■陜西柴油機重工有限公司（興平 713105）

虎臣

1.技術(shù)方案

我公司是生產(chǎn)船用柴油機的專業(yè)廠家，在柴油機機身的生產(chǎn)過程中，柴油機活塞運行的汽缸孔是柴油機機身（或稱為機體）加工的關(guān)鍵要素，在機械加工中必須重點控制。單個缸孔的加工要素多，使用的刀具數(shù)量多，加工時換刀次數(shù)多，而且單臺機身缸孔的數(shù)量最少5個（一般直列機為5～9個，V型機12～20個），導(dǎo)致機身的缸孔加工周期長。為了提高機身的出產(chǎn)效率，提出缸孔的成組加工方法，將缸孔的加工只分為粗加工和精加工，僅用兩把組合刀具就完成了機身缸孔的加工。目前該方法適用缸徑≤350mm的機身。

2.技術(shù)方案分析

機身氣缸孔和油泵孔的加工要素比較多，以氣缸孔為例分析，一般需要控制精度的尺寸最少有3個，需要加工尺寸最少有6處：上缸孔止口、上缸孔及下缸孔的尺寸精度為IT6～IT7級，表面粗糙度值Ra=1.6～3.2μm；上下缸孔倒角一般在15°～45°；止口過渡圓角（R=1～3mm）等。以某型機的機身缸孔為例，其加工要素如圖1所示，必須保證的高精度尺寸有3個（φ275H7、φ248H7和φ242H7），其次保證φ240.5mm、15°倒角2處，1.5mm×45°倒角1處，R1.6mm過渡圓角，最后還需保證形位公差等技術(shù)要求。

常規(guī)的加工工藝：粗鏜→半精鏜→精鏜，且準備的刀具數(shù)量也多，一個加工要素最少需要2把刀具，機床最少需要換2次刀，才能完成一種尺寸的加工。按缸孔最少6個加工要素計算，最少換12次刀具；頻繁的換刀增加機床輔助時間，提高了加工成本；如果刀具的長度超出了機床自身刀庫的允許長度，只能采用手動換刀，有時還會增加不必要的找正時間，導(dǎo)致輔助時間增加。刀具數(shù)量的增加無疑是不能降低加工成本、提升產(chǎn)量的，而必要的手動換刀為質(zhì)量事故埋下了安全隱患，更不利于保證機身缸孔加工形位公差，成為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瓶頸。

圖1 機身缸孔視圖

目前國內(nèi)同行業(yè)中雖然也采用了組合鏜刀，但采用錐柄定位拉緊，單把刀具只是2～3個加工要素的組合，以缸孔為例，最少也需要3～4把刀具才能完成一個缸孔的完整加工，且刀柄必須采用特殊過定位式刀柄，即雙面接觸（簡稱：BIG PLUS）。

3 .成組加工方法的應(yīng)用

本方法運用成組技術(shù)分析理論，以組合鏜刀為加工基礎(chǔ)，經(jīng)過對過定位刀柄原理的分析研究，一般刀具與機床聯(lián)接的錐柄（ISO 60或ISO 50），由目前常用7∶24的錐柄形式（DIN69871）改為錐柄心軸（其刀柄錐度為7∶24、柄部心軸直徑60mm）定位、標準法蘭聯(lián)接（法蘭孔φ177.8mm），這樣可減少因鏜刀長徑比過大而引起的被加工孔圓柱度和圓度超差，如圖2所示，常用的標準鏜刀采用7∶24錐柄定位，刀柄上拉釘與機床主軸拉緊以鎖緊刀具，刀具鏜孔質(zhì)量受懸伸（L）和鏜孔直徑（D）之比（L/D）的限制，一般不能超過4×D，且一次只能加工一個要素。新方法采用粗、精鏜孔加工分開，兩把刀具加工10個被加工要素，采用刀柄心軸定位，刀柄心軸先于機床主軸，利用拉釘鎖緊定位，刀柄心軸與組合鏜刀利用心軸定位（心軸直徑60mm），組合鏜刀上的法蘭螺栓孔與機床主軸端面的采用端面配研、螺栓鎖緊，利用主軸端面兩個對稱鍵塊傳遞轉(zhuǎn)矩。

圖2

將機身的缸孔加工分為粗鏜和精鏜兩道工序，僅需粗加工組合鏜刀和精加工組合鏜刀兩把刀具就能完成，如圖3所示。

圖3

粗組合鏜刀上的所有刀夾在軸向上是一個方向，且在一條直線上，設(shè)計時是有精確要求的；徑向上是對稱分部，刀夾的在刀體上的軸向分部與所要加工孔的軸向尺寸有關(guān)，一般采用的原則是防振、重切削及對稱刀夾切深余量均勻；加工時一次進刀，根據(jù)實際情況調(diào)整轉(zhuǎn)速和進給，操作簡單，適用于批量生產(chǎn)。

