（河南柴油機重工有限責(zé)任公司，洛陽471039）

一種實用的柴油機機體軸孔加工技術(shù)

李瑞杰，郭宗博

（河南柴油機重工有限責(zé)任公司，洛陽471039）

簡述了一種多缸柴油機機體軸孔加工技術(shù)，重點介紹該技術(shù)在柴油機初期研制階段機體加工中的實際應(yīng)用，提出了技術(shù)問題及解決途徑，指出該技術(shù)在大型箱體類零件加工中所具有的現(xiàn)實意義。

柴油機機體多檔軸孔穿鏜桿法加工技術(shù)

1 前言

柴油機機體曲軸孔和凸輪軸孔貫穿零件全長，精度要求很高，是整個零件加工的難點。目前，對多缸柴油機機體這種高精度多檔軸孔常采用以下2種方法加工：一種是采用專用機床加工，另一種是采用專用夾具加工。這兩種方法均是將裝有多把鏜刀的鏜桿沿零件軸孔方向進給，同一時間鏜出各檔軸孔，各檔軸孔同軸度由夾具的鏜桿導(dǎo)向裝置精度保證。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向模板、軸承、導(dǎo)向套等組成，數(shù)量由軸孔檔數(shù)確定。這2種方法加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高，適合于批量生產(chǎn)。

柴油機新產(chǎn)品研制初期，若采用以上方法加工機體多檔軸孔，則需設(shè)計、制造專用機床或夾具，準(zhǔn)備周期長、投資費用高、試制風(fēng)險大，所以它們不適合新產(chǎn)品試制階段多檔軸孔的加工[1]。為解決該問題，我們首創(chuàng)了一種成本低、周期短、精度相對較高的“穿鏜桿法”軸孔加工技術(shù)。

2 “穿鏜桿法”軸孔加工技術(shù)

“穿鏜桿法”軸孔加工技術(shù)與傳統(tǒng)的軸孔加工技術(shù)（鏜夾具加工法或?qū)Ｓ脵C床加工法）的原理相同，都是以鏜桿、導(dǎo)向套為主要工具加工各檔軸孔的，不同的是傳統(tǒng)的軸孔加工方法鏜桿導(dǎo)向套設(shè)置在導(dǎo)向模板上，而“穿鏜桿法”的鏜桿導(dǎo)向套是裝在零件已加工孔上的。

“穿鏜桿法”軸孔加工方法是先利用數(shù)控設(shè)備加工出多檔軸孔兩端各兩檔軸孔，作為中間檔軸孔加工的導(dǎo)向基準(zhǔn)，然后依靠安裝在兩端已加工孔上的導(dǎo)向套做導(dǎo)向，以鏜床作動力驅(qū)動專用鏜桿鏜削多檔軸孔其余各檔。加工時，從零件兩端頭向中間分多工步進行。圖1是“穿鏜桿法”加工某機體曲軸孔示意圖。

該方法具體操作步驟是先將零件安裝在鏜床工作臺上，在專用鏜桿兩端與安裝導(dǎo)向套位置相臨的刀孔內(nèi)分別安裝1個鏜刀頭，調(diào)整鏜刀頭到加工尺寸后，用螺釘從側(cè)面壓緊；將鏜桿穿入零件多檔軸孔，導(dǎo)向套分別從鏜桿兩端穿入，其內(nèi)徑與鏜桿外徑配合，外徑與零件已加工軸孔配合，調(diào)整機床使其主軸中心與零件軸孔中心重合，然后將鏜桿與機床主軸浮動連接，以兩端已加工軸孔上安裝的導(dǎo)向套為導(dǎo)向，加工零件兩端靠近已加工軸孔側(cè)各一檔孔。加工完后，將鏜桿與機床主軸分離，將導(dǎo)向套分別從鏜桿兩端取出，再將鏜桿與機體軸孔偏離一定距離，保證鏜刀頭不與已加工孔相碰后取出。依此方法重復(fù)以上步驟，直至加工完所有檔軸孔。每次鏜削時鏜桿行程都要大于待加工軸孔長度。如果每次鏜削未加工到孔徑尺寸需調(diào)整刀具徑向尺寸，重復(fù)該步驟直至孔徑尺寸合格為止。

