专利名称：一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法
技术领域：
本发明涉及一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法。
背景技术：
曲轴是发动机中的关键零件之一，由于它形状复杂、刚性差、加工余量大、质量分 布不平衡，要求的加工精度又高，所以曲轴是发动机中最难加工的工件之一。目前，曲轴轴 颈加工主要有三种工艺，即车削工艺、铣削工艺、车拉工艺。通过研究证明铣削工艺是提高 曲轴加工精度和生产效率等经济技术指标的重要手段，是曲轴传统加工工艺的重大突破和 变革。曲轴铣削工艺分为内铣和外铣两种。研究表明外铣比内铣振动大；对于锻钢曲轴， 内铣比外铣更容易断屑。曲轴内铣分为工件转动进给和工件不动两种型式。由于曲轴本身 形状复杂，固有的刚性差，加之在加工中又要进行转动进给，就进一步减弱了曲轴的刚性。 如果在加工中工件固定不动，就可以消除因转动产生的间隙，便于采用中心架卡持工件，可 以提高零件的支承刚度。
发明内容
为了解决现有技术曲轴连杆颈内铣轮廓精度低，编程简单复杂，效率低下的问题， 本发明提出一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法。 本发明的技术方案为一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于该方 法包括如下步骤(l)根据需求设计出曲轴连杆颈的内铣加工轨迹曲线；(2)设置刀具半径 及刀具加工参数；(3)根据所设计的加工轨迹曲线计算加工用刀具轨迹坐标；(4)根据所述 的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码及宏指令；(5)调用执行宏指令，可对曲轴连杆颈平 衡块内壁、凸缘和轴颈进行内铣加工。 对上述技术方案的进一步改进是加工轨迹曲线生成前需要判断连杆颈轴颈铣削 是顺时针铣削还是逆时针铣削。 对上述技术方案的再进一步改进是加工轨迹曲线生成前需要判断连杆颈轴颈铣 削切入和切出轨迹是否需要过渡圆弧。 对上述技术方案的再进一步改进是在根据加工轨迹曲线计算曲轴连杆颈内铣加 工的刀具轨迹坐标的步骤前还包括判断是否需要设置工件坐标系原点；若需要设置工件 坐标系原点，则以连杆颈中心为加工用工件坐标系原点。 对上述技术方案的再进一步改进是在根据加工轨迹曲线计算曲轴连杆颈内铣加 工的刀具轨迹坐标的步骤前还包括判断是否需要补偿加工，若需要补偿加工，则导入补偿 数据对所设计的连杆颈内铣加工轨迹曲线进行补偿处理。 对上述技术方案的再进一步改进是所述的刀具加工参数包括刀盘半径、连杆颈 半径、曲柄半径、切入长度1、切入长度2、空切入长度、切入长度1进给速度、切入长度2进 给速度、整圆切削速度、切入角度、补偿号。 本方法的有益效果在于可以提高曲轴连杆颈内铣轮廓精度，且编程简单，效率高。
图1为连杆颈顺铣循环刀盘运动轨迹；
图2为连杆颈逆铣循环刀盘运动轨迹；
图3为相位偏差补偿计算。
具体实施例方式
—种曲轴连杆颈内铣加工方法，可控制内铣加工设备的刀具对曲轴连杆颈进行内 铣加工，该方法包括如下步骤根据需求设计出曲轴连杆颈的内铣加工轨迹曲线；设置刀 具半径及刀具加工参数；根据所设计的加工轨迹曲线计算加工用刀具轨迹坐标；根据所述 的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码及宏指令；调用执行宏指令，可对曲轴连杆颈平衡块 内壁、凸缘和轴颈进行内铣加工。 相对于现有技术，在连杆颈轴颈内铣开始与结束处，引入过渡圆弧，调整拐角角 度，有效地去除拐角误差，从而提高曲轴连杆颈内铣轮廓精度，且能满足曲轴连杆颈平衡块 内壁、凸缘和轴颈内铣加工要求。 相对于现有技术中单一的顺铣或逆铣，在连杆颈轴颈内铣加工时，左右刀盘分别 应用顺铣和逆铣，减小加工过程的受力变形。 相对于现有技术，重新设置工件坐标系，以连杆颈中心为编程轨迹坐标原点，使得 数控编程计算得到简化。 所述的加工轨迹包含两种模式顺铣加工轨迹和逆铣加工轨迹。
曲轴连杆颈顺铣加工轨迹如图1所示。循环开始与循环结束刀盘中心和主轴颈中
心重合，均在0点。E点为连杆颈中心。OC二GH，为总的切入长度，线段GH是OC绕E点逆
时针旋转a角而得。过渡圆弧的引入使得拐角角度接近180。，从而尽量减小拐角误差。
刀盘中心走刀轨迹设计为 1)直线空程切入0F。 2)平衡块内壁加工切入长度直线切入段FA。
3)凸缘加工切入长度直线切入段AB。
4)轴颈切入过渡圆弧BC (圆弧半径为EC)。 5)以E点为圆心、C为起点和终点的顺时针整圆，完成轴颈的圆周铣削。
6)轴颈切出过渡圆弧CD (圆弧半径为EC)
7)直线退回D0。 为了平衡切削力，左右刀盘将分别采用顺铣和逆铣。因此还设计了曲轴连杆颈逆 铣加工循环刀盘运动轨迹，如图2所示。循环开始与循环结束刀盘中心和主轴颈中心重合， 均在0点。E点为连杆颈中心。OC二GH，为总的切入长度，线段GH是OC绕E点顺时针旋转
a角而得。刀盘中心走刀轨迹设计为
1)直线空程切入0F。 2)平衡块内壁加工切入长度直线切入段FA。
