某結構復雜曲軸箱的加工工藝設計及數控程序編制

姜永梅

（哈爾濱理工大學 工程訓練中心，哈爾濱 150080）

某結構復雜曲軸箱的加工工藝設計及數控程序編制

姜永梅

（哈爾濱理工大學 工程訓練中心，哈爾濱 150080）

1 應用先進制造技術加工復雜曲軸的必要性

傳統的制造生產系統本著為“大規?！鄙a服務的思路，其生產組織方式落后，設備與操作工人的存在著分工協調問題，嚴重影響新產品的開發制造質量及進度，生產周期較長。由于傳統制造系統的制造工序之間缺乏嚴格的檢驗監督，加工產品只有在終檢時才能發現產品質量問題，一次成功率低下，廢品率次品率較高。

目前國內箱體類零件制造和產品加工相對獨立化，往往不經過市場需求分析，對項目往往缺乏可行性和經濟效益評估。而國內外曲軸箱體加工行業已朝著高速、高效、高精度、全數控功能復合，柔性，智能化，綠色環保制造網絡化方向發展。

數控機床以及由數控機床組成的柔性化制造系統是改造傳統機械加工裝備產業、構建數字化企業的重要基礎。數控技術成為先進制造技術中的一項核心技術數控機床成為國民經濟和國防建設發展的重要制造裝備。數控加工的本質就是為解決復雜零件的加工而出現的。早在20世紀60年代，國外航空工業在加工一些具有連續平滑而復雜的自由曲面大件時，就已開始采用了。為此，本文利用數控技術，以加工中心為制造依托工具，形成了自主核心曲軸箱加工技術。應用先進制造技術加工復雜衢州能夠提高加工企業的競爭力。

2 零件技術條件與加工特點分析

本文所舉的曲軸箱零件實例如圖1所示，為了方便敘述對各孔進行了編號。首先對曲軸箱的軸孔精度、軸孔位置精度和平面精度技術條件進行分析。1）軸孔精度:箱體軸孔的尺寸精度、粗糙度和形狀精度要求都相對比較高，期中曲軸軸承孔（即1號孔）要求最高：尺寸精度為IT6，其余軸承孔為IT6和IT7。2）軸孔位置精度:各軸承孔的位置度對于曲軸軸承孔為0.04mm。3）平面精度：合箱面和側蓋接合面平面度要求為0.05mm，保障發動機工作時的密封性，防止潤滑油滲漏。

圖1 零件正反兩面外觀、各孔編號圖

該曲軸箱零件加工特點如下：1）各孔之間的相互位置要求比較高，1-4孔之間為±0.03mm，其余各孔要求為±0.05mm，同時各孔光潔度要求為Ra1.6，橢圓度為0.005mm。2）1孔與7孔(凸輪軸孔)實際上分別各為2孔：1孔為φ68孔與φ50孔,7孔為φ25孔與φ12孔。這四個孔的同心度要求為0.03mm，且φ68孔與φ12孔，φ25孔與φ12孔之間距離公差為0.02mm。

因此，加工該復雜的曲軸箱這四個孔（φ68、φ12、φ25和φ12孔）時必須要求所采用的機床精度高，裝夾必須采取一次裝夾。而一次裝夾，常規的刀具無法滿足切削要求，因而必須設計專用刀具（型號CCMT060204LF-K313的美國肯納公司刀片）。而其他孔的加工其余刀具大量采用復合刀具，對各孔只用一把刀具加工，不進行粗加工，但雖然是一把刀具加工，一把刀具上同時具有粗精刀片，粗精刀具在同一刀體上，對刀具結構設計要求更高。

3 加工中心加工曲軸箱工藝路線設計

設計箱體類零件的加工工藝必須遵循先面后孔的工藝原則。 由于本文應用先進制造技術利用加工中心對復雜結構曲軸箱進行加工，設計的時候還得考慮如下幾個方面：1）根據曲軸箱的毛坯，在熟悉現有加工中心機床的種類的基礎上，確定曲軸箱是否要進行加工中心工序前的預加工以及后續加工。2）設計曲軸箱工藝路線時要照顧各個方向的尺寸，而且留給加工中心的余量要充分且均勻。3）一次定位裝夾中盡量完成預加工面在內的所有步驟，否則要留一定的精加工余量?；蛘撸乖擃A加工面與加工中心工序的定位基準，有一定的尺寸精度和位置精度要求。4）加工質量要求高的面或者孔，應盡量將粗、精加工分開進行。

