曲轴属于发动机中的核心传动零件,其结构复杂,工作过程中长期承受交变载荷和冲击载荷,因此对尺寸精度、圆度、同轴度以及表面质量都有较高要求。
在发动机长期运行后,曲轴主轴颈、连杆颈以及密封部位会产生不同程度磨损。如果直接更换新曲轴,维修成本较高,因此对旧曲轴进行修复加工,一直是发动机维修领域的重要工艺。
相比新曲轴加工,二手曲轴修磨存在更大的工艺难度。
新制造曲轴通常来自锻造或铸造工艺,其各部位加工余量基本一致,因此磨削过程中只需要按照固定余量进行加工即可。
而旧曲轴由于使用工况不同,各个轴颈的磨损量、变形量以及径向跳动往往并不一致。部分曲轴甚至存在局部烧伤、偏磨以及弯曲变形问题,因此每根旧曲轴实际上都具有不同的几何状态。
传统旧曲轴修磨通常需要先在专用测量设备上检测径向跳动和磨损情况,然后再通过人工校直和多次装夹方式进行磨削。
这种加工方法存在几个明显问题。
首先,曲轴需要经过多次装夹和重新定位,加工效率较低。
其次,由于每次装夹都可能带来定位误差,因此主轴颈与连杆颈之间的位置精度难以保证。
另外,传统方法主要以曲轴中心线作为基准进行修磨,对于连杆颈曲柄半径位置误差的改善能力有限。
为了提高二手曲轴修磨效率和加工精度,德国JUNKER公司开发了集成在线测量系统的曲轴磨削中心。
该设备基于JUCRANK系列曲轴磨床技术发展而来,采用连杆颈摆动磨削工艺,并结合在线测量与自动补偿技术,实现旧曲轴的自动检测和精密修磨。
该类磨床采用一次装夹完成主轴颈、连杆颈以及轴端等部位的加工。
机床使用高硬度CBN砂轮进行高速磨削。CBN砂轮具有耐磨性高、热稳定性好以及磨削效率高等特点,适合高精度曲轴加工。
在磨削过程中,曲轴主轴颈和连杆颈的加工方式并不相同。
主轴颈属于同轴回转结构,加工过程中主要依靠工件旋转与砂轮径向进给完成磨削。
而连杆颈属于偏心结构,其中心位置偏离曲轴回转中心,因此加工时需要采用摆动磨削方式。
摆动磨削的核心是通过工件C轴旋转运动与X轴进给运动进行插补控制,使砂轮始终跟随连杆颈中心轨迹运动。
X轴摆动行程对应发动机活塞行程,而C轴则负责曲轴角度位置控制。
通过数控系统实时插补,可在一次装夹中完成多个连杆颈的高精度磨削。
相比传统偏心夹具磨削方式,摆动磨削能够明显提高加工效率和位置精度。
为了适应不同规格曲轴加工,该类磨床通常采用双主轴砂轮架结构。
两个磨削主轴以一定夹角布置,可自动切换至加工位置。
机床能够加工回转直径220mm以内、长度900mm以内的多种曲轴。
磨削系统中的自动平衡装置可实时修正砂轮旋转偏差,从而保证磨削过程中获得较高圆度精度。
对于发动机曲轴而言,主轴颈和连杆颈的圆度误差通常需要控制在2~3μm以内。
主轴颈径向跳动一般要求小于50μm,否则会影响发动机运转稳定性。
为了保证修磨精度,在线测量系统成为该设备的重要组成部分。
在磨削前,测量系统首先对曲轴进行自动检测,包括:
主轴颈直径
连杆颈直径
各轴颈轴向间距
曲轴角度位置
连杆颈行程高度
轴端密封部位尺寸
测头将采集到的数据实时传输至数控系统。
系统根据检测结果自动建立加工基准,并完成零点修正。
如果发现曲轴存在位置偏差或局部变形,控制系统会自动修正磨削轨迹。
因此,即使不同曲轴之间存在较大磨损差异,系统仍然能够自动适应加工要求。
整个自动磨削循环通常包括:
初始测量
粗磨
中间测量
精磨
最终检测
测量与磨削交替进行,可实时监控尺寸变化。
相比传统离线检测方式,这种在线测量结构减少了重复装夹过程,同时提高了尺寸一致性。
在加工过程中,多个中心架会对已经磨削完成的主轴颈进行支撑,以提高曲轴整体刚性,减少磨削振动。
主轴颈完成加工后,再进行连杆颈修磨。
最后系统再次检测所有加工部位,并进行最终精磨修正。
安装密封件的轴端部位同样可在自动循环中完成加工。
对于典型六缸发动机曲轴,整套在线测量过程约需10分钟,实际修磨时间约4分钟。
修磨完成后,曲轴还可在专用测量设备上进行最终质量检测。
相比传统曲轴修复工艺,在线测量磨削中心能够明显提高加工效率、减少人工干预,并提高主轴颈与连杆颈之间的位置精度。
目前,这类集成测量与磨削功能的曲轴加工设备,已经成为发动机再制造领域的重要加工技术之一。





