鎮(zhèn)江中船設備有限公司 （江蘇 212011） 汪培宏

近20年來在船舶市場需求的驅動下，世界航運業(yè)以及相應的造船工業(yè)持續(xù)旺盛發(fā)展。中國的船舶工業(yè)已成為最具國際競爭力的產業(yè)之一。但在船舶動力配套方面，國內自主開發(fā)的柴油機技術還比較落后，根本無法滿足出口遠洋船舶在大型化、智能化、模塊化、高可靠性和經濟性、低污染排放等方面的要求，只能用于國內近海和江河航運的船舶，出口遠洋船配套用柴油機的先進技術完全被國外公司所壟斷。由于出口遠洋船的航行條件特點，對配套柴油機的要求，特別是在可靠性、經濟性、智能化和排放方面的要求愈來愈高。因此，國外新型柴油機技術的發(fā)展趨勢和產品開發(fā)技術也緊緊圍繞上述幾方面展開：通過模塊化設計技術的研究，提高柴油機零部件的可靠性，降低使用成本；通過對高增壓技術、高噴射壓力燃油系統(tǒng)的設計和試驗技術、燃用劣質燃料技術和全工況性能優(yōu)化技術的研究，降低運行成本，提高柴油機的經濟性；通過對高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)、電控噴射泵、電子控制系統(tǒng)（ECS）等技術的研究，使柴油機向智能化方向發(fā)展；通過對降低NOX排放及煙度技術的研究，滿足國際海事組織日趨嚴格的排放法規(guī)的要求。

因此，當今加快“綠色造機”、“數字化造機”和“現代化總裝造機”是現代制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。近幾年來，我公司圍繞上述三個“造機”，進一步推進以節(jié)能減排為主要目標的設備更新和技術改造。下面就我公司針對柴油機機架加工設備的選型和凸輪軸加工、裝配精度技術改進談一些體會。

通過設備更新，進一步提高產品質量，確保柴油機產品質量

機械加工設備的好壞，直接影響到柴油機零件的加工精度，從而影響到柴油機的性能。隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，世界工業(yè)發(fā)達國家都對現代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式，高速、高效、高精度及高可靠性的先進數控加工中心機床得到了廣泛應用。企業(yè)在選購數控機床的類型時，是否能真正充分發(fā)揮數控機床的潛力，取得最佳性價比，是每個企業(yè)面臨的選擇難題。

1.數控加工中心機床的選擇

選擇數控加工中心機床，要考慮生產上適用、技術上先進、經濟上合理且符合安全節(jié)能的要求。在確定數控機床類型時，首先要考慮的就是明確加工對象，然后進行歸類，再選擇相應的數控機床。針對柴油機機架的結構形狀分析，屬箱體類復雜零件，一般加工柴油機機架采用數控落地鏜銑加工中心機床和數控龍門五面加工中心機床。數控龍門機床從機架裝夾形式、加工方法、加工質量的穩(wěn)定性比數控落地鏜銑機床要好，因此選用數控龍門加工中心機床更適合。接下來選購數控機床生產企業(yè)，首先要考慮生產企業(yè)的規(guī)模大小和技術力量，有一定知名度品牌的設備，這是關系到數控機床是否能正常工作的重要問題。廠家不合適會使設備存在許多先天缺陷和不合理的地方，通過設備使用說明書和設備樣品是根本無法深入了解的，可通過預選、細選和終選幾個過程，廣泛征求各方面專家意見；還要考慮選擇的數控機床應為成熟產品，產品生產供貨情況、維修服務網點、配件提供的及時性和產品的信譽情況等。通過多方面比較后選擇理想的機型和廠家，簽定合同和技術協(xié)議，這些都對今后企業(yè)的正常生產有很大的影響。

（1）美國、德國和日本三國是在數控機床科研、設計和使用上技術最先進、經驗最多的國家，歐美數控機床普遍精度高，設備加工質量穩(wěn)定，使用壽命長，如企業(yè)有購買歐美數控機床的實力，這些國家的機床應為首選。但也要了解到，一般情況下，歐美企業(yè)提供的維修服務周期長，特別是數控機床使用一段時間后，如遇到維修更換配件，提供周期就會較長，容易影響企業(yè)的正常生產。

