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曲軸箱氣缸孔數(shù)控加工方法創(chuàng)新淺析

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了曲軸箱氣缸孔數(shù)控加工方法創(chuàng)新淺析范文,希望能給你帶來(lái)靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

曲軸箱氣缸孔數(shù)控加工方法創(chuàng)新淺析

摘要:針對(duì)RK270型柴油機(jī)曲軸箱氣缸孔加工精度要求高、加工難度大等情況,從工件定位、刀具選用、數(shù)控程序編制和切削液選用等多方面進(jìn)行分析、論證和驗(yàn)證,通過(guò)優(yōu)化和改進(jìn),找到了合理的氣缸孔加工方法,保證了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了生產(chǎn)效率,為同類產(chǎn)品加工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞:柴油機(jī);曲軸箱;氣缸孔;數(shù)控加工;方法;實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

1序言

RK270型船用柴油機(jī)的標(biāo)定功率為5500kW,其功率大,質(zhì)量輕,技術(shù)先進(jìn),經(jīng)濟(jì)性好,大修周期長(zhǎng),是國(guó)際先進(jìn)的大功率中速柴油機(jī)。曲軸箱是柴油機(jī)的關(guān)鍵部件,工作時(shí)承受氣體壓力、慣性力及慣性力矩的共同作用,應(yīng)具有高的蠕變強(qiáng)度與持久強(qiáng)度。曲軸箱氣缸軸線V形夾角為45°,每側(cè)分布8個(gè)精密氣缸孔,用于放置氣缸套。氣缸孔位置如圖1所示。氣缸孔作為曲軸箱的重要部位,其加工精度對(duì)柴油機(jī)的工作效率影響很大,柴油機(jī)工作時(shí),活塞環(huán)在氣缸套內(nèi)高速運(yùn)動(dòng),氣缸孔的圓柱度、垂直度、表面粗糙度以及止口的平行度都影響柴油機(jī)的性能。

2氣缸孔加工難點(diǎn)

曲軸箱采用整鑄毛坯,材質(zhì)為球墨鑄鐵,體積大、形狀復(fù)雜,設(shè)計(jì)要求精度高,加工難度大。我公司采用龍門加工中心對(duì)曲軸箱氣缸孔進(jìn)行加工。為了得到高精度氣缸孔,需要克服3個(gè)難題。(1)鏜孔刀具易崩刀使用雙刃鏜刀鏜削氣缸孔特別是氣缸孔二環(huán)時(shí),易產(chǎn)生崩刀問(wèn)題。這是由于鏜孔深度較大,達(dá)到488mm。為防止崩刀,只能采用小的切削深度和進(jìn)給量,從而影響質(zhì)量和效率,故必須采用復(fù)合型專用刀具。(2)數(shù)控機(jī)床控制程序的編制氣缸孔止口銑削后有刀痕,深度尺寸不穩(wěn)定。為充分發(fā)揮龍門加工中心的功能和潛力,必須編制簡(jiǎn)短、有效和安全的加工程序,需要借助R參數(shù)來(lái)編制程序,特別是編制銑削循環(huán)CYCLE903銑削止口,使用變量R給循環(huán)提供參數(shù),以減少編程工作量。(3)裝夾和找正工藝針對(duì)工件體積大、精度高和形狀復(fù)雜的特點(diǎn),必須制定合理的找正工藝流程。

3氣缸孔加工方案關(guān)鍵點(diǎn)分析

曲軸箱的缸臺(tái)面、氣缸孔和定位止口涉及了多個(gè)尺寸、幾何公差,其中包括氣缸孔一環(huán)直徑尺寸304.724+0.076+0mm,二環(huán)直徑尺寸301.549+0.076+0mm,氣缸孔止口深度尺寸0.508+0.076+0mm,曲軸箱缸臺(tái)面至底面止口中心距離927.1-0-0.127mm,是整個(gè)曲軸箱機(jī)體機(jī)械加工的關(guān)鍵控制對(duì)象。圖2為氣缸孔,其與止口之間的尺寸公差、幾何公差要求很嚴(yán)格,氣缸孔表面粗糙度值Ra要求達(dá)到1.6μm,表面不能有振紋,但是使用加長(zhǎng)鏜刀加工氣缸孔二環(huán)時(shí),由于刀具長(zhǎng)度達(dá)530mm,所以加工時(shí)常發(fā)生振動(dòng),影響表面粗糙度,而減小進(jìn)給量則會(huì)降低加工效率。止口的公差要求嚴(yán)格,需要與氣缸孔在一臺(tái)設(shè)備上一次裝夾來(lái)完成,這樣可以解決垂直度、軸向圓跳動(dòng)的問(wèn)題。

