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(tuán)）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(tuán)）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(gòu)。其主要結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)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(zhǔn)，必須進(jìn)行工藝基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。精密螺栓安裝孔與氣缸的精確定位密切相關(guān)，也與曲軸支靠面（即曲軸軸向定位面）密切相關(guān)。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(dá)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(shè)相應(yīng)的滾動導(dǎo)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(yīng)用。同時，少部分廠家采用組合導(dǎo)向，即鏜桿在零件加工過程中，有前導(dǎo)向、后導(dǎo)向及中間導(dǎo)向作導(dǎo)向支承。更多的廠家則無組合導(dǎo)向，精鏜為一刀直接鏜到位，采用具有靜壓導(dǎo)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(jìn)行珩磨，而直接進(jìn)行鏜削到位無法保證精度要求。

二、問題的解決

通過認(rèn)真考證，筆者認(rèn)為，可以采用將兩半機匣分開用球頭銑刀對凸輪軸孔進(jìn)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(jìn)行鏜鉸，先用Φ26的鏜刀進(jìn)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(dǎo)，利用Φ26.2專用整體刀柄鉸鏜刀上的導(dǎo)條進(jìn)行定位加工到最終尺寸。

1. 選用合適的刀具。進(jìn)行鏜鉸加工，設(shè)計、制造刀具是關(guān)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(dǎo)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(shè)計后，選擇合理的切削參數(shù)也至關(guān)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(jìn)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(zhǔn)確性，我們要求刀具每次加工前進(jìn)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(shè)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。