При автоматизации технологических процессов обработки коленчатых валов синхронизацию работы оборудования осуществляют за счёт разделения лимитирующих операций, применения взаимозаменяемой инструментальной оснастки с принудительной сменой инструмента.
Воздействие сил резания на отдельных операциях вызывает деформацию обрабатываемого коленчатого вала, что вынуждает включать в технологический процесс его обработки многократные правки на прессах. В зависимости от конструкции коленчатого вала и типа производства количество правок может достигать 6—10. В то же время правка вызывает внутренние напряжения, которые могут привести к деформации вала при последующей обработке. С этих позиций правки следовало бы избегать, но сокращение или полное устранение правок вызовет увеличение припуска на обработку, что ведёт к повышению трудоёмкости механической обработки.
Схема автоматизированного технологического процесса обработки коленчатого вала автомобиля ЗИЛ-130.
| Операция | Оборудование |
| Фрезерование торцов вала | Две автоматические линии:двусторонний фрезерный автомат |
| Обработка центровых отверстий | двусторонний трёхшпиндельный сверлильный автомат |
| Фрезерование базовых площадок на щеках вала | двухшпиндельный фрезерный автомат |
| Предварительное обтачивание всех коренных шеек, шейки под сальник, шейки под шкив и под шестерню | Специальный многорезцовый полуавтомат с центральным приводом |
| Окончательное обтачивание тех же поверхностей | То же |
| Правка коренных шеек с точностью 0,15 мм относительно оси центровых отверстий | Гидравлический пресс с усилием 35 Т |
| Предварительное шлифование коренных шеек и шейки под сальник | Специальный шлифовальный полуавтомат |
| Предварительное шлифование шейки под шкив и шестерню | То же |
| Протачивание маслосгонной канавки | Специальный автомат |
| Подрезка щеки и противовесов, прилегающих к шатунным шейкам, предварительное протачивание шатунных шеек | Специальный четырёхшпиндельный полуавтомат |
| Окончательное протачивание шатунных шеек под шлифование (выдержать радиус кривошипа 47,7—47,3 мм и расстояние от осей шатунных шеек до базовых площадок 0,2 мм) | То же |
| Промывка вала водным раствором (триполифосфат – 5%, поташ – 35%, вода – 60%) при температуре 80° С | Моечная машина |
| Обтачивание шести противовесов | Специальный токарный полуавтомат |
| Сверление смазочных каналов, отверстия под пробки и нарезание резьбы | Две автоматические линии:специальный сверлильный автомат |
| Фрезерование шпоночного паза на хвостовике вала | специальный фрезерный автомат |
| Снятие фаски на выходе смазочных каналов, зачистка заусенцев в грязесборниках | |
| Промывка вала и продувка каналов | Установка для промывки и продувки |
| Закалка т.в.ч. коренных и шатунных шеек и шейки под шкив (глубина закалённого слоя 6,7—3,3 мм, твёрдость HRC 62—520) | Две автоматические линии из закалочных машин т.в.ч. |
| Промывка и охлаждение вала водным раствором | Моечная машина |
| Правка коренных шеек с точностью 0,15 мм относительно оси центров | Правильный пресс с усилием 35 Т |
| Предварительное шлифование всех коренных шеек и шейки под сальник (непараллельность шеек 0,006 мм, чистота поверхности по 7-му классу) | Специальные шлифовальные полуавтоматы с многокамневыми наладками |
| Окончательное шлифование всех коренных шеек (чистота поверхности по 8-му классу) | То же |
| Шлифование шейки под шкив и шейки под шестерню (чистота поверхности по 7-му классу) | Круглошлифовальный полуавтомат с бабкой, расположенный под углом |
| Шлифование цилиндрической поверхности и торца фланца вала | Круглошлифовальный полуавтомат |
| Шлифование шатунных шеек (чистота поверхности по 7-му классу) | Специальный шлифовальный полуавтомат |
| Сверление отверстий во фланце (точность расположения отверстий 0,15 мм между осями) | Трехсторонний специальный фрезерный полуавтомат |
| Сверление отверстий с другой стороны под храповик | То же |
| Зенкерование отверстия во фланце | “ |
| Сверление в 2 перехода отверстия со стороны фланца по оси коренных шеек | “ |
| Нарезание резьбы под храповик | “ |
| Цекование отверстия со стороны фланца с формированием фасок 0,3 мм х 120° и 2,3 мм х 60° | “ |
| Цекование отверстия под храповик с формированием фаски 3,1 мм х 60° | “ |
| Правка коренных шеек с точностью 0,03 мм относительно оси центров | Правильный пресс |
| Растачивание отверстия под подшипник со стороны фланца и базирующих фасок с двух сторон вала 3,5 мм х 60° | Специальный алмазно-расточной полуавтомат |
| Динамическая балансировка: первая с точностью 300 Г×см; вторая с точностью 30 Г×см | Две автоматические линии из специальных балансировочных и сверлильных автоматов |
| Окончательная правка коренных шеек с точностью 0,03 мм | Правильный пресс |
| Предварительное и окончательное полирование всех коренных и шатунных шеек и шейки под сальник (чистота поверхности по 9-му классу) | Специальный полировальный суперфинишный станок |
| Промывка вала | Моечная машина |
| Окончательный контроль качества обработки вала | __ |
Фрезерование торцов, центровка вала и обработка базовых площадок на щёках вала выполняются на автоматических линиях. На линию обработки заготовки подаются подвесным транспортёром, а на рабочую позицию – кран-балкой с тельфером. При этом вал устанавливается по поверхностям коренных шеек I и V в самоцентрирующие призматические зажимные губки приспособления. Фиксация в осевом направлении осуществляется по 3 и 6-й щекам, а угловая ориентация – по 1-й шатунной шейке. Схема установки вала показана на рис. 2.