進口臥式加工中心

德國曲軸車銑中心

德國車銑中心

（2）臺灣數控機床精度普遍也比較高，設備加工質量穩(wěn)定，但數控機床企業(yè)建立快，同時倒閉也快，有時甚至會出現工廠已經倒閉，數控機床仍有推銷商在銷售的現象。如果不注意這些問題，就會出現機床在交機驗收時和保修期內，生產廠家倒閉的問題，設備正常工作后，出現故障無法維修，生產廠家根本無法兌現一年保修期的規(guī)定。同時，這樣的廠家一定是各種設備原始資料和維修資料不全的，用戶自己維修將很困難，設備配件市場上難以采購。

（3）國產品牌數控機床發(fā)展稍晚，但在船舶制造廠也有一定的應用。國內數控機床相比歐美、日本和中國臺灣來講，精度和穩(wěn)定性需進一步改進，但價格便宜，有許多擁有一定實力的數控機床生產企業(yè)都有自己的成名產品。數控機床選型時要知道該企業(yè)的名牌設備，目前有的企業(yè)為提高市場占有率和競爭力，從而取得更高利潤，就擴大和涵蓋各種設備的生產和開發(fā)。有的數控機床剛開發(fā)還不成熟穩(wěn)定，采購企業(yè)原先需要某企業(yè)擁有著名品牌的數控加工設備，而實際上采購到的是一種剛開發(fā)的不成熟產品，造成用戶在設備投入到生產中時產生許多無法克服的缺點。這也就是許多買進設備無法正常使用而閑置的主要原因之一。

上海機床廠曲軸數控磨床

武漢重型機床廠落地鏜銑床

北京第一機床廠數顯龍門銑床

2.機床附件選擇的重要性

選購數控機床除了正確選擇合適的設備型號、精度、功能等外，機床的附件、夾具的正確選擇對加工產品的質量精度有較大的影響。柴油機機架較大而且復雜，即使你選擇了正確的設備型號和精度，而機床的附件、夾具選擇不正確或精度達不到技術要求，則會直接影響到產品的加工質量，導致加工零件產品精度超差，柴油機的性能降低。機架是柴油機的主要零部件之一，結構相當復雜，精度要求較高，特別是主軸承孔、凸輪軸、氣缸套孔的尺寸、形位公差要求高，且柴油機機架幾路高精度孔的加工都需要機床配制特殊的附件，附件的正確選擇和精度的高低直接影響產品的加工質量，因此在配制機床附件時，要注意以下內容應在技術協(xié)議中反映出來。

（1）必須明確附件銑頭的精度和功能以及主要參數，如加工產品的材料、所能達到的加工精度及效率，所需的功率、轉矩、轉速、剛性等。如附件的強度剛性不足，鏜孔精度不能保證，容易產生表面振紋或孔圓度超差，最終影響柴油機的質量性能。

（2）附件銑頭的傳動比最好為1∶1，有利于精加工刀具的準確定位，提高精鏜孔的精度。

（3）柴油機主軸承孔、凸輪軸孔、缸套孔精度要求高，且加工工藝都需要采用機床附件銑頭，附件銑頭的熱變形精度要求很高，如果不注意這一點，容易導致柴油機機架加工尺寸、形位公差超差。目前亞洲數控機床附件銑頭精度普遍比歐美精度低，亞洲數控機床附件銑頭在設計上采用軸承油脂潤滑，齒輪是附件頭箱內潤滑油潤滑，根本沒有考慮附件銑頭熱變形的冷卻。因此，加工柴油機機架質量不穩(wěn)定，精度難以控制。而歐美機床附件銑頭設計是采用通過機床滑枕的潤滑油進入附件頭進行冷卻、潤滑，然后流回到機床潤滑油箱，潤滑冷卻效果相當好，附件頭熱脹冷縮變形小，完全能滿足柴油機機架的加工精度要求。因此，在選擇機床附件時，要明確附件的熱變形要求。

