1、1曲軸滾壓校直原理曲軸滾壓校直是根據(jù)曲軸的滾壓變形規(guī)律，針對被校直曲軸的具體變 形情況，在計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)指導(dǎo)下 對該曲軸的軸頸圓角的某些部位施加適當(dāng)?shù)膲毫M(jìn)行滾壓，使其產(chǎn)生 與原變形方向相反的變形，以達(dá)到校直的目的 1。實(shí)踐證明，滾壓校直后的工件基本上克服了變形回復(fù) 的缺點(diǎn)，而且使被滾壓的軸頸圓角部分得到 了表面強(qiáng)化處理，提高了工件的疲勞強(qiáng)度和承載能力。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲 軸的軸頸和曲拐較多，彎曲剛度較低，而 且在圓周方向上各向異性，加上材料的不均勻性，以及冷熱加工中變 形和殘余應(yīng)力等綜合因素的影響，使得 曲軸的彎曲變形十分復(fù)雜，其軸線是一條任意的空間曲線。因而在應(yīng) 用滾壓校直這一新技術(shù)時(shí)，建立科學(xué)

2、的 校直專家系統(tǒng)來指導(dǎo)滾壓加工是問題的關(guān)鍵所在。專家系統(tǒng)根據(jù)被測 曲軸的具體情況，通過分析，解決如下 問題：在曲軸的哪些軸頸、軸頸的哪個(gè)部位施加滾壓力；施加滾壓力 的角度范圍，以及在各角度下該施加多大 的滾壓力；施加滾壓力的滾壓圈數(shù)。滾壓校直后需要對曲軸再進(jìn)行測 量，如果仍然超差，則進(jìn)行新一輪的滾壓 校直，直到合格為止。2 2）滾壓力和滾壓圈數(shù)的影響。在確定了需要滾壓的軸頸及其角度范圍后，還要確定在各滾壓區(qū)域該施加多大的滾壓力。各主軸頸的徑向跳動(dòng)量與滾壓力的大小有關(guān)，但兩 者之間并不成線性關(guān)系，而且存在較大 的不確定性。分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，除了材料本身在塑性范圍內(nèi) 的受力與變形不成線性比例

3、外，還與工 件的殘余應(yīng)力、缺陷、材質(zhì)不均以及工件的結(jié)構(gòu)尺寸偏差等因素有關(guān)。 因此，難以用簡單的數(shù)學(xué)公式對滾壓力 與曲軸的彎曲變形之間的關(guān)系進(jìn)行精確的表達(dá)。另外，是用較大的滾 壓力、較少的滾壓圈數(shù)，還是反之，二者 之間為辨證關(guān)系。從提高工效的角度考慮，前者為好；從減少回復(fù)變 形量出發(fā)，后者為佳。專家系統(tǒng)需要選擇 一個(gè)最優(yōu)方案。（ 3）曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的影響。在其它條件固定的前提下，曲軸結(jié)構(gòu)尺 寸對曲軸滾壓所產(chǎn)生的彎曲變形的總 體影響趨勢為：軸頸之間開檔寬度越小，圓角尺寸越大，則彎曲變形 就越大，并且軸頸開檔尺寸對變形的影響 大于軸頸圓角半徑的影響。通過對不同型號的曲軸進(jìn)行滾壓，并測量其彎曲變形，以取

4、得大量的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫還應(yīng)考慮由于曲軸的滾壓變形受曲軸毛坯質(zhì)量和 加工工藝的影響很大，使得變形與校直 工藝之間很難有一成不變的準(zhǔn)確對應(yīng)關(guān)系。為了提高滾壓校直的成功 率，專家系統(tǒng)應(yīng)具有自學(xué)習(xí)能力。在運(yùn)行過程中，根據(jù)實(shí)際情況對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改，即將生產(chǎn)實(shí)踐中的成功 滾壓校直的實(shí)例不斷地動(dòng)態(tài)補(bǔ)充到數(shù)據(jù) 庫中，去掉數(shù)據(jù)庫中的不理想數(shù)據(jù)。使系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力， 更有效地指導(dǎo)滾壓校直。3 一、自動(dòng)平衡校正技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助修正技術(shù)為了消除動(dòng)力機(jī)械中作高速運(yùn)動(dòng) 的關(guān)鍵零件由于自身不 平衡而引起的振動(dòng) ,減少零部件的磨損 ,以確保產(chǎn)品的性 能和質(zhì)量 ,在這些零件的制造過程

