孫亞杰

(二重(鎮(zhèn)江)重型裝備有限責任公司，江蘇212000)

在船用中速柴油機制造過程中，機體為整體箱體式結構，采用倒掛式主軸承，并用主軸承螺栓和機體兩側橫向拉桿螺栓將主軸承蓋與機體連為一體，具有很高的剛度和強度。機體材料一般采用球墨鑄鐵或灰鑄鐵材料鑄成。機體體積大，具有復雜的型腔結構，各處壁厚不均勻，屬大型復雜箱體類零件，加工難度大。它不但承載著氣缸套、氣缸蓋、前端箱、后端箱等固定件和曲軸、凸輪軸、連桿、活塞等運動件的重量，而且還要保證這些部件正常運動的相互位置關系，以及在柴油機連續(xù)工作狀態(tài)下，機體所承受的燃燒爆發(fā)沖擊力和曲軸運動的慣性力。所以，主軸承孔、噴油凸輪軸孔和進排氣凸輪軸孔這三路孔的加工精度直接影響著這臺柴油機的質量、性能和使用壽命。

1 機體三路孔分析

1.1 主軸承孔

(a)主視圖

1.2 噴油凸輪軸孔

圖2 機體噴油凸輪軸孔主視圖Figure 2 Oil camshaft bore of block

1.3 進排氣凸輪軸孔

圖3 機體進排氣凸輪軸孔主視圖Figure 3 Inlet and exhaust camshaft bore of block

同時在飛輪端面，三路孔與兩過橋齒輪孔之間存在一定位置關系，它們之間的距離公差只有0.1 mm，機體三路孔與過橋齒輪孔位置關系如圖4所示。

圖4 機體三路孔與過橋齒輪孔位置關系圖Figure 4 Position relationship of block three-way hole and bridge gearing hole

2 機體三路孔加工機床分析

在該機體的加工過程中，三路孔的加工在數(shù)控落地鏜銑床HFB-180上進行加工。

2.1 旋轉工作臺(B軸)分析

數(shù)控落地鏜銑床HFB-180旋轉工作臺尺寸2500 mm×3500 mm；最小旋轉精度0.001°；行程(V軸)2000 mm；最大承重35000 kg。

在對該機床精度檢測中發(fā)現(xiàn)旋轉工作臺4×90°方向不能準確定位：順時針90°方向最大誤差為0.002°；180°方向最大誤差為0.003°；270°方向最大誤差為0.001°；且以上誤差均不穩(wěn)定，但旋轉工作臺每次回零點后(即0°方向)都能準確定位。

2.2 專用附件頭分析

在加工7L27/38機體時，采用兩只專用附件頭(ATT-L1000和ATT-L800)進行三路孔的粗、半精、精鏜孔加工。使用中發(fā)現(xiàn)：附件頭在使用過程中隨著升溫引起長度方向的參數(shù)變化，具體如圖5所示。

圖5 附件頭運行時間與Z軸伸長量變化曲線圖Figure 5 Curve of operation time and elongation amount variety on Z axis of accessory head

3 三路孔加工方案確定

3.1 加工難點分析

(1)由于L27/38型柴油機機體體積、重量都比較大，結構復雜，壁厚不均勻，在裝夾過程中易變形，在這種情況下，最好一次裝夾加工完三路孔和過橋齒輪孔，但是，由于機體本身結構以及附件頭尺寸的限制，只能采用兩次裝夾完成。

(2)數(shù)控落地鏜銑床HFB-180旋轉工作臺在4×90°四個方向上定位不準，而且有時候偏差很大，給加工三路孔帶來困難，假設在180°方向偏差0.003°，那么在3000 mm距離上，與定位準確時的平行度比超過0.15 mm，造成加工難點。

(3)三路孔專用附件頭都隨著主軸的轉動升溫而伸長，對于主軸承孔進行粗加工、半精加工、精加工的時間分別約為：40 min、40 min、65 min。按照理論推算，附件頭ATT-L1000要伸長0.14 mm。加工凸輪軸孔亦如此。按照這種情況，即使機床旋轉工作臺定位準確，找正主軸承孔建立坐標系后，對凸輪軸孔鏜削后，不可能保證三路孔的位置度在?0.1 mm內。另外，附件頭BT50刀柄安裝孔軸線與Z軸的垂直度為0.02～0.03 mm，對裝在附件頭上百分表準確地找正三路孔建立坐標系帶來麻煩。

