曲軸作為發(fā)動機總成中最關鍵的部件之一，對制造工藝裝備有著很高的要求。曲軸油孔的傳統(tǒng)加工采用專機自動線(Transferline)方式，曲軸油孔的自動線由鉆直油孔、鉆斜油孔、孔口倒角和曲軸旋轉(zhuǎn)甩油等工位組成，其特點是占地面積大、結(jié)構(gòu)復雜，盡管可以很好地滿足產(chǎn)量最大化的要求，但其柔性相對較差，在加工新品種曲軸時的設備改造周期和本錢都很高。
　　
　　近幾年，以德國TBT深孔鉆技術有限公司(以下簡稱“TBT公司”)為代表的發(fā)動機制造設備供給商開發(fā)出了集鉆直油孔、鉆斜油孔、孔口倒角和曲軸旋轉(zhuǎn)甩油等加工功能于一體的曲軸油孔柔性加工中心。這種加工中心可以加工從單缸到六缸發(fā)動機的曲軸，加工長度范圍為300～3100mm，具有很高的柔性，同時可以滿足大批量生產(chǎn)線的加工節(jié)拍要求。自問世以來，這種設備已逐漸在國外著名汽車生產(chǎn)廠商的曲軸生產(chǎn)線上廣泛運用。下面就以該曲軸油孔柔性加工中心扼要介紹設計方案及應用特點等。
　　
　　設計方案
　　
　　TBT曲軸油孔柔性加工中心由床身、立柱、鉆孔動力頭單元、工作臺、夾具、冷卻液系統(tǒng)、液壓和集中式潤滑系統(tǒng)、Siemens840D數(shù)控系統(tǒng)以及刀庫、自動換刀裝置和鉆套自動更換裝置等組成。共有X軸、Y軸、Z軸、W軸、A軸、B軸和C軸共七個數(shù)控運動軸(見圖1)。

　　
　　X軸：立柱帶動安裝其上的鉆孔動力頭進行橫向水平移動，以實現(xiàn)工件上軸向位置的油孔加工；
　　
　　Y軸：鉆孔動力頭沿立柱方向進行垂直移動；
　　
　　Z軸：鉆孔動力頭實現(xiàn)鉆孔深度的工進和快進；
　　
　　W軸：工作臺快進或快退以調(diào)整工件和刀具的間隔，并和X軸、Y軸一起多軸聯(lián)動，實現(xiàn)斜油孔口的環(huán)銑倒角；
　　
　　A軸：工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，實現(xiàn)周向位置的鉆孔加工；
　　
　　B軸：工作臺帶動夾具360°旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整工件和刀具的相對角度，完成加工工位和上下料工位的轉(zhuǎn)換；
　　
　　C軸：刀具進行旋轉(zhuǎn)切削運動。
　　
　　主要規(guī)格
　　
　　TBT曲軸油孔加工中心的規(guī)格分為W200-KW、BW250-KW和MD30-KW三個系列，分別適用于加工轎車曲軸、卡車曲軸和船用曲軸。
　　
　　小型曲軸油孔加工中心BW200-KW適用于加工轎車發(fā)動機曲軸。BW200-KW可以根據(jù)客戶的節(jié)拍要求配備1～3套主軸(槍鉆主軸和倒角主軸)同時加工，鉆孔直徑為2～12mm，X軸、Y軸、Z軸、W軸的運動行程分別為1000mm、320mm、800mm、800mm，最大鉆孔深度達400mm，工件夾持長度范圍為300～700mm，主軸轉(zhuǎn)速無級調(diào)速范圍為1000～20000r/min，配備立柱式刀庫、自動換刀和鉆套自動更換裝置。
　　
　　中型曲軸油孔加工中心BW250-KW適用于加工卡車發(fā)動機曲軸。BW250-KW可配備1～3套主軸(槍鉆主軸和倒角主軸)同時加工，鉆孔直徑為2～15mm，X軸、Y軸、Z軸、W軸的運動行程分別為1920mm、560mm、1000mm、870mm，最大鉆孔深度達600mm，工件最大夾持長度為1300mm(可根據(jù)客戶要求特殊設計)，主軸轉(zhuǎn)速無級調(diào)速范圍為1000～20000r/min，同時配備了立柱式刀庫、自動換刀和鉆套自動更換裝置。
　　
　　大型曲軸油孔加工中心VarioflexMD30-KW適用于加工船用柴油機等大型曲軸，這里不做具體介紹。
　　
　　應用特點
　　
　　1．采用槍鉆工藝和MQL冷卻技術，進步油孔精度和加工效率。
　　
　　槍鉆作為一種高效的半精密孔加工工藝，孔徑精度一般可達IT7～IT9，表面粗糙度為Ra1.6左右，對于鑄鐵和中碳非調(diào)質(zhì)鋼材料，普通槍鉆的鉆孔進給量可達150mm/min。TBT公司將40年來對槍鉆工藝的研發(fā)應用經(jīng)驗運用于曲軸油孔的加工，率先開發(fā)出多軸曲軸油孔柔性加工中心，將柔性和高效率加工完美地結(jié)合起來。
　　
　　近10年來，TBT公司一直在研究MQL冷卻技術在槍鉆工藝中的運用，經(jīng)過不同工件材料的多次對比加工試驗，率先成功地將MQL技術運用于槍鉆加工，并相應地開發(fā)出了槍鉆刀具涂層和刃磨配套技術，使加工效率進一步大幅進步，鉆孔進給量進步到300～500mm/min。以小轎車的四缸曲軸為例，加工內(nèi)容為鉆削所有的直斜油孔和孔口，一臺TBT三軸曲軸油孔加工中心的年生產(chǎn)能力超過20萬件。
　　
　　2．采用高柔性的夾具(見圖2)，進步工序集中化程度，打破了機床加工能力對曲軸規(guī)格尺寸的局限。
　　