5、中往往 設(shè)置有平衡校正工序。在大批量生產(chǎn) 情況下 ,為提高工效和校正質(zhì)量 ,更需要采用各種自動(dòng)平衡校 正技術(shù)。曲軸、轉(zhuǎn) 子等的動(dòng)平衡 ,連桿、活塞的稱重去重和某些軸類、桿類零件的自動(dòng)校直就是自 動(dòng)平衡修正技術(shù)的代表性應(yīng)用。自動(dòng)校直過程包括自動(dòng)測定工件的校直量、自 動(dòng)實(shí)施校直操作和事 后的檢驗(yàn)。應(yīng)該指出 ,在精確地求出變形矢量的方向后 ,能 實(shí)施規(guī)范化的修正操作。 因此,從理論 上講 ,只要檢測結(jié)果準(zhǔn)確 ,修正措施控制得 當(dāng) ,修正的目標(biāo)一定能夠達(dá)到。尤其是由于采用了微機(jī)化的、已逐步產(chǎn)品化了的專用設(shè)備 ,這些自動(dòng)平衡校正作業(yè)已變得十分有效 ,并成為現(xiàn)代機(jī)械制造 技術(shù) （在批量生產(chǎn)條件下的 ）一個(gè)

6、重要組成部分。計(jì)算機(jī)輔助修正技術(shù)所解決的則是 另一類問題 , 此時(shí) ,檢測結(jié)果的量值與需要修正的量值之間沒有確定的函數(shù)關(guān)系 甚至沒有確定的實(shí)施修正作業(yè) 的方向。這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn) ,一方面是加工工藝的 發(fā)展所促成的 ,另一方面也是檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng) 用技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它的 實(shí)質(zhì)是理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合的工業(yè)化 “專家系統(tǒng) ”的實(shí)際應(yīng)用 ,是 計(jì)算機(jī)軟 件技術(shù)在加工業(yè)應(yīng)用的一個(gè)新的領(lǐng)域。 計(jì)算機(jī)輔助修正技術(shù)現(xiàn)已用于不少場合 , 并取得了 較好的效果 ,其中很典型的一個(gè)實(shí)例就是在發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)滾壓、校直 工藝中的成功應(yīng)用。 二、曲軸 的滾壓、 校直技術(shù)曲軸是汽油機(jī)、 柴油機(jī)的心臟 ,其制造質(zhì)量要求很高

7、。曲軸又是典型的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)的軸類零件 ,它的彎曲剛度較低,而且各向異性。 這一種結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ,加上曲軸材料的不均勻性 , 冷、熱加工工 序客觀條件以及加工中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力等因素的綜合影響。使其在制造過程 中出現(xiàn) 的彎曲變形問題 ,遠(yuǎn)比一般軸類零件復(fù)雜。它既可能是較簡單的平面圓 弧 ,也可能是很復(fù)雜的空間 曲線。上面提到的對軸類零件的校直工序 ,特別在批 量生產(chǎn)情況下的自動(dòng)校直 ,已是曲軸加工中不 可缺少的一道關(guān)鍵工序。曲軸的 滾壓、校直工藝是八十年代末才發(fā)展起來的一種新技術(shù) ,九十年代 開始在一些 大企業(yè)逐步獲得應(yīng)用。 這一先進(jìn)技術(shù)的形成和完善并非偶然。 眾所周知 ,曲軸 （拐 ） 圓 角滾壓

