑座内安装的3个直径与刀杆外径尺寸几乎一样的特制轴承来控制刀杆旋转时的跳动，刀杆与特制轴承为间隙配合，同时要求3个支撑座在同一条轴线上，保证镗刀杆高速旋转时跳动不能超过0.02 mm，在缸体内按一个方向以给定的进给速度移动完成曲轴孔的加工。

2、造成同轴度超差的原因
1）该设备因是曲轴孔加工的专用机床，设备结构由安装动力输出机构的基座、工装安装基座及其他孔系加工基座3部分组成，由于长期工作设备的工作基面产生变形，使工作基座与加工工装的基座不在同一个平行面上，造成主轴（在基座上）与镗刀杆（进入工件后在工装部分）形成上下与左右夹角，运转时动力输出机构与镗刀杆产生摆动与振动。

2）镗刀杆由于长期处于高速加工状态，加工中会遇到许多外力的干涉，因此会造成镗刀杆不规则变形，致使镗刀杆转动时产生不规则摆动（刀杆长度1 640 mm，正常高速旋转时会产生弯曲变形，就如3人跳绳一样中间产生弯曲，由中间支撑座来控制刀杆的弯曲变形，保证刀杆变形控制在0.02 mm），严重影响3个支撑座同轴度，同时严重影响支撑座内轴承的使用寿命。

3）镗刀杆在3个支撑座内长期高速旋转切削加工，致使3个支撑座的受力不均匀，造成3个支撑座同轴度不好，不在同一轴线上，镗刀杆在高速运转时，3个支撑座控制的镗刀杆就会产生不一样旋转轨迹，长期使用造成镗刀杆产生不规则的变形。

4）特制轴承磨损变化影响镗刀杆的歪曲变形及工件同轴度。

5）以上4种原因相互存在，相互制约，同时都会出现故障问题。

6）由以上原因造成的加工的7个单曲轴孔的中心不在同一条直线上，导致同轴度超差。

三、分析与调整

1、制定维修方案
把加工的工件通过三坐标进行检测，根据检测结果分析产生的原因，主要是针对第二项原因分析制定维修方案。
）利用电子水平仪、对第1项设备地基变形不平的问题进行检测，利用条形水平仪、平尺等测量工具检测工装的水平及与基座的的平行，需要把基座调整到0.05 mm以内，工装调整到0.02 mm以内，平行夹角控制在1°以内。

2）第2项需要对镗刀杆重新通过刷镀直径加大再修磨到原刀杆尺寸，修整镗刀杆的直线度要在0.015 mm以内。

3）第3项利用特制同轴度测量工具测量3个支撑座的同轴度实际超差尺寸，通过检测同轴度达到0.08 mm，超差严重，需要把3个支撑座同轴度调整到0.015 mm以内。4）在检测第3项3个支撑座的同时对特制轴承进行检测，发现间隙特别大，旋转有异响声音且震动，需要更换新轴承。

2、调整数据采集
通过以上分析，结合机床的实际状况，需要现场将以上分析的数据进行采集，具体操作如下。

1）机床的基座比较长（单个长度在3 500 mm左右，3个基座大约8 000 mm左右），动力输出机构与加工工装部位在一个机床基础基座上，但不在同一个地面基础上，需要同时检测2个部位基座变化趋势。

2）工具与量具：工具主要专用紧固板手及其他辅助工具，量具主要是电子水平仪、长度1 500 mm的平尺、高精度框式与条式水平尺各2个，等高块150 mm×30 mm 2个。

3）利用电子水平仪测量基座与地面的水平变化，通过检测基座的水平超差0.2 mm，已经造成机床不规则倾斜，需要把超差基座调整水平达到0.05 mm以内。

4）拆除机床动力部位的护罩露出滑轨及拆除加工部位的3个支撑座，便于放置等高块及平尺检测工装与基座的平行变化趋势，通过检测基座与工装的平行超差5 °，（这是造成镗刀杆变形的主要因素）需要把平行夹角控制在1 °以内，尽量做到工装与动力头部位水平情况一致，这样保证两者在一个水平直线上，达到调整要求。 　　

3、机床调整过程
数据采集完成后，分许梳理采集的数据，把这些数据整理出调整顺序，制定调整步骤。

1）调整机床基座的垫铁，根据水平仪的变化趋势调整不同的垫铁，最终将基座的水平调整到0.05 mm以内。

2）以动力输出机构为基础，调整3个支撑座，首先调整靠近动力输出机构的支撑座，使动力输出机构与其他2个支撑座都以这个支撑座为基础进行调整，具体操作方法：把带百分表的磁力表座吸附在动力头的主轴位置，检测第一个支撑座的平面跳动、支撑座内孔的圆跳动、上下与左右的母线跳动及倾斜情况，最终调整到以上几个数据都在0.015 mm以内，这样保证动力输出机构与第一个支撑座保持同轴，形成基础数据，来调整其他2个支撑座。调整中间支撑座，利用特制调整工具以第一个支撑座为调整基础，检测中间支撑的平面跳动、圆跳动、上下与左右母线的倾斜情况，最终也调整到2个支撑座同轴度、平面跳动、圆跳动及上下左右母线跳动都在0.015 mm以内，以此类推完成最后一个支撑座的调整。

3）以上调整完成以后，把刀杆装入3个支撑座内来回推动，观察感受刀杆在3个支撑座内的受力情况，保证刀杆在3个支撑套内的受力最小，尽量做到一个人利用很小的力量就能来回移动。

4）用动力头检测刀杆与动力头圆跳动、左右及上下母线的变化情况，如果各个数值都超过0.02 mm，需要调整到0.015 mm以内，这时就得以刀杆来调整动力头，尽量保证动力头与刀杆同轴度控制在0.015 mm。

5）在完成以上工作后连接鏜刀杆与动力输出机构，空运转机床，观察镗刀杆与动力输出机构的运转情况，确定震动、温度及噪声情况，没有以上问题后即可试加工工件。

6）观察加工件的三坐标检测报告，仔细查看每一个加工部位的尺寸，包括各孔的位置度、各孔的同轴度、加工的粗糙度。

7）因调整与实际加工存在一定的误差，要根据加工出来的检测报告进行微调，包括同轴度、位置度及粗糙度，最终要达到工艺要求的同轴度0.02 mm。

综上所述，通过此次曲轴孔同轴度精度调整，解决了柴油发电机曲轴孔同轴度长期通过技术偏离的方式使用的问题，消除了极大的质量隐患，为柴油发电机整体质量提升起到关键作用。同时解决了长孔系加工的技术难题。此次调整的成功，提升了技术人员分析能力、现场调整人员的技术能力，为以后精度调整技术问题提供了信心，也为其他柴油发电机曲轴孔同轴度超差问题提供了技术思路。