附件銑頭加工機架瓦蓋面

通過技術改進，提高產品質量，推進節(jié)能減排

凸輪軸是柴油機中非常重要的傳動軸，柴油機的進、排氣閥的啟閉，噴油泵和空氣分配器的驅動，都是通過凸輪軸進行的。凸輪軸是由柴油機的曲軸采用齒輪傳動來帶動的，兩者保持準確的相對位置，其制造和裝配精度要求非常高，以保證配氣、噴油定時的準確性。凸輪在頂動滾輪過程中，在工作表面上產生摩擦和很高的接觸應力。當接觸應力過高時，工作面會發(fā)生疲勞，產生麻點或金屬剝落。因此，凸輪要有很好的耐磨、耐疲勞性能。以前，為了使柴油機結構簡單，控制進、排氣閥和燃油泵的凸輪一般都設計在同一根軸上；近年來，為了更好地控制柴油機的進、排氣過程和燃燒過程，滿足日益嚴格的排放法規(guī)，我公司引進的MAN—B&W系列新型中速柴油機，均采用了燃油凸輪與進排氣凸輪分開的結構。如果凸輪軸加工精度較低、安裝相位不正確或凸輪使用磨損都會使定時與給定技術標準數值不符，直接影響柴油機的排放性能。通過近幾年對凸輪軸從材料、零件加工精度到整機裝配精度的反復試驗，進行跟蹤、檢查，發(fā)現凸輪軸加工、裝配精度對柴油機的排放影響較大。因此，我公司通過技術改進，進一步提高凸輪軸材料、加工、裝配產品質量，提高柴油機的性能，把節(jié)能減排向國際高標準、嚴要求的方向目標推進。

（1）我公司是引進MAN—B&W船用柴油機生產廠家之一，其柴油機凸輪軸材料有碳素結構鋼、低碳合金結構鋼和高碳合金結構鋼3種。3種材料經過實際的試驗應用，碳素結構鋼雖然毛坯組織、機加工、熱處理工藝等方便簡便，且價格便宜，但力學性能和耐磨性和耐疲勞性能稍低。低碳合金結構鋼力學性能及加工工藝性沒有高碳合金結構鋼好。因此，為了確保柴油機產品質量，我公司選擇性能好、價格高的高碳合金結構鋼材料（50CrMo4V）來制作凸輪軸。經過幾年來的實踐證明，凸輪軸質量穩(wěn)定，對柴油機的實際運行、跟蹤，沒有發(fā)現凸輪軸拉毛、拉傷、凸輪表面剝落、開裂等質量問題。

（2）我公司引進的凸輪軸凸輪型線有凹弧，并且凹弧半徑較小，磨削砂輪直徑受到凸輪凹弧半徑的限制，無法用普通的凸輪軸磨床來加工完成。并且凸輪型線和相位精度要求高，加工凸輪型面和相位磨削精度難以控制。因此我們針對凸輪軸的技術要求，利用普通外圓磨床進行改造，自行設計改造一套采用MCS－51系列單片機控制系統(tǒng)的數控凸輪軸磨床。所有傳動系統(tǒng)采用無間隙傳動，砂輪拖板導軌采用滾動線性導軌，傳動絲桿采用無隙滾珠絲桿，工件頭架軸承采用消隙軸承，進一步改進工作臺的受力平衡。經實際加工驗證，凸輪軸加工質量穩(wěn)定，凸輪型線、相位、形位公差、表面粗糙度均達到圖樣要求。

（3）改進裝配工藝，提高凸輪軸裝配精度，確保柴油機產品質量。部裝的凸輪軸總成放在平板的V形鐵上，軸的法蘭端面上夾裝角度測量儀或采用角度分度頭，按發(fā)火順序各缸進行相位角等技術參數的測量和調整。①我們原來是采用百分表逐個檢測和調整的裝配工藝方法，但由于相位角要求高，此方法有一定的誤差。通過分析研究，改用精度更高的千分表進行檢測和調整，進一步提高了裝配精度。②法蘭端面上采用的角度分度頭，原來是普通精度的角度分度頭，分度精度較低，裝配精度較低，且裝配質量難以控制，現改用高精度的角度分度頭，更進一步提高了檢測精度，提高了凸輪軸部裝精度。

我公司通過對鑄造、熱處理、機械加工、裝配、試車、檢測等設備更新、技術改進等工作的開展，推進節(jié)能減排的進一步深入，柴油機質量性能得到了進一步提高， NOx污染排放較低，滿足IMO國際海事組織日趨嚴格的排放法規(guī)的要求。

結語

在大力倡導環(huán)境保護主題的今天，面向環(huán)境和生態(tài)的綠色造機是現代造機業(yè)的一種發(fā)展趨勢。我國的資源并不豐富，環(huán)境污染問題已非常突出，推行綠色造機技術是一個非常迫切的課題。基于可持續(xù)發(fā)展觀點的綠色造機技術，是一種以環(huán)境和資源優(yōu)化為目標的現代化造機技術，其應用會進一步促進我國船舶制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推進我國造機業(yè)的國際化成長。