1. 问题的提出：
某机型曲轴生产线正式投产后，一直存在一个问题：在OP10工序铣端面、钻中心孔时，每次更换中心钻后，加工中心孔的深度总是出现严重超差情况，造成加工不良，需要对中心孔深度尺寸进行调整。作为加工后序的定位基准，其作用至关重要。中心孔的深浅不一，不仅影响后序的加工定位，使毛坯粗加工余量分布不均匀，而且对后序刀具使用寿命产生严重影响，出现异常磨损或崩损情况，使得后序工序加工过程中出现一系列的不良反应。
2. 加工工艺介绍及原因分析：
（1）加工工艺介绍。OP10的加工内容为铣两端面、钻中心孔、套车法兰及小头轴颈。所用设备为单托盘卧式高速加工中心， 机床控制系统采用西门子840D系统，机床各轴采用光栅尺进行闭环控制，重复定位误差在0.01mm以内。工件轴向定位基准为第三主轴颈两止推面，径向定位基准为第一、第五主轴颈， 采用自定心的液压夹具定位，夹紧定位可靠。所用中心钻为硬质合金材质，采用液压刀柄夹紧，干式切削，钻头可进行重磨。中心孔深度要求为：将直径为12.7mm的钢球放置于中心孔中，测量球顶至法兰端面的距离为（6.43±0.05）mm，如图1所示。
图1 曲轴加工定位示意图
（2）中心孔深度超差原因分析。根据实际加工过程反馈，出现中心孔深度超差的情况主要为每次换刀后，调整合格后在一个换刀周期内加工尺寸是稳定的。
因此，主要针对刀具与加工程序调整方面进行重点分析。
从刀具方面分析。所用中心钻为硬质合金材质，可进行修磨， 同时对中心钻引导部分及60°锥面进行修磨。对比修磨刀具与新刀具后发现，修磨刀具引导部分，钻尖顶端至锥面切削刃的长度L存在差异，同时修磨的中心钻顶角与60°锥面角度也存在误差，如图2所示。
图2 中心钻刀具
刀具调整方面，只保证刀柄与主轴结合面至中心钻顶端的刀长尺寸L1，用对刀仪精确测量。
中心钻60°锥面尺寸未知，依靠修磨精度保证。
从加工程序方面分析。加工法兰端中心孔程序如下：
N1190 G0 G55 G60 G602 S2970
M3 B90;===FLANGE_L1===（调用G55坐标系，主轴启动）
N1200 STOPRE（程序停读）
N1210 TRANS X=-(KOR[92])
Y=KOR[91] Z=((KOR[1])+(KOR[2]))
（对G55坐标系进行偏置）
N1220 G0 X0 Y0 M52（X/Y轴快速定位至工件原点）
N1230 R1=-11.5 R2=2 R3=-12 R4=0.1 R10=2 R12=2970 R14=594
R18=1485 R19=297（参数赋值）
N1240 L815（调用子程序）
N1250 G0 Z100（Z轴快速回退）
其中L815子程序内容如下：
G0 Z=R2（默认调用刀具长度补偿D1，快速定位至距工件表面2mm处）
S=R12 F=R14
G1 Z=R1（工进至R1参数定义位置）
S=R18 F=R19
G1 Z=R3（工进至R3参数定义位置，中心孔要求的深度）
G4 F=R4
G0 Z=R10 S=R12 （刀尖回退至安全平面）
RET（返回程序开头）
综合以上分析，由程序可看出，刀具快速定位至工进结束都采用同一刀具长度补偿值，中心孔锥面的加工深度依靠中心钻刀尖的工进深度来控制。由于刀具方面存在图2所示不可避免的误差，而此误差是导致每次换刀中心孔深度不稳定的主要因素。如何补偿中心钻60°锥面与刀尖之间的误差成为解决中心孔深度加工不稳定的关键。
3. 具体解决方案
通过对加工中心孔工艺进行分析，计算出测量钢球与中心孔60°锥面接触部位的直径为11mm，如图3所示。因此，在刀具调整过程中，只要精确测量φ11mm切削刃至刀柄与主轴结合面处的距离L2，在机床刀具参数中新建立此处切削刃数据，并在NC编程中调用此长度补偿，就可以精确控制中心孔加工深度。
图3 法兰端中心孔深度
对加工程序进行更改，第一切削刃数据L1只用于刀具快速定位时的刀具长度补偿，当刀具转入工进时，调用第二刀具长度补偿L2，使φ 11mm切削刃工进至图3所示钢球与中心孔结合处，就保证了中心孔深度尺寸合格。
刀具备刀时，测量并打印中心钻φ11mm处高度数据，每次更换刀具时，根据打印的刀长数据对机床中刀具数据进行更改，使得换刀后加工中心孔锥面的第二刀具长度补偿数据与实际刀具长度一致，确保加工的一致、稳定。更改后的加工程序如下：
N1190 G0 G55 G60 G602 S2970
M3 B90;===FLANGE_L1===（调用G55坐标系，主轴启动）
N1200 STOPRE（程序停读）
N1210 TRANS X=-(KOR[92])
Y=KOR[91] Z=((KOR[1])+(KOR[2]))
（对G55坐标系进行偏置）
N1220 G0 X0 Y0 M52（X/Y轴快速定位）
N1230 R1=-2.6 R2=2 R3=-3.1
R4=0.1 R10=2 R12=2970 R14=594
R18=1485 R19=297（加工深度参数重新赋值）
N1240 L815（调用子程序）
N1250 G0 Z100（Z轴快速回退）
更改后L815子程序内容如下：
G0 Z=R2 D1（默认调用刀具长度补偿D1，快速定位至工件表面2mm处）
S=R12 F=R14
G1 Z=R1 D2（采用第二刀长补偿，工进至R1参数定义位置）
S=R18 F=R19
G1 Z=R3 D2（采用第二刀长补偿，工进至R3参数定义位置，中心孔要求的深度）
G4 F=R4
G0 Z=R10 S=R12 D1（重新调用D1补偿，刀尖回退至安全平面）
RET（返回程序开头）
4. 加工效果验证：
通过连续多次换刀加工验证，中心孔深度尺寸满足公差要求，均在合格范围内。改善效果明显，消除了因刀具修磨一致性问题导致的加工超差，提高换刀加工首件合格率， 并有效地消除了此加工不良对后序产生的影响，提高了产品品质及线体开动率。
5. 结语：
对中心孔加工程序及刀具方面进行系统分析，完善了原加工方案。通过分析、计算，建立了新的刀具测量、调整及控制标准，消除刀具自身误差，满足了加工要求。对于其他一些高精度加工部位的控制提供了类似的经验与方法，在生产中有较大的借鉴意义。
来源：长城汽车股份有限公司 作者：刘建刚