圖1 “穿鏜桿法”加工曲軸孔示意圖

3 “穿鏜桿法”加工技術(shù)應(yīng)用

“穿鏜桿法”軸孔加工技術(shù)首先應(yīng)用于我公司自主研制的某型直列6缸柴油機機體試制上，取得了成功。隨后，在引進MAN公司的2種中速機國產(chǎn)化機體加工中又得到了應(yīng)用，使機體研制周期由通常12個月縮短到5個月，為2種中速機當(dāng)年研制當(dāng)年出產(chǎn)做出貢獻。下面簡單介紹“穿鏜桿法”軸孔加工技術(shù)在某中速機機體研制中的應(yīng)用。

3.1機體軸孔加工技術(shù)要求和工藝裝備

某中速機機體多檔軸孔有3種：曲軸孔、燃油凸輪軸孔及配氣凸輪軸孔。曲軸孔孔徑精度為ⅠT6級，其余2種孔為ⅠT7級。各孔相鄰檔之間同軸度為Φ0.05 mm，軸孔各檔圓度為0.02 mm，粗糙度Ra 2.5。各孔的孔徑相差較大，其中曲軸孔孔徑達Φ168 mm，配氣凸輪軸孔徑孔僅Φ108 mm。各軸孔貫穿零件全長，以直列8缸中速柴油機機體為例，長度達2 500 mm。從機加工技術(shù)的角度講，機體軸孔加工合格與否是該零件試制成敗的關(guān)鍵。

“穿鏜桿法”加工軸孔工藝裝備包括鏜桿、鏜刀頭、導(dǎo)向套、對刀工具及測量器具。鏜桿是穿鏜桿加工法的最重要工具。其上設(shè)置有多個刀孔，刀孔中心通過鏜桿中心，且各刀孔分布在鏜桿軸向的同一截面上，刀孔位置與零件各檔待加工孔位置相對應(yīng)。鏜刀頭按工步規(guī)定裝在鏜桿的相應(yīng)刀孔內(nèi)，刀頭方向一致，調(diào)整鏜刀頭到加工尺寸后，用螺釘從側(cè)面壓緊。導(dǎo)向套起支撐引導(dǎo)作用。其內(nèi)徑與鏜桿外徑配合，其外徑與零件軸孔配合；零件各檔軸孔之間的同軸度要求由軸孔與導(dǎo)向套的配合精度保證。為了對刀準(zhǔn)確和最終檢驗，還設(shè)計了對刀儀、對刀樣件等對刀工具及心軸、樣圈等測量器具，具體詳見表1。

表1 軸孔加工工藝裝備清單

3.2軸孔加工工藝流程

“穿鏜桿法”加工軸孔從本質(zhì)上來說其實是軸孔數(shù)控加工的一種補充工序，因此必須安排在軸孔數(shù)控加工之后。其工藝流程：（1）數(shù)控粗鏜兩端各兩檔孔，（2）粗鏜中間各檔孔，（3）數(shù)控半精、精鏜兩端各兩檔孔，（4）半精鏜中間各檔孔（“穿鏜桿法”），（5）精鏜中間各檔孔（“穿鏜桿法”）。

以上是該中速柴油機機體上的2種凸輪軸孔加工工藝流程。而機體曲軸孔與凸輪軸孔結(jié)構(gòu)不同，它是由機體和安裝在機體軸承座上的軸承蓋形成的，且曲軸孔精度要求更高。因此，曲軸孔加工工藝流程有所區(qū)別。首先安裝軸承蓋前可以銑削曲軸孔半圓代替粗鏜孔，其次半精鏜、精鏜工序之間要重拆裝軸承蓋。曲軸孔加工流程：（1）數(shù)控銑各檔半圓孔；（2）安裝軸承蓋；（3）數(shù)控半精鏜兩端各兩檔孔；（4）粗鏜中間各檔孔；（5）重拆裝軸承蓋；（6）數(shù)控精鏜兩端各兩檔孔；（7）半精鏜中間各檔孔（“穿鏜桿法”）；（8）精鏜中間各檔孔（“穿鏜桿法”）。圖2為采用“穿鏜桿法”加工某柴油機曲軸孔。

圖2 “穿鏜桿法”加工曲軸孔

3.3軸孔加工工藝參數(shù)

切削參數(shù)選擇的好壞不僅影響加工效率，而且影響軸孔的加工質(zhì)量[2]，對“穿鏜桿法”加工軸孔尤為重要。參數(shù)主要有切削速度、切削深度、進給量等，在各種切削參數(shù)不同組合基礎(chǔ)上進行了反復(fù)的切削試驗，確定了最佳切削參數(shù)值，具體詳見表2。