8、強(qiáng)化具有成本低、效率高和強(qiáng)化效果顯著的優(yōu)點(diǎn) , 因而在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 加工中應(yīng)用日益廣泛。 曲軸在加工過程 （包括圓角滾壓強(qiáng)化工序 ）中,難免要發(fā)生 彎曲變形 ,為此校直是曲軸加工中不可 缺少的工序。而目前普遍采用的壓力校 直方法 ,盡管通過應(yīng)用先進(jìn)的檢測技術(shù)和微機(jī)技術(shù) ,已大大 提高了校直質(zhì)量和工 效 ,但壓力校直這一傳統(tǒng)方式的工作機(jī)理決定了其存在的若干不足:在校直過 程中產(chǎn)生的塑性變形 ,使工件強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié) 軸頸圓角處產(chǎn)生拉應(yīng)力 ,造成工 件損傷甚至壓裂 壓斷。還存在校直后的工件容易產(chǎn)生變形回復(fù)的問題。 曲軸的 滾壓校直技術(shù)是對曲軸圓角滾壓強(qiáng)化 工藝的補(bǔ)充和完善 ,它巧妙地將滾壓強(qiáng)化 和自動(dòng)

9、校直兩道工序在一臺高效專用設(shè)備中予以實(shí)現(xiàn)。 該 設(shè)備是一種高性能的 機(jī)電一體化系統(tǒng) ,它首先對工件實(shí)施圓角滾壓強(qiáng)化 ,然后通過在線檢測 ,獲得 曲 軸的變形規(guī)律。再針對被校工件變形的具體情況 ,在計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)指導(dǎo)下 ,用適 當(dāng)?shù)膲毫?件的某些部位 （圓角處 ）進(jìn)行滾壓 ,使工件產(chǎn)生與原變形方向相反 的變形 ,從而達(dá)到校直的目的。 采用這種先進(jìn)的工藝方法 ,不僅進(jìn)一步提高了生 產(chǎn)效率 ,尤其是使工件的被校部位得到了強(qiáng)化 ,從 而提高了曲軸的整體強(qiáng)度和可靠性。而且 ,滾壓校直工藝對于被校工件在校正前的變形程度的限制 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 傳統(tǒng)的壓力校直 ,表明其適用范圍更大。 確實(shí) ,這是一種處于九十年

10、代國際先進(jìn)水 平的工 藝。三、曲軸彎曲變形滾壓校直的數(shù)學(xué)模型和工作機(jī)理為了便于研究發(fā) 動(dòng)機(jī)曲軸的彎曲變形 ,引入 了變形矢量的概念來描述主軸頸的變形狀態(tài)。規(guī)定 各主軸頸的最大徑向跳動(dòng)量作為它們的變形矢量的模 ,在最大徑向跳動(dòng)量所處點(diǎn)的橫截面上 ,圓心與最大跳動(dòng)量的點(diǎn)的連線所指的方向?yàn)樽冃问噶康姆较颉＜俣ㄗ冃魏蟾髦鬏S頸的軸線仍保持與工件的軸線平行,則各主軸頸變形矢量可簡化為一組 與工件軸線體變形狀態(tài) (D0), 從數(shù)據(jù)庫中尋找合適的校正矢量 (rc), 通過一次或多次的校 直操作 ,(8)成立,并最終實(shí)現(xiàn)式軟件需要注意如下事項(xiàng)。 由 于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸變形狀態(tài)十分復(fù) 雜 ,軸頸變形矢量的方向往往不

11、同 ,在大多數(shù) 情況下 ,一個(gè)工件的校直需要采用多個(gè)校正矢量才能滿足式 (5)難是,首先在運(yùn)用某一校正矢量時(shí) ,頸的徑向跳動(dòng)量出現(xiàn)此消彼長的現(xiàn)象 ,能是多樣 的。它要求 專家系統(tǒng)能根據(jù)具體情況，相應(yīng)的判斷，控制校直運(yùn)算進(jìn)行的程度。個(gè)工位：“和“ B'其中，左側(cè)“ A”待料工位，右側(cè)“B”加工工位，即滾壓校直工位。待料工位“A”與生產(chǎn)線上的前后加工工位處于同一直線 ，在正常工作時(shí)，布置在車間空中的輸送機(jī)構(gòu)機(jī)械手4 (圖3)首先把經(jīng)前道工序加工后的曲軸放入位于工件“A”臺1 上的托架 2內(nèi)。托架上設(shè)有一 個(gè)叉形定位裝置 ,當(dāng)它在油缸推動(dòng)下升起時(shí) , 就將工件的圓周位置固定在曲柄平面處于垂直

