西马克曲轴是出口产品西马克切头剪床中，吨位最大的零部件，也是最难加工的关键件。其特点是吨位大（净重19.8t，长6.1m）、轴心多（共有8个轴心，其中7个是偏心）、图样技术要求高。

      国外靠专业的曲轴机床加工，国内曲轴机床较少，一般是以车床和磨床配合加工，而且轴心最多不超过三个。为此我们大胆创新，解决了曲轴定心问题、平衡问题和表面粗糙度问题。

1. 曲轴加工的技术难点

      （1）该曲轴共有8个定位中心，其中7个是偏心。

      （2）偏心距e =75mm、e =175mm的轴心线与基准线平行度≤φ 0.1mm/6 110mm，偏心距（175±0.2）mm、（75±0.2）mm、（37.5±0.2）mm，如何保证平行精度和定位精度问题。

      （3）各配合轴颈尺寸公差0.05mm、圆度0.05mm，这对机床精度有个适应和选择问题。

      （4）零件最大偏心距e =175mm时，经计算零件净重最大偏重积为3.896t·m，如何解决配重平衡问题。

      （5）如何解决各配合轴颈、相关端面、圆根表面粗糙度值R a=0.8 μm问题及各圆根R横向纹理方向问题。

针对西马克曲轴轴心多、技术要求高的特点，采取了各种有效实施办法，集中解决以下几个方面问题。

2. 曲轴加工工艺

      （1）曲轴轴心特点 轴心特点是所有轴心均在一个垂直于轴线的平面上，各轴心相邻最近的17.5mm，最远的175+75=250mm，如果每个中心孔定为75°，D =100mm，那么8个中心孔在轴头端面一条中线上根本无法定心（见图1）。同时，一些精度要求，如偏心距e =（75±0.2）mm，e =（175±0.2）mm轴心线与主轴中心线平行度≤φ 0.1mm/6 010mm等 ，也无法保证。

      （2）曲轴常规定心方法 过去加工曲轴、偏心轴轴心较少，一般2~3个轴心，精度要求不高，在零件两端轴头上，由镗床定心。这是传统的定心方法，沿用至今。精度要求高的都要依赖数控镗床或采用铣基面的方法定心，以保证精度和偏心距的准确性。不过数控镗床定心成本比普通镗床定心成本高三倍多。因此，在定心问题上必须找到最佳定心方案。

      （3）可调式定心夹具和调心方法 当认识到定心的重要性，以保证精度为前提，优先研究解决曲轴定心方法是至关重要的。于是我们破常规提出采用可调式定心夹具，用于曲轴精加工，方案经论证是可行的（可调式定心夹具见图2，下文简称夹具）。

      这种准用夹具两套为一组，只要一次性的定位，按工艺要求准确地分别安装在曲轴两端工艺轴头上，将中心孔滑块置于夹具长槽内，8个轴心分别用特制的成对等高偏心垫块进行调正，就可以加工了（夹具与曲轴工艺夹头组合形式见图3）这一技术措施对保证曲轴加工精度起到了关键性作用。

      可调式定心夹具中心孔定位调整方法，必须按工艺规定的加工顺序进行调整，比如车主轴颈时，将可调中心孔滑块放置0位，两端同时加厚度为175mm的垫块，将螺钉、压紧螺栓拧紧，并检查间隙，0.02mm塞尺不入。如果车偏心（75±0.2）mm轴颈时，将可调中心孔滑块从0位下调至75mm，上垫的垫块尺寸为232.5+17.5=250（mm），将楔板、压紧螺栓固紧即可，检查方法同上。如果车偏心（175±0.2）mm轴颈时，将中心孔滑块从0位下调到底，下垫垫块厚度不限，将中心孔块顶挤住即可。其余的偏心圆加工时，中心孔调整方法以此类推。

      （4）可调式定心夹具精度要求 定心方法确定以后，要想达到曲轴的技术要求，e =（17.5±.02）mm，曲轴中心线与主轴颈中心线平行度≤φ 0.1mm/6 110mm，必须靠可调中心夹具的设计、制造精度来保证。因而可调式定心夹具在设计时，要注意以下问题。

      第一，要考虑定位精度问题。夹具本体的设计精度如图4所示。

      夹具中φ 140k6定位台，是夹具与轴头两者的定位基准，保持夹具装好之后，两端同轴度≤0.05mm。

      第二，要求夹具长槽440mm×193mm深度85mm三个面相互垂直误差≤0.05mm，槽宽193mm两侧平行度≤0.05mm，定位台φ 140mm至长槽上平面为（250±0.04）mm，两个夹具应做成一致。 