4工藝定位方案

在工序定位方式的選擇上,氣缸孔止口深度公差0.076mm、缸臺(tái)面至底面止口中心幾何公差0.127mm等指標(biāo)會(huì)直接影響柴油機(jī)的性能,必須優(yōu)先考慮,因?yàn)閮烧叨寂c底面止口中心存在位置關(guān)聯(lián)。

4.1方案的制定

工藝保證方法主要有兩種,即直接保證和間接保證。兩者之間的區(qū)別是工藝定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)(底面止口中心)是否重合。傳統(tǒng)的工藝是以兩側(cè)面設(shè)定Y軸基準(zhǔn),通過(guò)嚴(yán)格控制工藝尺寸鏈,間接保證重合。而本工藝則是選用底面止口來(lái)確定Y軸基準(zhǔn),利用已精加工完成的底面及底面止口作為本工序的主定位基準(zhǔn),來(lái)保證所需的加工要求。此方法符合工藝基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合的原則,能直接保證氣缸孔對(duì)底面止口中心的垂直度,以及缸臺(tái)面至底面止口中心的位置度等關(guān)鍵質(zhì)量要求,有效提高工件的機(jī)械加工精度。工藝保證方案如圖3所示。

4.2方案的具體實(shí)施方法

采用壓板、螺栓直接找正裝夾的方法,當(dāng)曲軸箱下落到平鐵上方時(shí),向右側(cè)推動(dòng)曲軸箱,將其右側(cè)面緊靠在頂子上,以實(shí)現(xiàn)曲軸箱的粗定位。調(diào)整兩側(cè)的頂子,打表找正側(cè)面的基準(zhǔn),用螺栓、壓板壓緊,此裝夾方法機(jī)動(dòng)靈活性好,可以實(shí)現(xiàn)工件快速定位裝夾。使用3D尋邊器設(shè)定基準(zhǔn)。3D尋邊器(見圖4)是一種高精度、多功能的測(cè)量?jī)x器。用分中法設(shè)定Y軸基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí),首先將3D尋邊器壓在底面止口面上,當(dāng)指針指示為0時(shí),表示機(jī)床主軸軸線與工件邊重合。然后調(diào)用編制的Y軸自動(dòng)分中程序L8882,該程序利用數(shù)控系統(tǒng)程序進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)傳遞的方法,可快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)將測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送給可設(shè)置的零點(diǎn)偏置數(shù)據(jù)區(qū)域,避免了因操作不當(dāng)、誤操作或抄數(shù)錯(cuò)誤等人為因素而影響計(jì)算精度,導(dǎo)致工件零點(diǎn)設(shè)定不準(zhǔn)確,造成不必要的廢品和損失。該程序存放在程序管理目錄下,運(yùn)行該程序完成具有對(duì)稱性的工件原點(diǎn)坐標(biāo)的確定工作將會(huì)十分方便。

5加工方案

5.1氣缸孔的加工

(1)氣缸孔加工方式的選擇為保證氣缸孔一環(huán)、二環(huán)的同軸度,粗、精加工氣缸孔時(shí),采用復(fù)合鏜刀。在加工過(guò)程中,為保證一環(huán)、二環(huán)不產(chǎn)生擾振,鏜桿設(shè)計(jì)時(shí)都考慮脫刀加工,即一環(huán)、二環(huán)刀片不同時(shí)參與切削。同時(shí),為保證氣缸孔的圓柱度要求,鏜桿采用高剛性結(jié)構(gòu),并具有好的動(dòng)平衡性。(2)粗鏜復(fù)合刀具改進(jìn)及切削參數(shù)設(shè)定粗鏜氣缸孔時(shí),由于氣缸孔二環(huán)鑄造毛坯余量太大,定制的粗鏜復(fù)合刀具不能一次完成粗加工,還需要用雙刃鏜刀加工兩次,影響加工效率。根據(jù)用刀經(jīng)驗(yàn),提出了刀具改進(jìn)方案(見圖5),將加工氣缸孔二環(huán)的其中一個(gè)切削刃所在的刀座向刀具中心偏移銑削9mm(見圖5a),在安裝刀夾時(shí),松開鎖緊螺釘(見圖5b),轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺釘,將該切削刃向進(jìn)給切削方向調(diào)長(zhǎng)1mm,再擰緊鎖緊螺釘,這樣可以增加切削深度9mm。經(jīng)過(guò)改進(jìn),粗加工氣缸孔可一次完成。針對(duì)新鏜刀的特點(diǎn),采用不同加工參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),最終確定加工參數(shù):切削速度vc=113m/min,進(jìn)給量f=0.25mm/r;切削深度為不可控量,未調(diào)整。由于新刀具在多方面采取防振措施,提高了加工過(guò)程的穩(wěn)定性,所以基本上杜絕了刀片的異常破損,從而減少了換刀次數(shù),提高了設(shè)備開動(dòng)率。(3)氣缸孔的精加工精鏜復(fù)合刀具包括刀體和精鏜單元,將刀體安裝在過(guò)定位刀柄上。過(guò)定位刀柄是一種靠錐面和端面同時(shí)定位的刀具系統(tǒng),相對(duì)于僅靠錐面定位的傳統(tǒng)刀具系統(tǒng),該刀柄具有剛性好、靜剛性和動(dòng)剛性高的特點(diǎn);采用精鏜單元是因?yàn)槠渚哂懈呔取ⅹ?dú)立性和高穩(wěn)定性等特點(diǎn),其中的獨(dú)立性就是指不容易受刀體制造精度的影響。在對(duì)精鏜復(fù)合刀具進(jìn)行各種參數(shù)試驗(yàn)后,將切削參數(shù)確定為:切削速度vc=190m/min,換算出轉(zhuǎn)速n=198r/min,進(jìn)給速度vf=59mm/min。采用這些參數(shù)后,刀具使用壽命明顯提高。