3)凸缘加工切入长度直线切入段AB。
4)轴颈切入过渡圆弧BC(圆弧半径为EC)。
4
5) 以E点为圆心、C为起点和终点的逆时针整圆，完成轴颈的圆周铣削。
6) 轴颈切出过渡圆弧CD(圆弧半径为EC)
7) 直线退回D0。 所述的刀具补偿数据包括 曲柄半径补偿#100 = #[#7+2200]; 连杆颈直径补偿#101 = #[#7+2000]; 相位偏差量=ATAN(I相位偏差补偿值|/曲柄半径) 相位补偿刀补输入值#102 = #[#7+2400]
#130 = ABS[#102]
#131 = ATAN[#130]/[#19]
如果#102 < 0，相位角#132 = #3-#131 ;如果#102 > = 0，相位角#132 = #3+#131 。 所述的加工用工件坐标系以连杆颈中心E点为原点，如图6和图7所示。 下面以顺铣为例说明刀具轨迹坐标计算。偏转角a取5° ，BH长度取O. 5mm。
1) 0点坐标
切入角度=相位角=#132
0E长度=曲柄半径#103 = #19+#100
2) 0点X向坐标#104 = #103*C0S[#132+180] 0点Y向坐标#105 = #103*SIN[#132+180]
3) F点坐标 EF线段长度二 F点X向坐标 F点Y向坐标
4) A点坐标 EA线段长度二 A点X向坐标 A点Y向坐标
5) B点坐标 EB线段长度二 B点X向坐标 B点Y向坐标
6) C点坐标 EC线段长度二 C点X向坐标 C点Y向坐标
7) D点坐标 ED线段长度二 D点X向坐标 D点Y向坐标
GE-GF :#106 = #103-#8 :#107 = #106*C0S[#132+180+5] :#108 = #106*SIN[#132+180+5]
刀盘半径_连杆颈半径_切入长度2 :#109 :#110 = #109*C0S[#132+5] :#111 = #109*SIN[#132+5]
EA+#2-0. 5 :#112 = #109+#2-0. 5 :#113 = #112*C0S[#132+5] :#114 = #112*SIN[#132+5]
#18-#17-#101/2-#2
刀盘半径-连杆颈半径#115 :#116 = #115*C0S[#132] :#117 = #115*SIN[#132]
EB :#112
:#118 = #112*C0S[#132-5] :#119 = #112*SIN[#132]
#18-#17-#101/2
8)圆心矢量CE
圆心矢量CE在X向的分量#120 = #115*C0S [#132+180] 圆心矢量CE在Y向的分量#121 = #115*SIN[#132+180] 所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码，以顺铣为例说明如下
09010 ;
N10 #100 = #[#7+2200];曲柄半径补偿
N20 #101 = #[#7+2000];连杆颈直径补偿
N30 #102 = #[#7+2400];相位补偿
N40 #130 = ABS[#102]
N50 #131 = ATAN[#130]/[#19]
N60 IF[#102LT0]G0T0 90
N70 #132 = #3+#131 ;相位角
N80 GOTO 100
N90 #132 = #3-#131 ;相位角
;0点X坐标 ;0点Y坐标
;F点X坐标 ;F点Y坐标
N100 #103 = #19+#100 ;OE长度 N110 #104 = #103*C0S[#132+180] N120 #105 = #103*SIN[#132+180] N130 #106 = #103-#8 ;EF长度 N140 #107 = #106*C0S[#132+185] N150 #108 = #106*SIN[#132+185] N160 #109 = #18-#17-#2-#101/2 ;EA长度 N170 #110 = #109*C0S [#132+5] ;A点X坐标 N180 #111 = #109*SIN[#132+5] ;A点Y坐标 N190 #112 = #2-0. 5+#109 ;EB长度 N200 #113 = #112*C0S [#132+5] ;B点X坐标 N210 #114 = #112*SIN[#132+5] ;B点Y坐标 N220 #115 = #18-#17-#101/2 ;EC长度 N230 #116 = #115*C0S[#132] ;C点X坐标 N240 #117 = #115*SIN[#132] ;C点Y坐标 N250 #118 = #112*C0S [#132-5] ;D点X坐标 N260 #119 = #112*SIN[#132-5] ;D点Y坐标 N270 #120 = #115*C0S[#132+180];圆心矢j N280 #121 = #115*SIN[#132+180];圆心矢〗 N290 G91 G28 XO YO ;X和Y回参考点 N300 G92 X#104 Y#105 ;设E点为工件坐标系原点 N310 G90 G94 G01 X#107 Y#108 F1000 ;从0点到F点 N320 G01 X#110 Y#lll Fft4;从F点到A点 N330 G01 X#113 Y#114 Fft5;从A点到B点 N340 G17 G02 X#116 Y#117 R#115 FS6;从B点到C点 N350 G02 I#120 J#121 ;以C点为起点和终点，以E点为圆心的整圆