曲軸箱的加工是先加工平面，再加工孔系，先加工主要面，再加工次要面，并且應提高作為精基面的合箱面的加工精度。

基于以上的設計原則研究與分析，本文對該曲軸箱設計出如下的加工工藝路線（前提是預加工完成），主要說明加工孔的工藝路線：1）精銑合箱面；2）精銑蓋面；3）以7和12毛坯孔定位一次精加工2至6孔，粗加工1孔深度尺寸至45.2mm。4）以4號孔（兩個）定位，加工蓋面1, 7, 8, 9, 10,11, 12孔（1孔反鏜，其余孔正鏜）。步驟3）中粗加工1孔式因為1孔精加工是在背面加工，只能反鏜。由于反鏜刀具可以加工孔壁，對孔的底平面不能加工，因而本文做如此設計。

下面詳細介紹對54o-0.02mm（曲軸孔到凸輪軸孔中心距離）的工藝方案：利用第四軸加工中心一次裝夾加工：先將φ68與φ50加工完后，旋轉180°，同時機床進行換刀動作，工作臺移動，走位到φ25及φ12處進行加工。

4 切削用量的選擇

確定合理的切削深度、進給量和切削速度，在保證曲軸箱加工質量的前提下，降低加工成本和提高勞動效率。目前許多加工工廠在選擇切削用量的時候仍然憑借經驗確定，已經不能適應現代切削加工的需求，造成很大的生產浪費或導致生產事故。因此，本文應用切削理論、試驗設計與數據分析方法，確定切削用量的組合。

5 曲軸箱孔加工的數控程序編制

在應用數控機床加工復雜結構的曲軸箱零件時，除了設計科學的加工工藝路線和確定合理的切削參數以外，對數控程序也有要求。編制可靠、高效、通用性強的數控加工程序也是保證加工箱體類零件質量的重要一環。

在確定該曲軸箱加工工藝路線后，由于數控機床要實現復雜的動作，編程時往往會采用循環指令，但是循環指令對細微的加工動作無法做到精確，因此本文選擇通過簡單指令的有效組合來進行編程。同時，本文在進行數控編程時，對所加工零件進行了簡要數學分析，盡量使用簡單的數學公式去表達各加工參數。編程對各個參數的設定可以不加修改主要程序，而只需要對參數進行簡單修改，就能很好地控制零件的加工精度，而且能夠避免了人為輸入程序錯誤，提高了編程效率的同時保障了編程的質量。下面摘取部分曲軸箱孔類加工的數控程序如圖2所示。

6 結束語

本文是基于先進制造技術的對結構復雜的箱體類零件的工藝研究用，在確定加工工藝路線和選擇合適的切削參數的基礎上，利用數控技術對復雜工藝零件設計開發，對孔類加工進行了數控程序編制。通過實踐證明，利用先進制造技術提高產品加工效率和綜合性能的同時能為加工企業取得了更好的經濟效益。

為了進一步對曲軸箱等復雜結構的箱體類零件的加工創新，可以基于CIMS環境下，把箱體零件掃描測量、零件設計、數控編程及加工等環節集成一個系統，便于使類似箱體零件能精確快速設計與加工出來。

[1]陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊(第2版)[M].北京:機械工業出版社,2004.

[2]王斌武,劉曉剛,葉東.基于SINUMERIK 802D R參數編程加工空間復雜曲面[J].煤礦機械,2000,27(11):96-98.

[3]Hull. Partick V.Optimal synthesis of compliant mechanisms using subdivision and commercial FEA[J].American Society of Mechanical Engineers.March,2006:64-65

[4]張莉.復雜組合曲面零件加工編程的刀位計算方法[J].航空制造工程,1997,(12):11-13.

Design of processing craft of complex-structure crankcase and nc programming

JIANG Yong-mei

曲軸箱零件作為箱體部件裝配時的基準零件，對該機器的工作精度、使用性能和壽命都有直接的影響。本文首先論證了應用先進制造技術加工結構復雜曲軸箱的必要性，然后對某曲軸箱零件加工特點進行分析，設計出該曲軸箱的加工工藝路線。在此基礎上，確定了加工刀具及切削用量。最后對該曲軸箱部分孔加工進行了相應的數控程序編制。實踐表明：采用先進制造技術大大提高了曲軸箱的加工效率與產品的綜合性能。

結構復雜；曲軸箱；工藝；數控編程

姜永梅（1963 -），女，山東人，工程師，本科，研究方向為機械設計制造與數控技術應用研究。

TP182

B

1009-0134(2011)5(上)-0047-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).17

2010-12-25