CN104339010A - 一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备和方法，其中，所述曲轴曲柄销过度圆角为R27×R10㎜，是由2段圆弧组合形成的光滑过度圆角，其特征在于，所述加工设备包括：由3个R27圆弧刀片沿轴向分布组合加工完整的R27圆弧的铣刀部分，每个刀片的切削部分长度约为14mm，和由1个R10刀组成的加工R10圆弧的铣刀部分，且这两部分与相应的光滑过度圆角相对应。本发明实现了曲轴曲柄销过度圆角为两段圆弧的铣削加工，提高了产品质量和生产效率。
Description
技术领域
本发明属于一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备和方法。
背景技术
中高速大功率柴油机曲轴是典型的细长异形轴，是柴油机的关重件。曲柄销过渡圆角是指曲柄销与曲臂连接的过渡圆角（结构见图1、2和3所示），其中，该部位对应力集中非常敏感，过渡圆角对提高曲轴疲劳强度和使用寿命有非常重要的意义，直接影响柴油机的质量和使用寿命。
曲柄销过度圆角传统的加工方法，是在曲轴专用车床上，用圆弧车刀走程序加工，加工出的过度圆弧形状不精确，表面质量差，最后该部位还需手工打磨修理。
传统的曲轴曲柄销过度圆角加工方法：曲轴固定在工作台上，刀盘绕曲轴旋转切削，每加工一拐，工人都必需吊装移动6吨多的曲轴，重新定位、装夹和对刀。劳动强度大，操作难度大，生产辅助时间长。大量的时间都消耗在准备阶段，生产效率低下。加工出的过度圆角表面质量差，由于曲轴变形大，过度圆角形状很不规则，圆周方向深浅不一，钳工打磨工作量大。由于机床性能不稳定，对工人技能要求很高，曾经由于加工该部位时扎刀，报废过一根曲轴，故加工风险很大。
在车铣中心上，用球头铣刀铣削过度圆角，刀具悬伸太长，刚性差，震刀严重。且该方法只能加工过度圆角为单一圆弧的曲轴，有局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种专用曲轴圆角加工盘铣刀，在车铣复合加工中心实施曲轴曲柄销过度圆角加工，使大型曲轴加工封闭在车铣复合加工中心和磨床上，提高曲轴加工工艺稳定性和生产效率，提高曲轴产品质量。本加工方法结构简单、使用范围广、操作方便、便于推广使用。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备，其中，所述曲轴曲柄销过度圆角为R27×R10㎜，是由2段圆弧组合形成的光滑过度圆角，其特征在于，所述加工设备包括：
由3个R27圆弧刀片沿轴向分布组合加工完整的R27圆弧的铣刀部分，每个刀片的切削部分长度约为14 mm，和由1个R10刀组成的加工R10圆弧的铣刀部分，且这两部分与相应的光滑过度圆角相对应。
其中，还设有刀杆，其中，所述刀杆的直径为φ80㎜，且所述刀杆的一端与刀盘相连接，一端通过接口与机床相连接。
其中，所述刀杆为由金属制成的减振刀杆。
一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法，采用上述加工设备，所述加工设备的中心与机床的主轴之间存在倾斜2°的角度，且所述机床的车铣复合中心共有5个控制轴，数控系统为西门子840D，以实现任意3轴联动；其特征在于，进刀方向为垂直进刀；
在加工时，采用随动铣削的加工方法进行加工，所述加工设备的刀具始终和曲柄销的过度圆角保持相切。
其中，加工时机床主轴必须倾斜2°，且在加工的时候，曲轴绕主轴颈中心回转，主轴沿X、Y轴方向上下、左右移动，铣刀与曲轴始终保持相切位置，三轴联动铣削加工。
本发明采取了上述方案以后，实现了曲轴曲柄销过度圆角为两段圆弧的铣削加工，提高了产品质量和生产效率。通过现场调试与跟踪，这种方法在车铣复合中心加工出的圆弧，用样板检验符合图纸要求，表面粗糙度由有原来的Ra12.5提高到Ra3.2。这种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法，结构简单、使用范围广、操作方便、加工风险低，便于推广使用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是现有技术的曲轴曲柄销过度圆角的示意图；
