吳明杰　謝安

摘 要：目前行業(yè)內(nèi)曲軸加工定心方式分為兩種，一種是幾何中心定心，簡稱“幾何定心”，另一種是質(zhì)量中心定心，簡稱“質(zhì)量定心”。幾何定心是根據(jù)工件的幾何尺寸，通過夾具自定心原理確定工件幾何中心，根據(jù)幾何中心加工工件中心孔;質(zhì)量定心則需要依靠質(zhì)量定心機(jī)測(cè)量出工件的質(zhì)量中心，根據(jù)質(zhì)量定心機(jī)反饋的測(cè)量數(shù)據(jù)加工工件中心孔。這兩種定心方式各有利弊，不同的定心方式都會(huì)對(duì)曲軸加工的刀具壽命、加工質(zhì)量、初始不平衡量存在不同的影響。

關(guān)鍵詞：幾何定心;質(zhì)量定心;曲軸

1 引言

為了深層次對(duì)“幾何定心”和“質(zhì)量定心”進(jìn)行剖析，本文主要從“幾何定心”和“質(zhì)量定心”的定義，以及這兩種定心方式在實(shí)際加工過程中對(duì)刀具使用壽命、工件加工質(zhì)量、工件初始不平衡量等方面的影響進(jìn)行論證，為后續(xù)曲軸生產(chǎn)線項(xiàng)目建造中曲軸定心方式的選擇提供理論和實(shí)踐支持。

2 幾何中心和質(zhì)量中心定義

幾何中心是一個(gè)幾何概念，與物體的質(zhì)量無關(guān)，只和物體的形狀有關(guān)，曲軸的幾何中心是指主軸頸外圓中心，曲軸兩端主軸頸外圓中心連線則是曲軸的幾何中心線;質(zhì)量中心則是一個(gè)質(zhì)量概念，是指物體質(zhì)量的中心，曲軸的質(zhì)量中心通過質(zhì)量定心機(jī)測(cè)量獲得，質(zhì)量中心的連線則是曲軸的質(zhì)量中心線。當(dāng)一個(gè)物體幾何形狀旋轉(zhuǎn)均勻?qū)ΨQ，各個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量密度完全一致，則這個(gè)物體的幾何中心線和質(zhì)量中心線是重合的。但是，實(shí)際上曲軸的形狀不可能是完全旋轉(zhuǎn)均勻?qū)ΨQ的，質(zhì)量密度也不是一致的，所以，曲軸的幾何中心線和質(zhì)量中心線不完全重合，如圖1所示。

通過幾何中心和質(zhì)量中心的定義可知，曲軸使用不同的定心方式所加工出來的中心孔位置是不一樣的，使用質(zhì)量定心加工將會(huì)導(dǎo)致后工序加工各軸頸圓周切削余量存在較大差異，刀具在切削過程中刀具切深會(huì)產(chǎn)生較大變化，刀具受力也會(huì)發(fā)生較大的變化，從而導(dǎo)致刀具過快磨損;使用幾何定心則會(huì)導(dǎo)致曲軸最終動(dòng)平衡前的初始不平衡量大，動(dòng)平衡節(jié)拍增加，工件報(bào)廢率上升。

3 幾何定心和質(zhì)量定心對(duì)刀具壽命的影響

曲軸幾何定心是以曲軸外端主軸頸幾何中心為基準(zhǔn)加工中心孔，曲軸質(zhì)量定心是以曲軸外端主軸頸質(zhì)量中心為基準(zhǔn)加工中心孔，由于幾何中心和質(zhì)量中心不重合，中心孔加工的位置也會(huì)不同，總體來說，以幾何中心加工的中心孔位于軸頸幾何形狀的中心上，后工序加工在軸頸圓周上的切削余量均勻，如圖2所示，刀具受力變化小，壽命相對(duì)來說要高一些。相對(duì)而言，以質(zhì)量中心加工的中心孔常常由于工件的形狀差異、質(zhì)量密度差異而偏離軸頸幾何形狀的中心，后工序加工在軸頸圓周上的切削余量不均勻，如圖3所示，質(zhì)量中心偏離幾何中心越大，切削余量不均勻程度越大，刀具加工過程中受力變化、振動(dòng)也越大，刀具的使用壽命越低。

以我司目前運(yùn)行的兩條生產(chǎn)線為例，一線采用的是幾何定心加工，二線采用的是質(zhì)量定心加工，在OP15粗銑主軸頸、連桿頸工位，通過加工狀態(tài)可以看出，采用幾何定心加工的工件軸頸圓周切削余量都比較均勻，如圖4所示;而采用質(zhì)量定心加工的工件，無論是主軸頸還是連桿頸加工，軸頸圓周切削余量都會(huì)存在明顯差異，如圖5所示。

