高志永， 張斌， 羅和平， 房長(zhǎng)興， 李帥

（1.沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽(yáng)110142；2.沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司，沈陽(yáng)110142）

1 引 言

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體屬于典型的多面多孔的箱體類零件，主要加工特征是平面和孔系，加工工藝復(fù)雜。曲軸孔作為發(fā)動(dòng)機(jī)骨架缸體上的重要孔系，它的加工質(zhì)量好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配精度和整機(jī)性能，需要依靠設(shè)備精度、工裝夾具的可靠性和加工工藝的合理性等來(lái)保證。常見(jiàn)的車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)6000r/min 以上。曲軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)曲軸孔的加工提出了較高的工藝要求，曲軸孔的表面粗糙度低，尺寸精度高，形狀精度和位置精度高，需要對(duì)其加工工藝進(jìn)行持續(xù)研究和改進(jìn)，使加工質(zhì)量和效率都得到有效提升。

2 曲軸孔加工工藝

本文主要研究F 型和B 型兩種型號(hào)缸體曲軸孔的加工，缸體材料均為HT250。F 型、B 型兩種缸體曲軸孔加工要求如表1 所示。

表1 F 型、B 型兩種缸體曲軸孔加工主要技術(shù)要求

曲軸孔是由缸體曲軸孔半圓面和瓦蓋半圓面組合而成。需要先分別粗加工缸體曲軸孔半圓面和瓦蓋，然后合瓦蓋，用螺栓擰緊之后進(jìn)行整體半精鏜、精鏜加工曲軸孔［1］，如圖1 和圖2 所示。這樣，半精加工和精加工在合瓦蓋之后進(jìn)行，可以很好地保證曲軸孔的加工精度。

圖1 缸體曲軸孔半圓面粗加工

圖2 曲軸孔合蓋整體半精、精加工

目前缸體都是批量生產(chǎn)，缸體加工主要在自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行；F、B 兩種型號(hào)缸體主要采用柔性生產(chǎn)線加工。由于缸體的鑄造余量較大，在上線之前需要先對(duì)曲軸孔半圓面進(jìn)行粗加工?？梢圆捎么帚娀蛘叽昼M加工，去掉鑄造硬皮和多余金屬，留加工余量2～3mm，然后在生產(chǎn)線上進(jìn)行粗鏜曲軸孔半圓面，留加工余量0.7mm；在進(jìn)行合瓦蓋工序之后進(jìn)行半精鏜加工，留加工余量0.3mm；最后進(jìn)行精鏜曲軸孔，直到滿足加工要求。

3 曲軸孔精加工

傳統(tǒng)加工曲軸孔的方法是在專用加工機(jī)床上采用組合鏜刀，每個(gè)刀片對(duì)應(yīng)相應(yīng)的加工位置，對(duì)曲軸孔進(jìn)行精加工，加工時(shí)需要對(duì)鏜刀采用輔助支撐，這種加工方法一般不能應(yīng)用于加工中心上。缸體柔性生產(chǎn)線主要采用加工中心［2］，在實(shí)際加工過(guò)程中，由于曲軸孔屬于大深徑比孔，孔長(zhǎng)在400mm 以上，采用刀具從缸體一端鏜進(jìn)的方法加工時(shí)，由于鏜桿呈懸臂狀態(tài)，且懸伸量往往較長(zhǎng)，剛性差，容易引起振動(dòng)，難以保證被鏜孔的尺寸精度和形位精度。調(diào)頭鏜孔工藝能很好地解決上述問(wèn)題。所謂調(diào)頭鏜孔，就是在臥式加工中心上，刀具分別從零件兩端面先后鏜進(jìn)的長(zhǎng)孔加工方法，采取工件一次裝夾、工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°的調(diào)頭鏜削工藝，該方法的實(shí)質(zhì)是減少進(jìn)刀的長(zhǎng)度。調(diào)頭鏜孔避免了輔助支承和對(duì)鏜軸回轉(zhuǎn)速度的限制，可以提高切削速度；鏜桿懸伸短，剛性好，可提高鏜孔精度，而且方便工人操作。

由于加工時(shí)兩次鏜孔的軸線不可能絕對(duì)重合，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)180°的分度誤差、工作臺(tái)移動(dòng)誤差及進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)的直線度誤差等，均可直接導(dǎo)致孔軸線的同軸度誤差，因此，控制調(diào)頭鏜孔的同軸度誤差是控制加工精度的關(guān)鍵。為了保證加工精度，需要提高加工設(shè)備的精度，要求工作臺(tái)、主軸的定位精度和重復(fù)定位精度很高。另外，我們可以在工藝上采取措施來(lái)消除或減少這些影響同軸度的不利因素，以提高調(diào)頭鏜孔的同軸度精度。采用高精度、高效率的加工中心與調(diào)頭鏜孔工藝結(jié)合起來(lái)，加工各種長(zhǎng)孔和同軸孔系，能更好地發(fā)揮調(diào)頭鏜孔工藝方法的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于加工精度要求更高的曲軸孔，還需要采用珩磨加工工藝，即刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)入曲軸孔內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行珩磨加工。珩磨加工工藝［3］為：粗珩用于去除余量，消除精鏜痕跡，提高孔的形狀精度，降低孔的表面粗糙度；精珩用于進(jìn)一步提高孔的尺寸精度、形狀精度，降低表面粗糙度，在缸孔表面形成均勻的交叉網(wǎng)紋；平頂珩磨用于去除網(wǎng)紋溝痕尖峰，形成平頂表面，建立孔表面的平頂網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，提高孔表面的支撐率。曲軸孔珩磨為臥式加工，考慮F 和B 型缸體曲軸孔的精度要求，不需要對(duì)曲軸孔進(jìn)行珩磨，無(wú)需選用珩磨設(shè)備。