3.2 具體加工操作方法

根據(jù)上面所述的加工難點，分兩次裝夾來完成三路孔的加工。

3.2.1 第一次裝夾

已精加工的排氣側面貼在六個均勻分布的等高墊上支撐整個機體，等高墊要盡可能地支撐在機體壁厚、不易變形的部位，并使每個等高墊受力均勻，底面朝主軸，見圖6。

圖6 機體第一次裝夾加工圖Figure 6 Block machining at first clamping

(1)裝夾并建立坐標系：因為X軸與工作臺平面的平行度在0.02 mm/3500 mm以內，所以機體放上去后，在半壓緊狀態(tài)下，找平底面相對X軸的平行度在0.01 mm/3000 mm以內，壓緊壓板。測量頂面到底面的距離，確定底面余量，建立工件底面坐標系。

(2)粗、半精、精鏜主軸承孔?262H6：由于附件頭在加工過程中伸長，從開始粗鏜孔到精鏜結束，可能造成孔中心位置發(fā)生變化，底面到主軸承孔的距離很難控制在530 mm±0.08 mm，另外，根據(jù)附件頭伸長曲線(圖5)，隨著粗加工、半精加工升溫后附件頭伸長變得緩慢，為了保證孔的表面粗糙度Ra=2.5 μm，精鏜孔時間不能過短，參數(shù)設定為：轉速為200 r/min，進給量為15 mm/min，精鏜孔時間大約為65 min。從前端到飛輪端精鏜主軸承孔后，孔中心線與底面的平行度為(0.04～0.05) mm/3428 mm滿足公差0.05 mm/2500 mm。

(3)精銑底面：在精鏜完主軸承孔后，換精面銑刀，旋轉附件頭至刀面對著A面(圖6)，精銑A面約去除余量0.2～0.3 mm，此面與主軸承孔中心平行，以便下次裝夾找正用。

3.2.2 第二次裝夾

已精加工的底面貼在六個均勻分布的等高墊上裝夾，找正A面，夾緊。操作側面朝向主軸，如圖7所示。

圖7 機體第二次裝夾操作側朝向主軸位置加工圖Figure 7 Machining of operation side toward to main shaft at secondary block clamping

(1)裝夾并建立坐標系：在裝夾機體前，先在主軸上吸百分表檢查六個等高墊的平面度在0.01 mm以內，放上機體，機體重心盡量在工作臺的中心，半壓緊狀態(tài)下，找平A面，壓緊壓板。

(2)精銑前端面和飛輪端面：考慮到主軸承孔中心線與底面的平行度為(0.04～0.05) mm/3428 mm，又因為底面與機床Y軸垂直度在0.01 mm之內，所以，精銑完的兩端面與主軸承孔中心線在豎直方向的垂直度滿足0.08 mm/1630 mm。精銑前端面是在工作臺轉到90°方向進行的，此方向上的最大定位偏差為0.002°，通過理論計算，在前端面橫向1370 mm長的距離上，與主軸承孔中心線在橫向的垂直度為0.048 mm/1370 mm，滿足垂直度0.08 mm。同理，精銑飛輪端面也滿足垂直度要求。換精銑刀，建工件坐標系，精銑至要求。

(3)粗、精鏜靠飛輪端一檔噴油凸輪軸孔、進排氣凸輪軸孔和兩過橋齒輪孔：一方面，由于附件頭ATT-L800在鏜孔過程中會伸長，造成三路孔的位置度很難保證；另一方面，附件頭從兩側面窗口伸進主軸承孔中心找正，由于附件頭尺寸限制，機體應剛好放在工作臺的中心，對裝夾和找正帶來困難。所以，從飛輪端(即工作臺270°方向)加工靠近飛輪一端的檔噴油凸輪軸孔?215H6、進排氣凸輪軸孔?190H6和兩過橋齒輪孔?70H7。

