機匣深孔機械加工研究

湖南省株洲市中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團）有限公司精密加工中心 石 峰

機匣深孔機械加工研究

湖南省株洲市中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團）有限公司精密加工中心 石 峰

某發(fā)動機是水平對置活塞式發(fā)動機，采用曲柄連桿機構。其主要結構由機匣、氣缸和零部件組成。機匣分左右兩半部，由ZL105鑄造后經(jīng)機械加工而成。機匣結構復雜，其上安裝接口多，布有氣缸、曲軸、滑油池、后蓋、調(diào)速器、啟動電機、發(fā)電機等安裝接口。

一、工藝難點分析

左、右兩半機匣的組合加工通過兩個定位銷實現(xiàn)。機匣組合后，定位銷無法作為加工基準，必須進行工藝基準轉換。精密螺栓安裝孔與氣缸的精確定位密切相關，也與曲軸支靠面（即曲軸軸向定位面）密切相關。難點主要集中在機匣高精度尺寸的控制及深孔的加工上。曲軸孔和凸輪軸孔的精度及油孔尺寸如圖1和表1所示。

圖1 曲軸孔和凸輪軸孔示意圖

表1 曲軸孔和凸輪軸孔的精度及油孔的尺寸

從以上數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，曲軸孔與凸輪軸孔的加工，以傳統(tǒng)的鏜工去加工很難達到要求。通過對各汽車發(fā)動機廠家調(diào)研得知，通常采用的加工工藝為粗鏜—半精鏜—精鏜，而對于曲軸孔的加工，通常均為精鏜后珩磨作為曲軸孔的最終工序（曲軸孔在缸體上，基體為鑄鐵材料）。為保證各鏜孔的同軸度要求，多家公司都采用粗鏜為雙面鏜削加工，精鏜選用單面鏜床。為克服鏜桿過長、剛性差的缺點，通常在夾具上設相應的滾動導套來提高工藝系統(tǒng)的剛性。為了改變鏜桿的受力狀況，減少鏜桿的振動，提高直線鏜孔的質(zhì)量，多家公司都采用多刀頭、拉鏜和錯開鏜孔的加工方法，主動測量、刀具磨損自動補償裝置也在鏜孔中普遍應用。同時，少部分廠家采用組合導向，即鏜桿在零件加工過程中，有前導向、后導向及中間導向作導向支承。更多的廠家則無組合導向，精鏜為一刀直接鏜到位，采用具有靜壓導向的專用鏜刀桿。

該發(fā)動機的左、右機匣材料為鑄鋁ZL105，無法鏜削后進行珩磨，而直接進行鏜削到位無法保證精度要求。

二、問題的解決

通過認真考證，筆者認為，可以采用將兩半機匣分開用球頭銑刀對凸輪軸孔進行最大的去除余量粗加工。然后將左右兩半機匣組合在一起進行鏜鉸，先用Φ26的鏜刀進行半精加工，然后用Φ26.2鏜刀加工第一節(jié)孔（共4節(jié)孔），保證位置度合格；最后用第一節(jié)孔作為引導，利用Φ26.2專用整體刀柄鉸鏜刀上的導條進行定位加工到最終尺寸。

1. 選用合適的刀具。進行鏜鉸加工，設計、制造刀具是關鍵的第一步。由于鏜刀太長（全長750mm），整體用硬質(zhì)合金不經(jīng)濟，為減少鏜刀桿自重的影響，可以將刀桿做成空心的。為了使冷卻液能噴到零件里，真正起到冷卻的效果，可以將鏜刀做成帶內(nèi)冷裝置的。刀桿全長上4個方向都有導條，與刀刃及刀柄的跳動在全長上保證跳動不大于0.005。

2. 選擇合理的參數(shù)。刀具設計后，選擇合理的切削參數(shù)也至關重要。零件材料為：鑄鋁ZL105，Al-Si系合金，淬火用水冷卻，人工時效，硬度HBS70。切削參數(shù)選用過低，加工效率低，表面光潔度不好；切削參數(shù)選用過高，刀具壽命低，容易打刀。通過不斷摸索，建議選用如下切削參數(shù)（表2）。

表2 切削參數(shù)

3. 將精、粗膛分開切削。除選用合適的刀具及合理的切削參數(shù)外，為防止工作切削引起的變形，我們將粗、精鏜分開進行。提高粗加工孔的質(zhì)量，盡可能使各孔的余量均勻，切削用量基本一致；精加工時，為提高刀具安裝的準確性，我們要求刀具每次加工前進行跳動檢查；為消除切削過程中的振動，我們將孔壁有缺口或交叉的補齊，使鏜開孔時受力平衡。

綜上，實踐證明，本次所設計的刀具和選擇的切削參數(shù)合理，能滿足長孔的最終精度要求。