CE在X向的分j CE在Y向的分j
N360 G02 X#118 Y#119 R#115 ;从C点到D点 N370 G91 G28 X0 YO ;从D点到0点 N380 G92 XO YO ;设0点为工件坐标系原点 N390 M99 所述的宏指令调用格式如下 G102 Rr Qq Ss Aa Bb Ee Ii Jj Kk Cc Dd ;顺铣 G103 Rr Qq Ss Aa Bb Ee Ii Jj Kk Cc Dd ;逆f先 R = #18 :刀盘半径(mm) Q = #17 :连杆颈半径(mm) S = #19 :曲柄半径(mm) A = #1 :平衡块内壁加工切入长度(ram) B = #2 :凸缘加工切入长度(mm) E = #8 :空切入长度(mm) I = #4 :平衡块内壁加工进给速度(mm/min) J = #5 :凸缘加工进给速度(mm/min) K = #6 :轴颈铣削速度(mm/min) 0 = #3:切入角度(度) D = #7 :补偿号 所述的刀具加工参数，如前述宏指令调用格式所示，包括刀盘半径、连杆颈半径、 曲柄半径、平衡块内壁加工切入长度、凸缘加工切入长度、空切入长度、平衡块内壁加工进 给速度、凸缘加工进给速度、轴颈铣削速度、切入角度、补偿号。 现以某4缸发动机第4连杆颈内铣为例说明宏指令的调用，调用前需确定的加工 参数包括 刀盘半径=105mm 连杆颈半径二 29mm 曲柄半径=51隱 平衡块内壁加工切入长度=101. 5mm(平衡块内壁加工) 凸缘加工切入长度=6mm(凸缘加工) 空切入长度二19. 5mm 平衡块内壁加工进给速度=680mm/min 凸缘加工进给速度=225mm/min 轴颈铣削速度=2000mm/min 切入角度=270度 补偿号=4 具体的宏指令调用如下 G102 R105 Q29 S51 A101. 5 B6 E19. 5 1680 J225 K2000 C270 D4 ; 本方法的有益效果在于可以提高曲轴连杆颈内铣轮廓精度，且编程简单，效率高。
权利要求
一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)根据需求设计出曲轴连杆颈的内铣加工轨迹曲线；(2)设置刀具半径及刀具加工参数；(3)根据所设计的加工轨迹曲线计算加工用刀具轨迹坐标；(4)根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码及宏指令；(5)调用执行宏指令，可对曲轴连杆颈平衡块内壁、凸缘和轴颈进行内铣加工。
2. 根据权利要求1所述的一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于加工轨 迹曲线生成前需要判断连杆颈轴颈铣削是顺时针铣削还是逆时针铣削。
3. 根据权利要求1所述的一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于加工轨 迹曲线生成前需要判断连杆颈轴颈铣削切入和切出轨迹是否需要过渡圆弧。
4. 根据权利要求1所述的一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于在根据 加工轨迹曲线计算曲轴连杆颈内铣加工的刀具轨迹坐标的步骤前还包括判断是否需要设 置工件坐标系原点；若需要设置工件坐标系原点，则以连杆颈中心为加工用工件坐标系原 点。
5. 根据权利要求1所述的一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于在根据 加工轨迹曲线计算曲轴连杆颈内铣加工的刀具轨迹坐标的步骤前还包括判断是否需要补 偿加工，若需要补偿加工，则导入补偿数据对所设计的连杆颈内铣加工轨迹曲线进行补偿 处理。
6. 根据权利要求1所述的一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，其特征在于所述的 刀具加工参数包括刀盘半径、连杆颈半径、曲柄半径、切入长度1、切入长度2、空切入长度、 切入长度1进给速度、切入长度2进给速度、整圆切削速度、切入角度、补偿号。
全文摘要
本发明提出了一种曲轴固定式连杆颈内铣加工方法，该方法包括如下步骤(1)根据需求设计出曲轴连杆颈的内铣加工轨迹曲线；(2)设置刀具半径及刀具加工参数；(3)根据所设计的加工轨迹曲线计算加工用刀具轨迹坐标；(4)根据所述的刀具轨迹坐标生成相应的加工代码及宏指令；(5)调用执行宏指令，可对曲轴连杆颈平衡块内壁、凸缘和轴颈进行内铣加工。本方法的有益效果在于可以提高曲轴连杆颈内铣轮廓精度，且编程简单，效率高。
文档编号G05B19/18GK101718975SQ20091027290
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者罗敏 申请人:湖北汽车工业学院