12、的狀態(tài) 。然后滑臺 1 在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 作用下右移，托架2攜帶已定位的曲軸進(jìn)入工位 “B隨即該設(shè)備的頭、尾頂尖伸 出,將工件固定 ,見圖 2b 所示。在滑臺退回后 ,如圖 1所示的 9組滾壓頭同時(shí)作用 在 5 擋主軸頸和 4 擋連桿軸頸的退刀槽處 ,在液壓系統(tǒng)施力下系統(tǒng)工作實(shí)施強(qiáng) 化滾壓 (見圖 2a 中的 3)。由油缸產(chǎn)生的液壓力在對曲軸與主軸進(jìn)行滾壓時(shí),壓 力為恒定值，范圍在11000 14 000N之間，相當(dāng)6080bar的液壓系統(tǒng)工作壓力。對工件 4 擋連桿軸頸的退刀槽實(shí)施滾 壓時(shí),隨動(dòng)的滾壓頭作上下擺動(dòng) ,所設(shè) 計(jì)的工藝規(guī)定 ,此時(shí)的壓力不再為恒定值 ,而在一個(gè)規(guī)定的 幅度內(nèi)變化 ,其最

13、大 值與最小值所對應(yīng)的圓周位置（矢徑極角 ）是預(yù)先設(shè)定的。滾壓力范圍在7050 14150N之間 相當(dāng)于40 82bar的液壓系統(tǒng)工作壓力。在強(qiáng)化滾壓過程中， 工 件需回轉(zhuǎn) 11 轉(zhuǎn)。在這臺專用設(shè)備的前部 ,即靠近工位 A 的地方還設(shè)置有一套 電感測量系統(tǒng) 3,安 裝在一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的擺桿機(jī)構(gòu) 2的頂端,如圖3所示。當(dāng)強(qiáng) 化滾壓過程結(jié)束后 ,滾壓頭脫開工件 , 上述帶有 5個(gè)電感傳感器的搖臂在油缸推 動(dòng)下回轉(zhuǎn)到達(dá)加工工位 ,側(cè)端分別與工件 5 個(gè)主軸頸的表 面相接觸。接著 ,工件 從一確定方位回轉(zhuǎn)二周 ,依靠徑向的電感測頭和設(shè)備主軸系統(tǒng)中的角度編碼器,或求出各主軸頸的變形矢量 ,也就是最大徑向跳

14、動(dòng)量以及所處的方向 圓周 范圍內(nèi)的指向。 如幾處的主軸頸的跳動(dòng)量不超過規(guī)定的工藝要求 ,則不再需要 進(jìn)行校直 ,但若出現(xiàn)一處或數(shù)處跳動(dòng) 超差的情況 ,就需要通過糾偏。根據(jù)強(qiáng)化滾 壓后進(jìn)行的檢測所獲得的曲軸變形規(guī)律 ,本文第二節(jié)中 談到的該高效專用設(shè)備 所配置 ab1 、滑臺 2、支承托架 3、滾壓頭 4、液壓機(jī)構(gòu)圖 2 曲軸滾壓校 直工 藝的典型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖圖 14缸機(jī)曲軸滾壓部位示意圖 1、滑臺2、擺桿機(jī)構(gòu) 3、 電感測量系 統(tǒng)4、輸送機(jī)構(gòu)圖 3曲軸滾壓校直工藝設(shè)備工作示意圖圖 4流程圖 （下轉(zhuǎn)第 5 頁）的計(jì)算機(jī)專家系 統(tǒng)將展開工作 ,針對工件變形超差的具體情況 ,某 個(gè)滾壓頭將以適當(dāng)?shù)膲?/p>

