淺談“275”柴油機(jī)機(jī)體三孔精鏜床的設(shè)計(jì)

馬京長(zhǎng)

（北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司，北京 100072）

機(jī)體是安裝柴油機(jī)所有零部件的剛性骨架。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)，其承受燃?xì)馊紵龝r(shí)的爆發(fā)壓力、活塞運(yùn)動(dòng)的側(cè)壓力、曲柄連桿機(jī)構(gòu)引起的傾覆力矩和軸系未平衡力矩等。因此，對(duì)機(jī)體的技術(shù)要求非常高，不僅要有很好的強(qiáng)度、剛度，還有很高的加工精度要求。我公司開發(fā)的12V240(275型系列柴油機(jī)，運(yùn)用于東風(fēng)7C型系列內(nèi)燃機(jī)車，取得了很好的效果，機(jī)車出口到古巴、安哥拉等國(guó)家。柴油機(jī)上最大的部件，就是機(jī)體。機(jī)體上除了缸孔外，還有三個(gè)最重要的孔就是主軸孔和兩個(gè)凸輪軸孔，簡(jiǎn)稱三孔。我們自己設(shè)計(jì)制造了“275”柴油機(jī)機(jī)體三孔精鏜床，下面簡(jiǎn)要介紹該機(jī)床的加工方式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1 加工對(duì)象及加工方式

本機(jī)床專門用于“275”柴油機(jī)機(jī)體的主軸孔與凸輪軸孔的精鏜加工。其機(jī)體為鑄焊結(jié)構(gòu)，材料為：20、ZG310～570，硬度為：156～240 HB，總質(zhì)量為：4 592 kg；加工余量：主軸孔及凸輪軸孔半精鏜前的尺寸分別為：主軸孔Φ233.5 mm～Φ234 mm；凸輪軸孔Φ138.5 mm～Φ139 mm，凸輪軸端孔Φ140.5 mm～Φ141 mm。加工方式為體外對(duì)刀一次拉鏜。機(jī)體的定位、夾緊方式，如圖1所示。

圖1 加工工序圖

切削用量： S轉(zhuǎn)=0.12 mm/r

主軸孔鏜桿轉(zhuǎn)速范圍：46.5 r/min～186.2 r/min

走刀量： 6.0 mm/min～22.3 mm/min

凸輪軸孔鏜桿轉(zhuǎn)速范圍：77.3 r/min～309 r/min

走刀量： 9.3 mm/min～37 mm/min

切削速度調(diào)整范圍： 20.4 m/min～137.4 m/min

調(diào)整方式：更換主軸箱交換齒輪。

2 機(jī)床主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本機(jī)床主要由底座平臺(tái)、主軸箱、端鏜模架、中間鏜模架、輔助支撐、鏜桿托架及控制系統(tǒng)組成，如圖2所示。

圖2 三孔精鏜床總圖

機(jī)床特點(diǎn)是：定位基準(zhǔn)與軸孔加工統(tǒng)一（底平面、側(cè)立面定位），主軸箱和所有鏜模架都裝在一塊平臺(tái)上形成一個(gè)剛性整體，便于調(diào)整。三根鏜桿都采用微調(diào)刀頭，體外對(duì)刀，三孔可以同時(shí)鏜削一次成活，完成三孔半精鏜和精鏜的加工。液壓缸拉動(dòng)鏜桿走刀是本機(jī)床的創(chuàng)新之處，也是設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)。

2.1 主軸箱

主軸箱為該機(jī)床提供切削力及進(jìn)給動(dòng)力的裝置。切削功率為15kw，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由主傳動(dòng)軸尾部的液壓油缸提供。油缸活塞連接花鍵軸，花鍵軸與鏜桿相連，活塞軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鏜桿切削加工。油缸內(nèi)徑Φ250mm，活塞桿直徑Φ 80 mm，活塞有效面積440 cm2。當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力為2 MPa時(shí)，其進(jìn)給力為86.2 kN。主軸轉(zhuǎn)速可根據(jù)刀具材料及切削試驗(yàn)情況通過主軸箱的交換齒輪A、B的齒數(shù)調(diào)整。齒數(shù)與轉(zhuǎn)數(shù)及走刀量計(jì)算數(shù)值見表1。

表1 齒數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)及走刀量計(jì)算數(shù)值

本機(jī)床在采用同一組交換齒輪時(shí)，主軸孔鏜桿與凸輪軸孔鏜桿上的切削速度ν一致。

2.2 底座平臺(tái)及夾具組裝

（1）底座平臺(tái)組裝

底座平臺(tái)是由灰鑄鐵HT200鑄造而成，此平臺(tái)尺寸為5 000 mm×2 000 mm×450 mm，其是本機(jī)床的基礎(chǔ)件，總質(zhì)量為15.7 T。頂板厚度為100 mm，筋板采用米字形布置，最大限度地提高平臺(tái)剛度。底座平臺(tái)由21條M30 mm的地腳螺栓固定，并使用21個(gè)機(jī)床專用墊鐵調(diào)整，底座平臺(tái)軸線上安裝4條M39×2 mm的頂桿螺栓輔助調(diào)整。底座平臺(tái)安裝后的調(diào)整精度為0.03 mm/m2；整體平面度≤0.06 mm。

