降低曲轴车车拉跳动超差率的有效措施

曲轴是发动机中的重要部件，其作用是把活塞连杆组传来的气体作用力转变为扭矩并对外输出，它的旋转是发动机的动力源。南汽工厂的曲轴生产线是目前在国际上比较先进的发动机生产线，生产效率比较高，在曲轴主轴颈的粗加工也采用了车车拉技术，并成功降低了曲轴车车拉跳动超差率。

生产线介绍

曲轴生产线共有22台加工生产设备，17道加工工序（见图1）。曲轴两端面加工采用Etxe－Tar专机，加工的是几何中心孔，机床可以根据曲轴动平衡机的数据，自动调整中心孔的位置，以减少加工后的不平衡量。曲轴两端面螺孔加工采用类似加工中心的柔性专机，为平衡节拍，每次装夹2根曲轴，大小头相反方向放置。在工件两端面各有1根主轴，每根主轴配备具有相同刀具的刀库。每个加工循环，每根主轴均要加工大、小头的工序内容各1次。曲轴油孔采用Etxe－Tar深孔加工机床加工，MQL冷却，配备了平行的3根主轴、每幅夹具同时上料3根曲轴。工件通过交换工作台上料，减少装夹工件时间对节拍的影响。主轴颈粗加工采用Boehringer机床车车拉，连杆颈粗加工采用Boehringer机床外铣，沉割槽和止退面采用Hegenscheidt机床进行深滚压和车滚压，精加工采用Landis磨床高速磨削。全线采用了龙门式机械手和曲轴专用自动输送装置，完成曲轴线的自动上下料和工序间的自动输送，使全线形成一个有机的整体，实现自动化、智能化生产。该条生产线的工艺规划的产能为25万台/年。

车-车拉工艺

Boehringer车-车拉机床是OP20加工设备（见图2）。它通过双主轴同步传动的分度卡盘和可任意位置停止的刀盘，以径向进刀的车和轴向微量进刀的车拉的切削方法，完成对曲轴主轴颈、法兰、轴头的粗、精加工，在加工过程中中心架进行辅助支撑，提高加工刚性。以加工曲轴主轴颈为例，车-车拉的加工步骤为：车中间——车左端面——车右端面——车左沉割槽——车右沉割槽——车拉轴颈（见图3）。

车-车拉加工与传统的车削加工相比，在工艺规划上具有以下优点：

（1）加工精度高。刀盘上安装的刀片分粗切和精切两组，每把刀片仅参与短暂的切削，切下的切削层很薄，切削刃受到的冲击力和热负荷就比较小， 这样，即延长了刀片的使用寿命，也减少了工件切削后的残余应力，从而保证了加工面的表面质量。

（2）工艺投资少。由于车-车拉的加工精度比较高，这样就可以取消后续的粗磨轴颈工序；车-车拉加工时还可以设置专用刀片，把轴颈、轴肩、沉割槽同时加工出来，这样就可以节省了加工沉割槽的专用机床。

（3）生产效率高。加工铸铁曲轴时，切削速度可达到250-300m/min,进给速度可达到3000mm/min。

（4）加工柔性好。只需要更换NC程序或者重新编程，对夹具和刀具做略微调整，就能适应曲轴品种的更换和不同批量的生产，充分数控发挥技术的优势。

现状调查

1．课题选定。2013年1月-3月曲轴一组（承担OP10-OP60的加工任务）的工废率一直高居不下，平均达1.1%，超过0.9%的班组工废指标。我们对不合格品进行了类别统计，发现车车拉跳动超差数占不合格品总数的比例为85%，排列第一位。所以我们选定“降低曲轴车车拉跳动超差率”作为QC小组的攻关课题。

2．车车拉跳动超差率的统计。车车拉跳动超差包括主轴颈跳动超差、法兰跳动超差和轴头跳动超差。2013年1月-3月车车拉跳动平均超差率达0.91%，其中的轴头跳动超差的比例高达92%。所以我们得出结论：如果解决了轴头跳动超差就可以大幅降低车车拉跳动超差率。