图2是现有技术的曲轴曲柄销过度圆角的示意图；
图3是现有技术的曲轴曲柄销过度圆角的示意图；
图4是本发明曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备的刀盘的示意图；
图5是本发明曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备的刀盘的示意图；
图6是本发明曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备的示意图；
图7是本发明曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
其中，本发明采用的技术方案是：用装有圆弧刀片的盘铣刀在车铣复合中心上随动铣削曲轴曲柄销过度圆角。
具体来说，曲轴零件如图1、2、3所示，在实施例中，其长度5730±1，最大回转直径Φ860，6个曲柄销颈分为3个不同的相位，相位角为120°。材料为34CrNiMo6，重量约6000Kg。主轴颈Φ370h6（0 -0.036）㎜、曲柄销颈Φ350h6（0 -0.036）㎜、曲柄销颈偏心距: 250±0.2㎜。曲柄销过度圆角R27×R10㎜，主轴颈方向切深2.4㎜，曲柄臂方向切深0.5㎜。
其中，由于刀具方案确定是解决圆弧加工的瓶颈。
前期其它机型曲轴配置的刀具为球头铣刀，在使用过程中，该刀具暴露出震刀严重，表面粗糙度达不到图纸要求，刀具磨损快的缺陷，且球头铣刀加工方案只能加工单一圆弧的过度圆角，两种以上圆弧铣削加工国内暂无成功经验。
对工件和现有刀具进行分析，经过仿真技术模拟后，提出了新的盘铣刀加工方案，采用该方案后，曲轴过度圆弧的加工可由车铣加工中心完成，表面粗糙度将能够满足图纸的要求，这样，既减少了零件周转的时间，又提高了零件的加工质量和生产效率。对以后曲轴批量加工及提高工艺稳定性有重要意义。
如图4、5、6所示，所述曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备，其中，所述曲轴曲柄销过度圆角为R27×R10㎜，是由2段圆弧组合形成的光滑过度圆角，所述加工设备包括：
由3个R27圆弧刀片沿轴向分布组合加工完整的R27圆弧的铣刀部分，每个刀片的切削部分长度约为14 mm，和由1个R10刀组成的加工R10圆弧的铣刀部分，且这两部分与相应的光滑过度圆角相对应。
具体来说，其由两种不同规格的圆弧刀片组成的过度圆角的刀盘。
在实施例中，所述两种不同规格的圆弧刀片为9个半径27mm的R27圆弧刀片3和3个半径10mm的R10圆弧刀片4，且所述刀盘2的直径为φ125mm，有效齿数Zeff=3。
具体来说，其由两种不同规格的圆弧刀片组成的过度圆角的刀盘，过度圆角由R27和R10两段圆弧相切组成，R27圆弧长度约42 mm、R10圆弧长度约5 mm，且所述圆弧铣刀由3个R27圆弧刀片沿轴向分布组合加工完整的R27圆弧，每个刀片的切削部分长度约为14 mm，R10圆弧用1个R10刀。综述，曲柄销颈的完整过度圆弧用3个R27圆弧刀片和1个R10圆弧刀片加工，综合考虑排屑和加工效率等问题，4个刀片沿圆周向分布为10度；在整个铣刀盘上可以布置3组刀片，即9个R27圆弧刀片和3个R10刀片。极大地降低了刀片的制造难度和制造成本。
其中，还设有刀杆1，其中，所述刀杆1的直径为φ80㎜，且所述刀杆的一端与刀盘相连接，一端通过接口与机床相连接。其中，所述刀杆1为由金属制成的减振刀杆。
图7是本发明曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法的示意图，具体来说，一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法，采用上述加工设备，所述加工设备的中心与机床的主轴之间存在倾斜2°的角度，且所述机床的车铣复合中心共有5个控制轴，数控系统为西门子840D，以实现任意3轴联动；其特征在于，进刀方向为垂直进刀；
