发动机机体两端面孔工艺的改进方法

国际金属加工网 2016年11月28日

发动机机体的前后端面的大部分孔和缸孔不仅本身有较高的尺寸精度、几何形状精度、表面粗糙度要求,而且还有较高的位置精度和同轴度要求,如果主轴承孔的同轴度达不到要求,将会使曲轴无法正常运转,如果相关联孔的中心距偏差较大,或两孔中心线不平行,就会影响齿轮的啮合质量,最后导致发动机的噪音过大。为使柴油机有优良的性能和使用寿命,必须有良好的制造精度。为保证各安装零件问正确的相互位置和配合精度,必须采用高精度的专用机床

原加工两端面七孔,以下平面与两定位销孔定位,利用两轴镗专机镗主轴孔、凸轮底孔;用摇臂钻加工前后端面定位孔;以两端面与钻模定位、镗后油封挡板定位孔与惰轮孔;以下平面与定位销孔定位加工,分别在5道工序内完成。这样工序分散,气缸体采用了多个基准面定位,使得孔与孔之间的位置度要求很难得到保证,且生产成本高,产品质量不稳定,且工序加工时间长,劳动强度大。为此,在分析发动机机体两端面孔加工工艺的基础上,设计了七轴组合镗床

1 零件的结构分析与加工难点

(1)零件的结构分析

图1所示为4110柴油机机体镗铰主轴孔、凸轮轴衬套孔工序简图,机体两端面孔的尺寸及精度要求见表1。

(2)加工难点分析

柴油机机体零件的材料为HT250,硬度为HBSl87~255,机体两侧面各孔的尺寸精度、位置精度要求高,特别是机体凸轮轴轴瓦孔圆柱度允差0.008 mm,且凸轮轴轴瓦孔在588.88 mm长度上同轴度允差仅φ0.025 mm、同轴度φ0.025 mm、与主轴孔的平行度φ0.06 mm以及粗糙度Ra0.8等要求难于控制,前端面定位孔、后端面定位孔、惰轮孔及后端油封挡板定位孔对主轴孔的位置精度也是机体加工难点之一。

2 加工工艺分析

2.1 主轴孔和凸轮轴孔的加工工艺

(1)粗镗主轴孔和凸轮轴孔,主轴孔镗至5-φ(91±0.1)mm,粗糙度为Ra6.3,同轴度为φ0.05 mm。凸轮轴底孔镗至5-φ63.30 mm,粗糙度为Ra6.3,同轴度为φ0.1mm,与主轴孔平行度φ0.1mm,在两轴组合镗床上一道工序进行。

(2)半精镗主轴孔和凸轮轴孔,主轴孔镗至5-φ91.65 mm,粗糙度为Ra3.2,同轴度为φ0.025mm;圆柱度为φ0.0lmm,与底平面的平行度为0.05mm。凸轮轴底孔镗至5-φ64.18 mm,粗糙度为Ra3.2,同轴度为φ0.03mm,与主轴孔平行度φ0.06mm,圆柱度为φ0.01mm。在两轴组合精镗床上一道工序完成。

(3)精镗主轴孔和凸轮轴孔,主轴孔镗至5-φ(92.065±0.01) mm,粗糙度为Ra1.6,同轴度为φ0.025mm;圆柱度为φ0.005mm。凸轮轴衬套孔镗至5-φ60.744 mm,粗糙度为Ral.6,同轴度为φ0.025mm,与主轴孔平行度φO.06mm,圆柱度为φO.008 mm。在七轴组合镗床上一道工序完成。

2.2 惰轮孔的工艺路线

首先在组合钻床上将惰轮孔利用专用刀具钻至φ49.5 mm,然后在七轴组合镗床精镗至φ50.777 mm。

2.3 后端面油封挡板定位孔、前后端面定位孔工艺路线

在组合钻床上将后端面油封挡板定位孔、前后端面定位孔进行钻孔,然后在七轴组合镗床上进行精镗后端面油封挡板定位孔和铰前后端面定位孔达要求。

精加主轴孔、凸轮轴衬套孔、惰轮孔后端面油封挡板定位孔、前后端面定位孔进行钻孔安排在一道工序在七轴组合镗床上进行,排除了工件多次定位产生的定位误差,大大减少了孔距精度的影响因素。