使用同批次刀片、相同的加工工藝，一、二線加工的刀具在加工1000件工件后道刀具的磨損存在明顯的差異，如圖6、圖7所示，這就導(dǎo)致了使用質(zhì)量定心加工的刀具壽命低于幾何定心加工，見表1。

4 幾何定心和質(zhì)量定心對(duì)加工質(zhì)量的影響

幾何定心由于軸頸圓周切削余量均勻，刀具受力平穩(wěn)，工件加工表面無震紋，加工尺寸比較穩(wěn)定;質(zhì)量定心則可能會(huì)由于工件形狀變化、質(zhì)量密度不均勻等原因，使質(zhì)量中心偏離幾何中心較大，導(dǎo)致刀具在切削過程中受力變化大，致使加工過程中異常振動(dòng)，工件表面加工會(huì)存在震紋，并且由于受力的變化，工件加工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的變形，工件加工表面圓度、軸頸跳動(dòng)都會(huì)變大，如圖8、圖9所示。

5 幾何定心和質(zhì)量定心對(duì)初始不平衡量的影響

采用幾何定心加工，隨著曲軸材料去除面積和材料去除量的增加，曲軸繞著中心線圓周方向的質(zhì)量分布逐漸趨于一致，初始不平衡量會(huì)減少，但是相對(duì)質(zhì)量定心來說，曲軸的初始不平衡量還是比較大，這就導(dǎo)致了曲軸最終動(dòng)平衡時(shí)需要去重較多，導(dǎo)致平衡孔數(shù)量增加、平衡孔深度加深，從而造成加工節(jié)拍超差，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致曲軸無法去重到工藝要求的不平衡量范圍之內(nèi)，導(dǎo)致工件報(bào)廢。一般的做法需要根據(jù)最終動(dòng)平衡加工的數(shù)據(jù)反饋，調(diào)整中心孔加工的位置，如圖10所示，通過補(bǔ)償中心孔的位置度，減少工件動(dòng)平衡前的初始不平衡量，從而降低動(dòng)平衡加工節(jié)拍。

采用質(zhì)量定心加工，由于質(zhì)量定心機(jī)已經(jīng)把毛坯工件的質(zhì)量中心線找出來，中心孔根據(jù)質(zhì)量定心機(jī)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，所以，曲軸在加工中心孔后所獲得的初始不平衡量相對(duì)來說會(huì)小很多，但是隨著后工序車削主軸頸、銑削連桿頸等工序的加工，工件獲得的初始不平衡量也會(huì)發(fā)生變化，甚至?xí)兊酶螅?，工件以質(zhì)量定心方式加工，切削余量可能存在嚴(yán)重的不均勻，工件加工表面會(huì)產(chǎn)生“黑皮”。因此，通常需要在粗加工完成后重新測(cè)量工件初始不平衡量，根據(jù)粗加工后是否存在“黑皮”以及所獲得的不平衡量大小和角度，對(duì)質(zhì)量定心機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償，以使工件完成粗加工后能獲得更恰當(dāng)?shù)某跏疾黄胶饬俊４送?，為了兼顧曲軸最終動(dòng)平衡加工節(jié)拍、降低動(dòng)平衡報(bào)廢率，通常還需要根據(jù)最終動(dòng)平衡的生產(chǎn)情況對(duì)加工兩端中心孔的位置度進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，如圖11所示，使整線生產(chǎn)的加工成本、生產(chǎn)效率、工件報(bào)廢率達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。

6 結(jié)束語

幾何定心和質(zhì)量定心的差異主要受工件的幾何形狀以及質(zhì)量分布均勻性的影響，生產(chǎn)線采用幾何定心還是質(zhì)量定心，除了考慮設(shè)備投資成本以外，主要考慮生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多樣性、差異性以及同種產(chǎn)品不同模號(hào)的一致性。通常多產(chǎn)品共線或共線產(chǎn)品差異大宜采用質(zhì)量定心，單一產(chǎn)品或共線產(chǎn)品差異性小，宜采用幾何定心。

參考文獻(xiàn)：

[1]田廣奎.質(zhì)量中心孔和幾何中心孔在曲軸加工中的優(yōu)化[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2012，18（2）：27-33.

[2]于濤，仲繼明，王海峰.曲軸定心與動(dòng)平衡技術(shù)的探討[J].汽車技術(shù)，2006（5）：39-42.

[3]馮波，張敏暉.曲軸機(jī)加工動(dòng)平衡問題系統(tǒng)研究與解決[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2012，18（1）：33-38.

[4]陳阜寶.曲軸動(dòng)平衡去重校正的計(jì)算[J].汽車工程，1991，13（3）：175-186.