Токарная обработка коренных шеек, переднего и заднего концов вала производится на специальном многорезцовом полуавтомате с центральным приводом. При этом деталь устанавливается по центровым отверстиям, осевая фиксация производится по центровому отверстию во фланце, а в угловом положении – с помощью фрезерованных базовых площадок на 3 и 4-й щеках. В этом случае вращающий момент передаётся от центрального привода через щёки вала (рис. 3).
Обработка ведётся широкими и фасонными резцами с переднего и заднего суппортов по методу вырезания, с гидравлической бесступенчатой подачей суппортов.
В других условиях обработки обтачивание коренных шеек может производиться по другому варианту, т.е. сначала обтачивают и шлифуют среднюю шейку, которая используется в качестве дополнительной центровой опоры при токарной обработке остальных коренных шеек и концов вала.Схема обработки центральной коренной шейки показана на рис. 4, а установка вала при обточке остальных коренных шеек – на рис. 5.
При предварительном шлифовании коренных шеек и концов коленчатый вал устанавливается по центровым отверстиям, а в осевом направлении – с помощью торца Т (рис. 1) со стороны конца вала. Крутящий момент передаётся поводком через отверстия во фланце. Овальность и конусность всех шеек при указанной обработке 0,03 мм, а чистота поверхности по 7-му классу. При предварительном шлифовании шеек под шкив и шестерни шлифовальные круги устанавливаются под углом к оси детали, что позволяет одновременно шлифовать цилиндрические поверхности и подрезать торцы. При шлифовании коренных шеек применяется поддерживающий гидравлический люнет (рис.6).
Шлифование производится на специальных шлифовальных полуавтоматах с многокамневыми накладками. Эти станки работают по автоматическому циклу врезного шлифования с выхаживанием, автоматической правкой кругов и активным контролем.
Обточка четырёх шатунных шеек производится на четырёхшпиндельном полуавтомате высокопроизводительным методом. Схема обработки шатунных шеек показана на рис. 7. Базирование деталей в этом случае производится по I и V коренным шейкам, в осевом направлении по торцу Т, а в угловом положении по фрезерованным площадкам на 1 и 8-й щёках (см.рис. 1). Люнет устанавливается у III коренной шейки.
При этой схеме обработки вал вращается вокруг оси коренных шеек, а суппорты с закреплёнными в них резцами перемещаются вместе с обрабатываемыми шейками подобно шатунам, закреплённым на этих шейках. В каждом из суппортов устанавливается по 3 резца: один широкий прямой для обработки цилиндрической поверхности шейки и два фасонных, расположенных по краям шеек для обточки галтелей и подрезки торцов и щёк. Радиальная подача резцов производится гидравлическим устройством. Из приведённой схемы движений можно установить, что у станка имеется два копирных коленчатых вала, вращающихся синхронно с обрабатываемым валом и обеспечивающих движение инструментов, а также точность радиуса кривошипа. Применение многошпиндельных станков этого типа позволяет вести одновременно обработку всех шатунных шеек нескольких валов с последовательным или параллельным совмещением переходов.
На этой операции обеспечивается радиус кривошипа для вала ЗИЛ-130 в пределах 47,7—47,3 мм, а осевое положение шатунных шеек определяется по установочным размерам до базовых площадок на щеках с точностью 0,2 мм.
Сверление смазочных каналов вызывает значительные затруднения в виду малых диаметров отверстий и большой их глубины. Сечение каналов имеет переходы по диаметру, и каналы должны быть строго координированы. При сверлении таких отверстий трудно отводить стружку: часто ломаются свёрла. Смазочные каналы у коренных и шатунных шеек и отверстия под резьбовые пробки у шатунных шеек коленчатого вала ЗИЛ-130 обрабатываются на двух автоматических линиях с автоматическим поворотом деталей. Эта операция выполняется на специальных многошпиндельных многосторонних сверлильных автоматизированных станках с автоматическим многократным выводом свёрл с целью удаления стружки из обрабатываемых отверстий, что исключает возможное заклинивание и поломку свёрл. Эти станки имеют предохранительное устройство для отвода свёрл при перегрузках. При сверлении смазочных каналов замена свёрл производится без подналадки их на станке, т.к. свёрла настраивают на размер по приборам вне линии обработки. Схема обработки смазочных каналов показана на рис. 8,а, а обработка полостей в шатунных шейках – на рис. 8,б. Деталь устанавливается по центровым отверстиям или по поверхностям коренных шеек I иV , фиксирование в угловом положении осуществляется по площадкам шатунных шеек, а в осевом направлении – по левому торцу буртика V коренной шейки (см.рис. 1). Обработку смазочных каналов, отверстий под пробки и нарезание резьбы в этих отверстиях выполняют на специализированных станках.