（2）夾具組裝

夾具由端限位塊、頂起油缸、夾具體、支承塊、大頂桿、壓板、螺桿及螺母等組成。頂起油缸的作用為：當(dāng)鏜桿引進(jìn)時(shí)，需要把機(jī)體頂起5 mm讓刀。油缸采用單作用彈簧復(fù)位方式，行程為10 mm；缸徑為Φ90 mm，當(dāng)油壓為25 kg/cm2時(shí)，可產(chǎn)生1 590 kg的推力，四個(gè)油缸將機(jī)體頂起。當(dāng)鏜桿進(jìn)入機(jī)體后，液壓控制系統(tǒng)泄壓頂起油缸在重力和彈簧的作用下復(fù)位，機(jī)體落在支承塊上，轉(zhuǎn)動(dòng)大頂桿使機(jī)體一側(cè)與側(cè)面支承定位塊緊密接觸，最后用壓板夾緊。

2.3 端鏜模架組裝

端鏜模架共兩個(gè)，前后各安裝一個(gè)，其是由端鏜模架、主軸孔鏜桿固定套、轉(zhuǎn)動(dòng)套、凸輪軸孔鏜桿固定套、轉(zhuǎn)動(dòng)套及潤(rùn)滑管路等組成。端鏜模架材質(zhì)為HT200；固定套材質(zhì)為ZCuSn5Pb5Zn5；轉(zhuǎn)動(dòng)套材質(zhì)為35GrMoA。固定套與轉(zhuǎn)動(dòng)套的組裝間隙為0.025 mm～0.03 mm。

其是保證機(jī)體主軸孔與凸輪軸孔坐標(biāo)尺寸精度的關(guān)鍵部件，也是中間鏜模架、輔助支撐調(diào)整位置精度的主要依據(jù)。因此，端鏜模架的坐標(biāo)精度必須加以保證，其坐標(biāo)精度誤差≤±0.01 mm；各孔中心對(duì)底面基準(zhǔn)的高度誤差≤0.02 mm。

2.4 中間鏜模架

中間鏜模架用來加強(qiáng)主鏜桿的支承剛度，保證機(jī)體主軸孔的加工精度，降低加工過程中產(chǎn)生的震動(dòng)，提高主軸孔的光潔度。在調(diào)整時(shí)，以兩個(gè)端鏜模架主軸孔為基準(zhǔn)，中間鏜模架孔與基準(zhǔn)軸孔的同軸度誤差≤0.02 mm；對(duì)底面基準(zhǔn)的高度誤差≤0.02 mm。

2.5 輔助支承

輔助支承左、右各安裝三組。它是由滑臺(tái)安裝座、液壓滑臺(tái)、支承臂、支承頭裝配及鎖緊裝置等組成，滑臺(tái)安裝座材質(zhì)為HT200，液壓滑臺(tái)采用HY25A型（行程400 mm）,支承臂材質(zhì)為HT200,支承頭用于安裝鏜模套，由于空間限制孔壁比較薄所以采用45號(hào)鋼制造，調(diào)質(zhì)為240～270 HB。這樣做主要是為了增加強(qiáng)度和剛度，鎖緊裝置由壓塊、螺桿及手柄組成，其作用是當(dāng)液壓滑臺(tái)帶動(dòng)支承頭進(jìn)入凸輪軸觀察孔到位后，即滑臺(tái)體碰觸到死擋鐵后，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄將支承臂連同滑臺(tái)體與滑臺(tái)座鎖死，使其形成剛性連接。輔助支承的作用是用來加強(qiáng)凸輪軸孔鏜桿的支承剛度，保證凸輪軸孔的位置精度與粗糙度要求。在調(diào)整時(shí)以兩個(gè)端鏜模架凸輪軸孔為基準(zhǔn)，用加調(diào)整墊的方法調(diào)整輔助支承頭，其同軸度誤差≤0.02 mm。

2.6 鏜桿

主軸孔鏜桿與凸輪軸孔鏜桿均由優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，其材質(zhì)為38GrMoAlA,粗車后調(diào)制硬度240～270HB；精車后進(jìn)行高溫回火；粗磨后氮化處理HV850，深度0.4mm～0.7mm。因此，其具有較高的硬度及耐磨性能。主軸孔鏜桿上裝有14把上海機(jī)床附件一廠生產(chǎn)的TQW4型微調(diào)刀頭，左、右凸輪軸孔鏜桿上各裝有16把TQW4型微調(diào)刀頭。主軸孔鏜桿直徑為，凸輪軸孔鏜桿為圓柱度允差為≤0.012 mm。鏜桿上開有孔，刀裝入刀孔后，用緊定螺釘壓緊。

2.7 鏜桿托架

在機(jī)體三孔加工完以后，鏜桿從機(jī)體中退出，由托架滾輪支承。體外對(duì)刀也在托架上進(jìn)行，鏜桿的引進(jìn)與退出是由蝸輪減速箱通過鏈條、插銷帶動(dòng)鏜桿進(jìn)行。操作按鈕安裝在兩側(cè)最前邊的托架立柱上，非常便于操作。

3 結(jié)束語

“275”柴油機(jī)機(jī)體三孔精鏜床的研制成功，標(biāo)志著我公司在專機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。該機(jī)床具有結(jié)構(gòu)緊湊；工作可靠；精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。自該機(jī)床正式投產(chǎn)以來，已加工“275”柴油機(jī)機(jī)體900多臺(tái)，機(jī)體三孔的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到較大幅度提高，且加工精度完全能滿足設(shè)計(jì)要求。為我公司大批量生產(chǎn)組裝東風(fēng)7C型內(nèi)燃機(jī)車提供了可靠保證。并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]大連組合機(jī)床研究所編.組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.