15、力對曲軸的對應(yīng)軸頸實(shí)施 滾壓,使工件產(chǎn)生與原變形方 向相反的變形 ,從而達(dá)到校直的目的。第一次滾壓校直結(jié)束后 ,電感 測量系統(tǒng)再 次對工件的 5 擋主軸頸進(jìn)行檢測 ,以判斷各處跳動(dòng)量是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。 如仍 有超差 現(xiàn)象,則還需要進(jìn)行第二次校直滾壓。圖 4是曲軸滾壓校直工藝的流程 ,簡潔地描述了其運(yùn)行的全 計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)還有這樣一個(gè)功能 ,若連續(xù)多次出現(xiàn) 對工件的校直滾壓都發(fā)生在同一軸頸這種情況,則專家系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)修正設(shè)備開始運(yùn)行時(shí)設(shè)定的工作參數(shù) ,比如適當(dāng)增大某一擋軸頸做強(qiáng)化滾壓時(shí)的工作壓力。綜上所述 ,曲軸的滾壓校直工藝由于綜合應(yīng)用了當(dāng)代的種種先進(jìn)技術(shù),使發(fā)動(dòng)機(jī)“心臟”的一道關(guān)鍵工序出現(xiàn)

16、了突破 ,無論是產(chǎn)品質(zhì)量還是工作效率都得到了 實(shí)質(zhì)性的提高。 （上接第 61 頁）一種九十年代先進(jìn)制造工藝曲軸滾壓校直 $上海大眾汽車有限公司 !201805 朱正德具有九十年代國際先進(jìn)水平的曲軸 滾壓校直工藝 ,是計(jì)算機(jī)輔助修正技術(shù)的典型應(yīng)用。本文就這種工藝的特點(diǎn)、工作原理、實(shí)施方法等作了較全面的論述 ,并介紹了應(yīng)用實(shí)例。 <1>王植槐、朱 正德等.汽車制造檢測技術(shù)（P420）.北京理工大學(xué)出版社.2000.11錘蒙璞傅 耐貳 捕吃饃斐？將工件固定，見圖2b所示。在滑臺退回后，如圖1所示的9組滾壓 頭同時(shí)作用在 5 擋主軸頸和 4 擋連桿軸頸的退刀槽處 ,在液壓系統(tǒng)施力下系統(tǒng) 工

17、作實(shí)施強(qiáng)化滾壓 （見圖 2a 中的 3）。由油缸產(chǎn)生的液壓力在對曲軸與主軸進(jìn) 行滾壓時(shí)，壓力為恒定值，范圍在11000 1 4000N之間，相當(dāng)6080bar的液壓 系統(tǒng)工作壓力。對工件 4 擋連桿軸頸的退刀槽實(shí)施 滾壓時(shí),隨動(dòng)的滾壓頭作上 下擺動(dòng) ,所設(shè)計(jì)的工藝規(guī)定 ,此時(shí)的壓力不再為恒定值 ,而在一個(gè)規(guī)定 的幅度內(nèi) 變化,其最大值與最小值所對應(yīng)的圓周位置 （矢徑極角 ）是預(yù)先設(shè)定的。滾壓力范 圍在 7 050 14150N 之間,相當(dāng)于 4082bar 的液壓系統(tǒng)工作壓力。在強(qiáng)化滾 壓過程中 , 工件需回轉(zhuǎn) 11 轉(zhuǎn)。在這臺專用設(shè)備的前部 ,即靠近工位 A 的地方還 設(shè)置有一套電感測量系統(tǒng) 3, 安裝在一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)的擺桿機(jī)構(gòu) 2 的頂端,如圖 3 所示。當(dāng)強(qiáng)化滾壓過程結(jié)束后 ,滾壓頭脫開工件 ,上述帶有 5 個(gè)電感傳感器的搖 臂在油缸推動(dòng)下回轉(zhuǎn)到達(dá)加工工位 ,側(cè)端分別與工件 5 個(gè)主軸頸的 表面相