5.2止口的精加工

(1)止口深度要求的重要性止口相對(duì)缸臺(tái)面的平行度對(duì)其深度公差控制的影響很大,一般工藝設(shè)計(jì)均將精銑缸臺(tái)面與精加工止口集成在一次裝夾下完成,盡量消除重復(fù)定位帶來(lái)的累積誤差。止口深度公差要求很嚴(yán),主要是產(chǎn)品對(duì)缸套安裝后,相對(duì)曲軸箱缸臺(tái)面的凸盈量有嚴(yán)格的要求,若達(dá)不到要求,柴油機(jī)工作時(shí)就可能發(fā)生竄氣等嚴(yán)重后果。(2)加工方法的選擇為保證止口與氣缸孔的垂直度,止口的精加工采用銑削加工,軸向切削力小,排屑條件好,切削穩(wěn)定。為了避免出現(xiàn)刀痕,不采用直進(jìn)法,而采用圓弧切入法,使用變量R參數(shù)編制銑削循環(huán)CYCLE903,便于主程序調(diào)用,通過(guò)修改R參數(shù)來(lái)增強(qiáng)數(shù)控程序的通用性。該銑削循環(huán)不使用刀具半徑補(bǔ)償,采用“1/4圓法”[2],可以在任意一個(gè)主程序中調(diào)用和執(zhí)行。如果主程序中輸入的刀具半徑大于被加工孔的半徑,則會(huì)產(chǎn)生故障報(bào)警,循環(huán)不執(zhí)行。

5.3切削液的合理使用

為了提高氣缸孔的加工質(zhì)量和刀具壽命,鏜孔時(shí)必須使用切削液進(jìn)行濕式加工,使切削液及時(shí)滲透到切削刃上,消除切削熱量,抑制積屑瘤,減少切削刃磨損,保證刀具在良好的潤(rùn)滑狀態(tài)下進(jìn)行切削,使切屑能順利排出,進(jìn)一步降低工件加工表面的表面粗糙度值。

6氣缸孔加工方法的實(shí)施效果

按原工藝使用雙刃粗鏜刀和單刃精鏜刀加工一臺(tái)曲軸箱氣缸孔的工時(shí)為11.88h,按新工藝使用粗、精復(fù)合鏜刀加工一臺(tái)曲軸箱氣缸孔的工時(shí)為3.87h,加工時(shí)間減少了約8h。使用復(fù)合鏜刀不僅提升了加工質(zhì)量,還提高了2倍多的生產(chǎn)效率。

7結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)氣缸孔加工方法的創(chuàng)新和實(shí)踐,總結(jié)有以下收獲。(1)定位基準(zhǔn)的重要性利用已精加工完成的底面及底面止口作為主定位基準(zhǔn),符合工藝基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合的原則,能保證氣缸孔垂直度以及缸臺(tái)面、止口幾何公差等關(guān)鍵質(zhì)量要求。(2)刀具選擇的專業(yè)性采用粗、精鏜復(fù)合刀具能有效提高生產(chǎn)效率,過(guò)定位刀柄提高了刀具的剛性,使氣缸孔的表面質(zhì)量得到了提升。(3)程序編制的通用性采用R參數(shù)編制了銑削循環(huán)、自動(dòng)分中程序和精基準(zhǔn)自動(dòng)輸入程序,提高了程序的通用性[3],將程序存儲(chǔ)于各個(gè)機(jī)床的程序目錄下,可以隨時(shí)調(diào)用。實(shí)踐證明,氣缸孔加工和操作方法可以應(yīng)用于其他柴油機(jī)氣缸孔及曲軸孔等部位的加工,為公司新型內(nèi)燃機(jī)車、船用柴油機(jī)等產(chǎn)品的工藝開發(fā)提供了參考,值得推廣和借鑒。

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作者:萬(wàn)傳廣 張雪紅 叢明 單位:中車大連機(jī)車車輛有限公司

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