精組合鏜刀上的所有精鏜頭在軸向上是一個方向，盡量設(shè)計在一條直線上，精鏜頭的上下分部間距與所要加工孔的軸向尺寸有關(guān)，一般采用的原則是防振、輕切削及所用精鏜頭切深余量均勻，精鏜頭根據(jù)實際可調(diào)整（調(diào)整精度0.002mm）；加工時一次進刀，根據(jù)實際情況調(diào)整轉(zhuǎn)速和進給，操作簡單，適用于批量生產(chǎn)。

若缸孔的止口過大，半徑方向的切深超過5mm，如圖1所示φ275H7與φ248H7的過渡面形位公差有要求且有R=1.6mm的過渡圓角，可增加一把粗精復(fù)合銑刀即可。在缸孔加工完后，不換加工設(shè)備（或調(diào)換加工設(shè)備，基準統(tǒng)一，兩次找正機身），更換粗精復(fù)合銑刀，找正調(diào)整刀具，進行插補銑削。

4.該方法的關(guān)鍵控制點

采用成組技術(shù)，將機身缸孔加工要素進行分類、組合、計算，將所有加工要素進行逐一分析，合理地分配到粗加工組合鏜刀和精加工組合鏜刀，一般將加工倒角的刀夾和粗加工刀夾組合到一把鏜刀上（即粗組合鏜刀）；將精鏜孔鏜頭組合到一把鏜刀上（即精組合鏜刀），刀夾和精鏜頭在相應(yīng)刀體上的布置，必須平衡切削抗力，減少刀具振動，確保缸孔加工質(zhì)量前提，特殊情況下某個倒角刀夾無法在粗加工刀體上布置，可布置在精加工刀體上，但軸向位置必須避開與精鏜頭同時切削。

（1）機身氣缸孔加工前，首先要加工出機身長度、寬度、高度三個方向（一般長度方向為機身齒輪安裝端面、寬度為機身基準側(cè)面，高度為機身底面，一般原則是基準與圖樣設(shè)計基準一致，不一致時，必須在本工序的上道工序中加工出工藝基準）上的基準，且在長度和寬度方向要設(shè)計快速定位工裝，一般采用的快速定位夾緊找正基準都是與氣缸孔有重要關(guān)系的，且已精加工過的表面在長度方向上采用機身齒輪安裝端面，寬度方向上采用機身凸輪軸孔側(cè)面，確保同型機身基準統(tǒng)一。

同型號機身的加工余量及基準必須是統(tǒng)一的，避免基準不統(tǒng)一誤差，減少兩次找正的時間，粗鏜加工余量一般控制在5mm左右，精鏜加工余量一般控制在0.25mm。

（2）防止機身氣缸孔的圓柱度超差，本方法的前提條件是加工所用機床為數(shù)控龍門鏜銑床，氣缸孔采用立式加工；機床的主軸方滑枕（Y軸）在切削加工中不能有較大的移動距離，距離越大，上下缸孔的不同軸度越大；采用機床橫梁（Y軸）固定“鎖死”，主軸方滑枕（Z軸）上下滑動切削進給，工作臺（X軸）移動逐個加工汽缸孔。

圖4

（3）防止缸孔的圓度超差，降低刀具的制作成本，將需要采用的過定位機床主軸和刀具（雙面接觸BIG PLUS），改變成采用標準錐度心軸，結(jié)合標準法蘭聯(lián)接，本方法采用錐度為ISO 60、圓柱心軸為φ60g5（見圖4）。組合鏜刀與機床聯(lián)接以法蘭聯(lián)接，法蘭孔φ177.8mm、定位孔φ60mm（見圖5）。但必須在方便組合鏜刀安裝前提下，裝配保證錐度心軸φ60mm與組合鏜刀的φ60mm定位孔最大間隙不超過0.03mm。將組合鏜刀與機床主軸的結(jié)合面進行刮研，通過增大貼合度，增加刀具的剛性，一般貼合度控制在75%以上。

圖5

（4）防止組合鏜刀加工振刀，必須合理地進行刀夾的布置、倒角刀夾的分配。刀夾和精鏜刀頭示意圖如圖6所示。

圖6

經(jīng)過統(tǒng)計，目前缸孔的倒角有45°、30°、15°，徑向抗力最大的為15°和30°刀夾，以圖1所示的缸孔為例（上缸孔15°、45°，下缸孔15°），三個倒角不能在同一把組合鏜刀上，只能將上缸孔15°和下缸孔15°倒角放在粗鏜刀上，倒角刀夾與粗鏜刀夾不能同時參與切削。