      第三，要求每调整一次中心，所用的一组2个垫块厚度公差为±0.01mm并要同时加工。中心滑块与垫块的制造误差应该一致。

      第四，要求夹具上的楔板与中心孔滑块、等高垫块上的10°斜面接触率不少于80%，见图5，目的让中心孔滑块在夹具长槽内纹丝不动。

      第五， 要求夹具与曲轴工艺轴头组合互相平行度≤0.05mm，而两端轴头端面上的止口φ 140mm同轴度≤0.05mm。夹具与工艺轴头组合之后，两端夹具长槽侧面必须平行，平行度≤0.05mm。上述要求均由镗床保证。

      根据上述五项技术要求，夹具本身的制造精度和组合精度一定要严格控制，保证质量，否则即使工艺方案、夹具设计再先进，曲轴的最终加工精度也无法实现，导致前功尽弃。

      可调式定心夹具在西马克曲轴精度加工的实践中证明，这一工艺措施是有效的，是可靠的。不仅取得了三根曲轴精加工的成功经验，经中德双方共同检验，完全达到了西马克公司图样要求。 

3. 设备选择

      从曲轴精度上看，最理想的加工设备为曲轴车床或曲轴磨床，但我公司没有大型专用设备，只能对现有机床进行筛选、利用。开始想利用德国磨床磨削曲轴，它有磨3150e热模锻偏心轴的先例，效果很好。经考察后，终因磨床砂轮有效半径不足而被否定。研究重点还得放在重型车床上。我公司当时所用重车多数役龄长而老化，精度丧失，精度较高的唯有1M675重车。其机床床头、床尾圆度0.02mm，负荷100t，基本能满足曲轴加工的精度要求，不过该机床卡盘不能装配重，这给曲轴加工中如何解决旋转平衡提出了新问题。由于篇幅有限，配重方法不再介绍。

4. 采用大直径毡轮以抛代磨

      西马克曲轴凡有配合的主轴颈、偏心轴颈、相关端面、圆角、圆弧表面粗糙值都是Ra=0.8 m，特别是φ680mm轴颈两端R20mm表面纹理方向均要求横向抛光。上述要求在一般轴类件，是容易达到的，对曲轴来说就难了。单靠车床刀具加工只能达到Ra=3.2 m，如果用砂带抛光，不能抛圆角及端面，况且砂带太长，刚性太差，振动大而加工表面质量低，又因受偏心轴挡距窄和工作条件所限，砂带抛光机无法使用。如何解决表面粗糙度问题，也是曲轴加工的一大难题。

      经过反复研究并查阅已有的超精手段，认为采用大直径毡轮抛光，以抛代磨是比较理想的加工方法。过去毡轮只限于抛光轴类件圆根，效果很好，但用它抛光轴颈代替磨头还是第一次。所以抛光机在设计上选用大功率、支架刚性好的专用抛光机克服毡轮直径大易振动的弊病。

      实践结果证明，以抛代磨的轴颈，经表面粗糙度仪鉴定可达到Ra=0.4~0.8 m，完全可与磨床加工的表面媲美。采用毡轮抛光代替磨头有以下四个方面的优点：

（1）毡轮具有弹性、体轻、振动小等特点。

      在抛光中能起到磨削的作用，实践证明用粒度100的毡轮，每抛磨一次，零件直径减小0.02~0.05mm；用粒度240的毡轮抛光一次，零件直径减小0.005~0.01mm，因为毡轮线速度高30m/s，切削用量即吃刀深度0.005~0.01mm，进给量8~10mm/r，产生的摩擦热量非常小，所以抛光时不用冷却，没有烧伤现象，抛后检查鉴定均达到要求。

（2）曲轴各配合轴颈公差非常小（0.044~0.05mm），操作者不易控制，为保证质量，工艺规定精车时留出0.06mm抛光余量，R a=3.2 m以下，采用以抛代磨的办法，在提高表面质量的基础上操作者就比较容易控制公差了。

（3）采用毡轮抛光，将Ra=0.8 m轴颈及端面、圆根均一次抛光，个个达到图样要求，质量好、效率高，这与用珩磨、砂带抛光相比可提高效率2~3倍。

（4）西马克曲轴要求圆根R20mm处理成横向纹理，在此之前从未遇到这种要求。它要求圆根抛痕与轴颈的抛痕方向垂直，也就是抛轮在圆根处的旋转中心线与零件转动中心线成90°。我们的处理方法是，先用毡轮抛光圆根R20mm表面粗糙值达Ra=0.8 m，打好基础，再用φ40mm纱布与S40风动机组合后夹在刀架上，沿圆根作横向抛光，零件只需转2~3转即可将环状的纹理方向改变成横向纹理，达到图样要求。

5. 结语

      西马克曲轴自制成功之举，主要在于大胆地采用可调式中心夹具解决了最关键性的技术难题，即定心方法和定心精度的问题，同过去曲轴定心由镗床打出固定中心孔的方法相比，取得了创造性的突破。