曲轴是发动机上的一个重要部件，其可将发动机活塞的直线往复运动转换成需要输出的圆周运动，其制造质量直接影响发动机的使用性能。曲轴为细长型回转类零件，在粗加工（车削、铣削）和精加工（磨削、抛光）中，多以曲轴两端中心孔为加工基准。所以，CNC加工中心的制造质量控制，就显得尤为重要。

问题背景

某发动机工厂曲轴线生产过程中，有两类问题频繁发生：①止推面尺寸超差；②曲轴后油封偏磨。这两类质量问题造成大量零件返修及报废，增加了曲轴的制造成本。结合工艺流程及利用质量工具分析发现，两类制造问题都与中间工位CNC加工中心有关。本文就以两类质量问题的解决思路，阐述CNC机床刀具冲洗的应用研究。

CNC刀具冲洗在尺寸超差问题的应用

1.原因分析

车床以凸缘端球顶尖定位，心轴端球顶尖顶紧，卡盘夹住工件驱动旋转，刀盘上的车刀精车工件止推面。调查止推面的加工数据（图1）发现：工件止推面宽度突跳超差时，垂直度也对应着突跳超差，但若去掉突跳的超差点，则数据整体稳定。

在CNC机床加工完成后，连续下料100件工件发现：100%工件凸缘端面粘大量铁屑，10%工件凸缘中心孔有铁屑残留。如图2所示。

从上述调查可分析出止推面尺寸超差机理：①完成CNC加工的工件凸缘中心孔粘铁屑，该工件流入车床加工，残留铁屑致使车床加工基准偏移，精车止推面宽度及垂直度超差；②因CNC加工凸缘中心孔粘铁屑为概率事件，所以超差数据表现为突跳，且未有铁屑残留时，数据加工稳定，与上述数据调查的结论一致。

2.CNC刀具冲洗的应用

从上述调查发现，止推面尺寸超差的根本原因为CNC加工完成后工件有铁屑残留。但涉及机加工工艺，铁屑的产生是不可避免的。通过加工工艺的优化及改进，收效颇为微小。因此我公司技术人员决定在加工完成后，用切削液将残留铁屑冲走，并制定了以下两个方案进行验证：

1）CNC机床内部接入冲洗管道，加工完成后利用管道喷出切削液将工件残留铁屑冲走。

2）利用CNC刀具内冷孔，喷出高压切削液将工件残留铁屑冲走（图3）。

将上述方案分别加工50件验证，结果如表1所示。

从验证结果可得出结论，A方案有一定改善，但帮助不大；B方案的效果最优，100%无铁屑残留。下一步，将CNC机床按B方案优化，并加工验证1500件，数据如图4所示。

从验证结果看出，采取刀具高压冲洗工件的方案，清洗工件残留铁屑的效果非常好，止推面加工尺寸无超差现象，数据稳定。

CNC刀具冲洗在后油封偏磨问题的应用

1.原因分析

磨床以凸缘端球顶尖定位，心轴端球顶尖顶紧，拨叉夹住工件驱动旋转，砂轮磨削曲轴后油封。随机抽取50件油封偏磨的工件，统计油封未磨削的位置分布（表2）发现：偏磨工件油封未磨削的位置都分布在曲轴下方。

2.CNC加工调查

统计50件偏磨工件的中心孔位置度数据，发现凸缘端中心孔Y方向位置度超下极限偏差（图5）。进一步调查至前工位CNC加工中心发现凸缘侧夹具附近有大量铁屑堆积。

从上述调查可分析出油封偏磨机理：①CNC加工完工件后，铁屑堆积在凸缘侧夹具旁，致使下一个工件做定位夹紧时，曲轴凸缘侧夹紧位置被铁屑抬高，钻头加工凸缘侧中心孔时朝工件下方（Y负方向）钻偏；②凸缘中心孔钻偏工件流入磨床加工，因凸缘侧中心孔偏向工件Y的负方向，导致砂轮磨削油封时，油封下方（Y负方向）未被磨削。

3.CNC刀具冲洗的应用

从上述调查发现，油封偏磨的根本原因为CNC加工完成后夹具有铁屑残留。借助止推面尺寸超差的问题解决经验，制定以下两个方案进行验证：

1）CNC机床内部接入冲洗管道，加工完成后利用管道喷出切削液将夹具旁边的铁屑冲走。

2）利用CNC刀具内冷孔，喷出高压切削液将夹具旁堆积的铁屑冲走。

将上述方案分别验证1天，每1 h观察铁屑堆积情况，结果如表3所示。

从验证结果看出，A方案效果不明显，B方案的效果最优，CNC夹具铁屑堆积情况得到极大改善。下一步，将CNC机床按B方案优化，加工10 000件验证，中心孔位置度按1/50抽检统计，100%跟踪后油封磨削质量。

从验证结果看出，采取刀具高压冲洗工件的方案，清洗夹具堆积铁屑的效果非常好，中心孔位置度无超差，数据稳定，且100%工件油封完全磨削。

结语

本文针对CNC加工中心普遍存在的两类问题：①加工工件有铁屑残留；②夹具堆积铁屑现象，利用CNC机床的自身优势——主轴的高水压，配合刀具内冷孔组合，衍变成刀具冲洗功能。刀具冲洗功能可在工件加工完成后，对工件及夹具进行冲洗，保证CNC定位夹紧准确；且保证后工序加工不会因工件残留铁屑，致使加工基准偏离。本文研究的刀具冲洗功能的应用，对汽车行业CNC机床的制造质量控制有极大的借鉴意义。当然，针对刀具内冷孔的形状、大小及分布等，可根据不同工位的CNC使用的刀具，进行柔性选择；而刀具冲洗的位置及持续时间，可根据不同工厂要求的生产节拍及实际冲洗效果进行调整。