3．车车拉跳动量的工艺要求。加工工艺规定：主轴颈、法兰及轴头的跳动量均小于0.12（见图4）。

4．车车拉跳动量的检测方法。检测时用前后顶尖孔定位曲轴的前后中心孔（测量基准和工艺基准一致），再驱动曲轴沿定位轴线旋转，在旋转的过程中，布置在主轴颈、法兰及轴头上的笔式传感器测头自动检测到相应的跳动量（见图5）。

目标设定

我们最终把曲轴车车拉跳动超差率的质量目标设定为0.08%。
我们通过头脑风暴法，针对轴头跳动超差原因进行了讨论，绘制了因果分析的鱼刺图（见图6），共列出8条末端因素。[page]

要因确认

针对上述末端因素，我们制定了要因确认计划表（见表1），确认过程如下：

1．末端因素一（硬度超差）的确认过程：我们检查了合格件（跳动量合格）和超差件（跳动量超差）的硬度，分别为232HB和238HB，符合要求。结论是非要因。

2．末端因素二（轴向夹紧力过大）的确认过程：我们分别检查了设备的头架和尾架的顶尖轴向夹紧力，分别为57bar和28bar，满足要求。结论是非要因。

3．末端因素三（精车余量过大）的确认过程：我们将精车余量从0.6mm调整至0.4mm，连续加工500件，轴头跳动超差率为1%。结论是非要因。

4．末端因素四（工件转速过慢）的确认过程：我们将工件转速从 800r/min调整为1000r/min，连续加工500件，轴头跳动超差率为1.2%。结论是非要因。

5．末端因素五（加工步骤不合理）的确认过程：我们将“精车轴头”调整到最后工步，连续加工500件，虽然轴头跳动量的均值比较大，但未发现超差件。结论是要因。

6．末端因素六（中心架支撑滚轮磨损 ）的确认过程：我们现场检查了中心架支撑滚轮，表面无磨损。结论是非要因。

7．末端因素七（顶尖表面磨损）的确认过程：我们检查了设备的前后顶尖，表面无磨损。结论是非要因。

8．末端因素八（尾架顶尖孔磨损）的确认过程：我们用内径杠杆表检测了尾座的顶尖孔，椭圆度达到0.05mm ，表面磨损严重。结论是要因。

制定措施

小组全体成员最终确认：造成轴头跳动超差率高的主要原因是尾架顶尖孔磨损和加工步骤不合理。对这些要因，我们通过研究制定了相应的对策表（见表2）。

措施实施

1．对策实施一：

为提高曲轴在加工时的定位精度，我们采取了修圆顶尖孔、重新配作新顶尖的措施，将顶尖与顶尖孔的配合间隙（见图7）由0.05减少到0.01，5月8日措施到位。

2．对策实施二：

为提高中心架的支撑精度和支撑刚性，我们采取了修改ＮＣ程序，将精车轴头调整到最后加工的措施。

改进前精车轴头时，中心架支撑曲轴第一主轴颈的粗车面 ；改进后精车轴头时，中心架支撑曲轴第一主轴颈的精车面（见图8）。

3．工艺验证：

为了验证上述措施的落实效果，５月12日我们组织了一次工艺验证，连续检查500根曲轴的轴头跳动量并进行了ＳＰＣ分析（见图9）：１）100％合格 （跳动量要求≤0.12）； ２）CPK值为1.97（工序能力指数要求≥1.33）。结论是措施有效。

效果检查 ：

根据统计（见表3），曲轴车车拉跳动超差率由措施实施前的0.91%（1-3月份的平均值）降至措施实施后的0.06%（6-8月份的平均值）。达到了预期设定的质量目标值。

有形效益

1．设备调整时间显著下降，OP20的OEE由82%提升至85% 。
2．降低了瓶颈工序（OP50）的校直次数，曲轴线的JPH由44提升至45。
3．废品率的下降和生产效率的提升大幅度降低了生产成本。

结束语