上缸孔45°倒角刀布置在精鏜組合刀上，但也不能與三個精鏜刀同時參與切削。以圖1所示的缸孔為例，加工用粗組合鏜刀上有5個刀夾，其中兩個是15°的倒角刀夾；精組合鏜刀上有4個刀夾，其中1個是15°的倒角刀夾、3個精鏜刀夾，確保缸孔一次成形。注意：刀夾因廠家不同，其外形及安裝尺寸不同。

本方法采用的粗組合鏜刀的最大調(diào)整量在4mm以內(nèi)，通過刀夾尾部微調(diào)螺釘?shù)恼{(diào)整，可以適用缸孔余量不均吃刀量過大而引起的振刀或刀具損壞；精組合鏜刀的最小調(diào)整量為0.002mm，通過對微調(diào)刀頭的調(diào)節(jié)，達到對缸孔圓柱度的精細控制。

以下操作步驟前提是粗、精組合鏜刀都在樣件上進行過試加工，具體操作如下：

第一步，刀柄心軸與機床主軸利用拉釘鎖緊，組合鏜刀與主軸利用已鎖緊的刀柄心軸上圓柱心軸為φ60H6/g5配合定位，機床主軸端面的轉(zhuǎn)矩鍵與組合鏜刀鍵槽配合，鎖緊組合鏜刀法蘭上4個螺栓。

第二步，按照數(shù)控機床的常用鏜孔方法，找正機身定位工裝的X、Y、Z三個方向，確定機身缸孔鏜削三個方向的相對零點，鎖緊工裝。

第三步，將機身在定位工裝上裝夾好，按照數(shù)控機床的鏜孔常用方法，在機身第一缸孔進行試鏜，根據(jù)加工情況微量調(diào)整刀夾徑向尺寸（粗組合鏜刀可對每個刀夾進行一個加工尺寸兩個方向上的調(diào)整，根據(jù)刀夾切深均勻的原則，進行4mm的調(diào)整；精組合鏜刀只能在徑向上調(diào)整，調(diào)整量為0.002～5mm），第一缸鏜完后經(jīng)行測量，尺寸精度和質(zhì)量是否滿足工藝要求。特別注意：精組合鏜刀加工是不能一次加工到尺寸的，必須預(yù)留余量，第一次試加工完，檢測沒有問題后，調(diào)整精鏜頭至工藝要求尺寸進行加工（特殊情況下，可進行3次調(diào)整，確保沒有失誤）。

第四步，第一缸鏜完后，對機身進行逐缸加工，粗加工完后，再更換刀具進行精加工（特別注意：精加工時要根據(jù)刀片的壽命和加工實際情況及時更換刀片，避免刀片磨損而出現(xiàn)的質(zhì)量事故）。若機床采用雙主軸龍門鏜銑，那么刀具一次裝夾、批量加工機身的效率可想而知。

采用的組合鏜刀要注意平衡，刀具要進行靜平衡和動平衡試驗（其試驗的方法和要求與刀具的實際尺寸長度和直徑有關(guān)），其精度越高的刀具平衡性要求越高，缸孔的圓度和表面質(zhì)量越好，反之越差；刀具的自身質(zhì)量要控制，根據(jù)機床主軸的承受能力適當去重或改變刀具材料（刀具自重不能超過實際切削機床主軸在旋轉(zhuǎn)加工時所能承受的拉緊負載，一般機床主軸標有主軸的刀柄拉緊力、額定轉(zhuǎn)速及功率下所能承載的最大刀具質(zhì)量）。將刀具設(shè)計成對稱形狀，中間去重孔為橢圓形對稱孔，即達到去重目的，有效降低刀具的自重。如果機床主軸承重有限，則可采用鋁合金材料，避免刀具過重而引起主軸損傷。

5.使用效果

成組加工方法適用于批量生產(chǎn)，降低了缸孔加工時間，減少了刀具數(shù)量，避免因重復(fù)換刀而引起二次找正誤差，降低了柴油機機身的制造成本；提高了被加工零件孔的同軸度，一般能將機身上缸孔與下缸孔的同軸度控制在0.03mm以內(nèi)；操作簡便，粗鏜（或倒角）刀夾調(diào)節(jié)尺寸方便，尤其是精加工時精鏜刀夾的調(diào)節(jié)最小可以控制在0.002mm；易于推廣，在加工機身汽缸孔上廣泛應(yīng)用的同時，還可推廣到機身油泵孔等同類型孔的加工。