機體轉至飛輪端，機床主軸(W軸)伸出600 mm(由于主軸伸得太長，會造成主軸鼻端下垂，但在左右方向不會有太大變化)，分別找正靠飛輪端的相鄰三檔主軸承孔，左右兩側母線與Z軸的平行度在0.01 mm內(如果不在0.01 mm內，工作臺每0.001°旋轉進行調整)。主軸(W軸)縮回至200 mm，找正最外端主軸承中心孔，建立飛輪端面坐標系，粗、精鏜靠近飛輪一端的檔噴油凸輪軸孔、進排氣凸輪軸孔和兩過橋齒輪孔至尺寸。通過檢查，在飛輪端面上三路孔與兩過橋齒輪孔間的位置公差在0.03 mm內。

(4)粗、精鏜其它噴油凸輪軸孔?215H6、進排氣凸輪軸孔?190H6。

機體轉至操作側(即旋轉工作臺回0°方向，見圖8)，因為工作臺回零點后，定位精度可以保證，A面與X軸平行度在0.01 mm以內。調附件頭ATT-L800，附件頭轉至270°，在附件頭BT50錐孔上裝杠分表，為了減小找正誤差，杠分表的長度盡可能與?215H6精鏜刀的長度相等，附件頭從操作側窗口進入，找正靠飛輪端一檔噴油凸輪軸孔?215H6中心，建立操作側坐標系，從飛輪端到前端粗、半精鏜其它噴油凸輪軸孔至?214.7 mm。換杠分表，再次找正靠飛輪端一檔噴油凸輪軸孔?215H6中心，因為附件重負荷切削后急速升溫，導致附件頭伸長，如果此時精鏜孔，其孔的位置已經(jīng)與建立坐標系時的坐標值發(fā)生變化，這樣就會影響整路孔的同軸度要求，又因為粗、半精鏜孔時相當于附件頭預熱，根據(jù)附件頭伸長曲線(見圖5)，預熱后伸長變得平緩，這樣既可以減小誤差，又可以節(jié)省時間。找正后，換精鏜刀，按相同方向一路鏜孔。根據(jù)數(shù)控程序中的時間控制，粗、半精鏜的時間共約60 min，精鏜孔的時間約為40 min，按附件頭伸長曲線可以推斷整路孔的同軸度在0.04 mm之內。測量噴油凸輪軸孔?215H6與滾輪座面的距離，確定滾輪座面余量，換?250 mm精銑刀，附件頭轉至0°，精銑滾輪座面滿足255 mm±0.08 mm，平面度滿足0.05 mm/2500 mm。

圖8 機體第二次裝夾排氣側朝向主軸位置加工圖Figure 8 Machining of exhaust side toward to main shaft at secondary block clamping

機體轉至排氣側(即旋轉工作臺回180°方向，見圖8)，工作臺轉至180°后，定位精度無法保證，由于附件頭長度的限制，在附件頭頂端吸百分表，從前端和飛輪端找主軸承孔左右母線(最低點)與X軸平行，同時每0.001°調整旋轉工作臺，直到主軸承孔中心線與X軸平行度在0.02 mm之內。按加工噴油凸輪軸孔?215H6的方法加工進排氣凸輪軸孔?190H6至要求。

4 檢測數(shù)據(jù)分析

按此方法加工后，采用同軸度測量儀對三路孔進行測量，其數(shù)據(jù)如表1。

表1 三路孔測量偏差值(單位：mm)Table 1 Three-way hole measurement deviation value (Unit: mm)

從表1中數(shù)據(jù)分析可知，無論是主軸承孔還是噴油凸輪軸孔、進排氣凸輪軸孔，都滿足相鄰兩檔位置度0.05 mm、任意相鄰三檔位置度0.1 mm的圖紙要求。

5 結語

這種在非高精度臥式數(shù)控鏜銑床上加工機體三路孔的方法，是通過多次試加工的經(jīng)驗總結出來的。這種三路孔的加工方法既解決了旋轉工作臺重復定位不準，又有效地縮小了附件頭升溫伸長引起的加工誤差。把附件頭的預熱放在粗加工時完成，再重新校正坐標系，這樣，既減少了預熱時間，又保證了精度要求，提高了效率和質量，保證了機體三路孔的加工要求。