4 加工刀具

傳統(tǒng)加工工藝中，曲軸孔加工刀具是一種帶有多個(gè)刀片的組合鏜刀［4］，加工時(shí)需要對(duì)鏜刀采用輔助支撐，這種刀具屬于專用刀具，成本較高。依照傳統(tǒng)工藝組成的生產(chǎn)線柔性化很低，已經(jīng)不適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要。

針對(duì)曲軸孔的調(diào)頭鏜孔加工工藝，需要選用合適的刀具，優(yōu)質(zhì)刀具不僅可以提高零件加工質(zhì)量，還能提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。F 和B 兩種型號(hào)缸體的材料為鑄鐵，鑄鐵件加工一般選用硬質(zhì)合金刀具，也可以選擇CBN材質(zhì)刀具。粗鏜刀一般選用兩個(gè)刃或者四個(gè)刃，精鏜刀一般選用單刃；直徑較大的孔加工，為了提高加工效率，精鏜加工可以選擇優(yōu)質(zhì)的兩刃鏜刀。采用調(diào)頭鏜工藝加工曲軸孔，可以選擇通用的粗鏜刀和精鏜刀，所選用鏜刀懸伸盡量小，加工時(shí)抗振性要好。

5 加工設(shè)備

曲軸孔加工可以采用曲軸孔專用機(jī)床或者數(shù)控加工中心，考慮企業(yè)生產(chǎn)線柔性化的需求，加工設(shè)備多選用臥式加工中心，如沈陽(yáng)機(jī)床的高精度高速臥式銑鏜加工中心HMC63h。HMC63h 采用630mm×630mm 回轉(zhuǎn)雙交換工作臺(tái)、德國(guó)進(jìn)口高速電主軸、高速進(jìn)給系統(tǒng)和快速換刀系統(tǒng)，大大提高了加工效率，減少了輔助時(shí)間。主軸轉(zhuǎn)速范圍10～12000r/min，X、Y、Z 軸定位和重復(fù)定位精度分別為6μm、4μm，回轉(zhuǎn)精度±6″，回轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度±4″。該產(chǎn)品工作臺(tái)可以旋轉(zhuǎn)，可在一次裝夾中完成零件多個(gè)工作面的銑、鏜、鉆等工序，尤其適合汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等箱體類高速高效加工。該臥式加工中心可以很好地實(shí)現(xiàn)曲軸孔的調(diào)頭鏜削加工，不僅能夠保證曲軸孔的加工精度，還能提高加工效率。

6 切削參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體切削參數(shù)的選擇包括切削速度、進(jìn)給量和切削深度等的選擇。由于加工中所使用的設(shè)備都是具有較高精度的加工中心，為保證切削加工的效率，可以適當(dāng)選擇較大的切削用量。根據(jù)粗、精加工工藝的不同來(lái)選擇鏜削用量，合理的切削參數(shù)不但能夠保證被加工件的精度，同時(shí)能夠提高機(jī)床效率，延長(zhǎng)刀具的壽命。表2 是B 型號(hào)缸體曲軸孔加工現(xiàn)行的切削參數(shù)。

表2 加工B 型號(hào)缸體曲軸孔的相應(yīng)切削參數(shù)

現(xiàn)行切削參數(shù)主要是依據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)加工狀況以及生產(chǎn)安排而定的，粗加工時(shí)選用較大的切削深度和相對(duì)較低的切削速度；精加工時(shí)選用較小的切削深度，切削速度要大一些，進(jìn)給量要適當(dāng)小一些。切削參數(shù)除了與刀具、被切削材質(zhì)、切削液等有關(guān)系外，與機(jī)床本身的性能也有很大的關(guān)系。為了提高生產(chǎn)效率，在保證工件加工精度的前提下，需要對(duì)各切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

7 結(jié) 語(yǔ)

曲軸孔是缸體中的關(guān)鍵加工部位，需要保證曲軸孔的各項(xiàng)加工精度。上述工藝內(nèi)容主要依據(jù)是企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)加工經(jīng)驗(yàn)以及目前的先進(jìn)加工技術(shù)，具有指導(dǎo)加工的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)缸體柔性生產(chǎn)線上各關(guān)鍵部位的加工，需要綜合考慮加工工藝、刀具技術(shù)和加工設(shè)備，采用先進(jìn)高效的工藝方法，以提高加工精度和加工效率。

［1］ 陳澤揚(yáng).4 缸柴油機(jī)機(jī)體加工柔性生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)［J］.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2005，14（3）：125-127.

［2］ 許建中.淺析發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋柔性加工線方案設(shè)計(jì)［C］//十二省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2007.

［3］ 陶前昭，李勝柱，蔚興建.缸孔平臺(tái)網(wǎng)紋珩磨工藝［J］.現(xiàn)代制造工程，2002（3）：37-38.

［4］ 丁向科. 專用機(jī)床加工缸體主軸承孔和缸孔的方法及刀具［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1991（6）：5-8.