在加工时，采用随动铣削的加工方法进行加工，所述加工设备的刀具始终和曲柄销的过度圆角保持相切。
其中，加工时机床主轴必须倾斜2°，且在加工的时候，曲轴绕主轴颈中心回转，主轴沿X、Y轴方向上下、左右移动，铣刀与曲轴始终保持相切位置，三轴联动铣削加工。
具体来说，采用以上的加工设备进行加工，进刀方向为垂直进刀。
由于曲柄销过度圆角与曲柄侧面切深很浅，只有0.5㎜，从曲柄侧面最浅处垂直进刀，简化了程序，避免45°方向进刀时在曲柄销上加工出一小平面。
加工出的曲轴曲柄销过度圆角形状用设计的样板检验，粗糙度用粗糙度测量仪检测。
本发明采取了上述方案以后，实现了曲轴曲柄销过度圆角为两段圆弧的铣削加工，提高了产品质量和生产效率。通过现场调试与跟踪，这种方法在车铣复合中心加工出的圆弧，用样板检验符合图纸要求，表面粗糙度有原来的Ra12.5提高到Ra3.2。这种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法，结构简单、使用范围广、操作方便、加工风险低，便于推广使用。
装刀方式为加工时机床主轴倾斜2°。车铣复合中心共有5个控制轴，数控系统为西门子840D，可以实现任意3轴联动。曲轴在车铣复合中心上旋转时，曲柄销的位置也随着旋转，要加工该部位的过度圆角，刀具就必须随着曲柄销的位置变化而移动。我们采用随动铣削的加工方法进行加工，就是刀具切削部位始终和曲柄销的过度圆角保持相切。为了避免铣刀远端与曲柄销产生过切，加工时机床主轴必须倾斜2°。曲轴绕主轴颈中心回转，主轴沿X、Y轴方向上下、左右移动，铣刀与曲轴始终保持相切位置，三轴联动铣削加工。具体加工图如图7所示。
本发明突破了曲轴高效加工中几年来的瓶颈工序，同时标志着我国大功率中速柴油机机曲轴工艺技术进步，在行业内处于领先地位，即仅用车铣复合加工中心和数控曲轴磨床两类关键设备即可完成全部加工，摆脱了该工序对建厂就有的原西德陈旧设备的依赖。该方法具有较广泛的应用领域和较好的推广价值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备，其中，所述曲轴曲柄销过度圆角为R27×R10㎜，是由2段圆弧组合形成的光滑过度圆角，其特征在于，所述加工设备包括：
由3个R27圆弧刀片沿轴向分布组合加工完整的R27圆弧的铣刀部分，每个刀片的切削部分长度约为14 mm，和由1个R10刀组成的加工R10圆弧的铣刀部分，且这两部分与相应的光滑过度圆角相对应。
2.根据权利要求1所述的曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备，其特征在于，还设有刀杆，其中，所述刀杆的直径为φ80㎜，且所述刀杆的一端与刀盘相连接，一端通过接口与机床相连接。
3.根据权利要求2所述的曲轴曲柄销过度圆角铣削加工设备，其特征在于，所述刀杆为由金属制成的减振刀杆。
4.一种曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法，采用权利要求3所述的加工设备，所述加工设备的中心与机床的主轴之间存在倾斜2°的角度，且所述机床的车铣复合中心共有5个控制轴，数控系统为西门子840D，以实现任意3轴联动；其特征在于，进刀方向为垂直进刀；
在加工时，采用随动铣削的加工方法进行加工，所述加工设备的刀具始终和曲柄销的过度圆角保持相切。
5.根据权利要求4所述的曲轴曲柄销过度圆角铣削加工方法，其特征在于，加工时机床主轴必须倾斜2°，且在加工的时候，曲轴绕主轴颈中心回转，主轴沿X、Y轴方向上下、左右移动，铣刀与曲轴始终保持相切位置，三轴联动铣削加工。
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