表2 軸孔加工切削參數(shù)表

4 “穿鏜桿法”的技術(shù)問題

該項技術(shù)的特點決定它存在一些固有的技術(shù)問題，如鏜桿變形對加工精度的影響、裝備系統(tǒng)非正常磨損、零件已加工面意外受損等。

4.1導(dǎo)向套的優(yōu)化設(shè)計

導(dǎo)向套尺寸設(shè)計十分重要。導(dǎo)向套與軸孔、鏜桿配合間隙是保證軸孔中間各檔加工尺寸及同軸度的關(guān)鍵。間隙大小的控制應(yīng)滿足以下4方面要求：

（1）滿足導(dǎo)向精度要求；

（2）保證加工時導(dǎo)向套與零件軸孔沒有相對運動，不會引起零件磨損；

（3）保證加工時鏜桿在導(dǎo)向套內(nèi)轉(zhuǎn)動；

（4）保證加工時鏜桿與導(dǎo)向套不咬死。

導(dǎo)向套尺寸主要依據(jù)零件兩端已加工軸孔實際尺寸及鏜桿的外徑尺寸進行設(shè)計，并根據(jù)經(jīng)驗和試驗最終確定。經(jīng)過驗證，導(dǎo)向套內(nèi)徑與鏜桿外徑配合間隙控制在0.020～0.040 mm范圍內(nèi)，可保證導(dǎo)向套與鏜桿之間的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。導(dǎo)向套外徑與已加工軸孔配合間隙控制在0.015～0.025 mm范圍內(nèi)，可保證導(dǎo)向套與零件不產(chǎn)生相對運動[3]。另外，規(guī)定了導(dǎo)向套的強制報廢制度。當(dāng)導(dǎo)向套磨損到極限值時及時報廢，避免導(dǎo)向不準(zhǔn)對軸孔加工質(zhì)量的影響。

4.2加工順序的優(yōu)化

軸孔中間各檔的加工先后順序?qū)C體軸孔加工質(zhì)量影響很大。順序不當(dāng)會使鏜桿受力狀態(tài)變差，造成鏜桿變形增大，影響軸孔的尺寸精度及形位公差。通過對試制階段加工順序的對比，制定了合理的加工規(guī)范。優(yōu)化原則：

（1）各檔軸孔加工順序為從兩端到中間；

（2）導(dǎo)向套盡量靠近待加工孔處；

（3）針對不同長度機體編制不同的加工順序規(guī)范。

4.3其它問題

鐵屑進入導(dǎo)向套與已加工軸孔之間的空隙，或進入導(dǎo)向套與鏜桿之間的空隙，將造成已精加工軸孔損傷、鏜桿導(dǎo)向不準(zhǔn)確、裝備系統(tǒng)非正常磨損等惡果。為此采取了嚴(yán)格的防屑措施，效果良好。

另外，在大型中速機機體加工時，由于鏜桿自重超出導(dǎo)向套承受能力，產(chǎn)生的摩擦力過大造成導(dǎo)向套過熱問題，采取在鏜桿上增加浮動支撐裝置和在導(dǎo)向套上設(shè)置潤滑油道措施加以解決。

5 結(jié)語

在柴油機機體批量生產(chǎn)中“穿鏜桿法”存在加工效率低，勞動強度大缺點，但該技術(shù)以其良好的經(jīng)濟實用性成為新產(chǎn)品試制階段機體軸孔加工的一種好方法。此方法還可應(yīng)用于其它大型箱體類零件多檔軸孔的加工，為社會創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

1李慶壽主編.機床夾具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991.

2吳佳常主編.機械制造工藝學(xué)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992.

3劉巽爾主編.互換性原理與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1988.

A Practical Machining Technique for Cylinder Block Shaft Bores of Diesel Engine

Li Ruijie,Guo Zongbo
（Henan Diesel EngineⅠndustry Co.,Ltd.,Luoyang 471039,China）

A technique for machining the shaft bores of multi-cylinder diesel engine block is introduced,and the application of such technique in machining the cylinder block of engine prototype in particular.The problems and solutions arising from such application are presented.The technique is of much reference in machining large parts of the same kind.

diesel engine,cylinder block,multi-cylinder bores,through boring method, machining technique

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.04.011

來稿日期：2014-05-30

李瑞杰（1965-），男，高級工程師，主要研究方向為大型復(fù)雜箱體類零件高精高效加工工藝。