3 机体两端面孔加工多轴镗床

(1)机床总体设计方案

该组合机床(见图2)采用卧式双面配置,固定式夹具,镗杆采用多层精密导向,以达到较高的加工精度。主机外形轮廓尺寸为4595mm×900mm×l630mm,左右端液压滑台分别采用HY32一IHY50B型,动力箱输出转速485r/min,左右端工作行程分别为400mm和1000mm,加工时间3-4 min。通过液压制动系统来控制自动进退刀,定位采用手动伸缩式定位销,主轴孔镗刀杆采用液压油缸支承,能根据镗刀杆直径大小(下同),自动调节支承的高度。

(2)机床的工作循环

工件吊于夹具的让刀位置→按电源开关,左侧滑台快进(主轴不转)→用手将工件推至定位位置,手动插销定位并夹紧→左侧主轴箱主轴周向定位脱开,主轴旋转后左侧滑台工进,带动镗铰刀进行切削加工→冷却系统启动→工进到位,死挡铁停留,主轴停转,延时2-5 s主轴自动定位(电控自动)→右侧滑台快进→右侧主轴旋转后滑台工进,带动镗铰刀进行切削加工→工进到位,死挡铁停留,主轴停转,冷却系统停止,延时2-5s主轴自动定位(电控自动)→右侧滑台快退,停止→手动拔销,松夹推工件让刀→右侧滑台快退(手控),到位停止吊下工件。图3为机床工作循环进给图。

(3)高精度的镗模

镗模夹具如图4所示,导向支承孔装有高精度的滚子轴承,曲轴轴瓦孔加工与凸轮轴轴瓦孔加工的前、后镗架轴承均采用了高精度的角接触球轴承。它可以利用预紧的方法来消除轴承的径向和轴向游隙,减小因受工作载荷而引起的径向和轴向偏移,从而提高轴承的运转精度和刚度。各铰套孔轴心线和镗套孔轴心线对支承平面的平行度允差不超过0.015mm,以镗杆检查镗杆套的同轴度,镗杆在导向套内的轴向移动灵活,其配合间隙小于0.015mm,配磨支承块,保证主轴孔导套中心线至垫块上平面尺寸精度为±0.01mm,支承块上平面共面度为0.01mm。

(4)定位

根据柴油机的设计与加工工艺要求,机体加工过程中,大部分工序以一面两孔定位方式,采用以机体底面和底面上相距为440±0.Olmm的2个φ12mm工艺孔进行定位,限制6个自由度,实现基准统一和基准重合原则。具体定位时,需设置导向板和初定位块,快速找正机体位置。定位元件选择支承块、圆柱销、菱形销,定位销做成可伸缩式。手柄控制插销轴转动一个角度,拨动两定位销的同时伸缩,采用一个手柄控制插销轴转动,这样可避免由于误操作可能会产生一个定位销到位,一个销不到位的现象。

(5)镗刀杆的液压支承

机体的主轴孔为5-φ92.065±0.01mm,后油封定位孔φ141.02 mm,此两孔同轴不同大小,精镗是利用一根镗刀杆进行镗削。则镗刀杆在进入镗模架前是脱离镗模架的,为保证连接主轴箱动力轴和镗模夹具定位支撑座与镗杆在运动中的平行,工作时准确进入镗模架,配套设计了一个带滚动头的液压支撑架,用来保持镗杆在运动时平行通过镗模夹具定位支撑座,使镗刀杆前后直径尺寸不同(前端为φ78,后端为φ125)时,自动调节支承的高度,实现主轴孔镗杆(长度1100mm)能够平稳进出镗模架,保证镗杆足够的刚度。

(6)阶梯式镗刀排

机体主轴孔上半圆为250铸铁,下半圆为球铁,凸轮轴孔为巴氏合金,镗削加工过程中,材质不同,机床轻微的振动,再加之精镗加工若底孔偏心量较大,加工过程中切削深度不均匀,切削力时大时小,镗杆相应的内应力,弹性变形量也随机变化,极易形成镗杆自振,使孔精镗加工后将无法完全消除半精加工时的缺陷。为此,主轴孔精镗加工中,设计为双刀镗刀排,前镗刀其主要目的是消除偏心,而由后镗刀完成最终精镗加工。在加工中采用依次进刀法,镗刀分组错开加工,互不干扰,不产生共振,可大大地减小同步切削抗力,有利于保证和提高精镗加工精度。

4 应用效果

该机床用于4110柴油机机体两端七孔加工,经生产实践证明,主轴承孔的加工精度可达到IT6~IT7级,同轴度达到0.02~0.025 mm。并对所加工的每个孔进行尺寸精度、位置精度和表面精度的检测及质量跟踪,完全达到和超过4110发动机机体的设计要求。机床运行良好,设计上充分利用闲置的组合机床配件,降低成本,缩短了组合机床设计制造周期,为企业节约了大量资金,赢得了时间和效益。


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