圖2高柔性的夾具
　　
　　夾具可隨工作臺360°旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整工件和刀具的相對角度以及加工工位和上下料工位的轉(zhuǎn)換；夾具上有工件旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，以實現(xiàn)周向位置不同的鉆孔加工；數(shù)控定位的尾架夾緊頂尖可根據(jù)工件的長度進行調(diào)整；曲軸的徑向定位通過數(shù)控調(diào)整實現(xiàn)；孔口密封卡爪通過數(shù)控實現(xiàn)相應主軸徑油孔的密封，以使斜油孔與對應主軸頸上的直油孔相通時不致于因油壓忽然降低產(chǎn)生爆炸毛刺。
　　
　　綜上所述，可以看出TBT曲軸油孔加工中心具有以下突出特點：
　　
　　■可以一次裝夾完成鉆孔、孔口倒角和甩干切削油；
　　
　　■可以加工不同長度、不同油孔位置和數(shù)目、不同沖程、不同開檔寬度、不同軸頸的曲軸，具有非常高的柔性；
　　
　　■品種更換非常輕易實現(xiàn)，只要更換相應的刀輔具和夾緊卡爪等元件，并采用相應的加工程序即可，通常的品種變換只需10～15min即可實現(xiàn)。
　　
　　3．采用鉆套構(gòu)成封閉式的槍鉆加工過程。
　　

圖3鉆套封閉式加工
　　
　　TBT曲軸油孔加工中心的鉆套安裝在排屑箱上，并緊貼工件表面，與正在加工的斜油孔相交的主軸頸直油孔被密封卡爪牢牢包住，切削油通過刀具內(nèi)部通向切削區(qū)，然后與切屑一起通過槍鉆排屑槽與鉆套間的空隙排到排屑箱里，形成一個相對封閉的加工過程(見圖3)。這種方法主要有以下優(yōu)點：
　　
　　■鉆套在開始鉆進時對鉆頭起導向作用，槍鉆鉆孔時無需在工件表面預鉆導向孔，因而縮短了加工過程，降低了加工本錢，而且不會在孔口出現(xiàn)門路孔；
　　
　　■封閉的環(huán)境使切削液、切屑和油霧只能排放到排屑箱里，不會落到工作臺上和機床里，減小了切削液的消耗，降低了機床清潔的工作強度，便于油霧的抽取，有利于環(huán)保衛(wèi)生。
　　
　　4．避免了在加工循環(huán)過程進行換刀，大大縮短了待機時間。
　　
　　該加工中心配備了鉆套更換裝置替換鉆導向孔刀具，每個主軸可換用5個不同角度或長度的鉆套，鉆套更換在加工下一位置調(diào)整過程中同時進行。
　　
　　5．實施加工過程監(jiān)控，避免刀具磨損。
　　
　　該加工中心主要通過進給壓力變化和驅(qū)動功率變化兩種監(jiān)控方式來避免刀具的磨損：
　　
　　■配置帶學習曲線的ARTIS刀具監(jiān)控裝置，設定功率最大值和最小值極限變化范圍；
　　
　　■或配置BLUM激光刀具監(jiān)控裝置；
　　
　　■或配置SANDVIK進給壓力監(jiān)控裝置，設置進給壓力最大值和最小值極限變化范圍。
　　
　　綜上所述，TBT曲軸油孔柔性加工中心具有很高的柔性，加工能力打破了曲軸具體規(guī)格的局限，而且生產(chǎn)效率很高，完全符合大批量生產(chǎn)線的節(jié)拍要求。目前，在全球已交付使用的曲軸油孔加工機床中，TBT公司是最主要的供給商，國外用戶主要包括Daimler-Chrysler、BMW、Porsche、VW、VOLVO、Renault和TriumphMotorcycles等，中國用戶有上海通用、沈陽華晨、奇瑞、昌河鈴木和一汽發(fā)動機廠等。
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