柴油機機體斜油孔加工方案

■ 中車戚墅堰機車有限公司 （江蘇常州 213011） 姚 俊 張永振

近幾年隨著科技的高速發展，大型五面體龍門加工中心不斷開發新功能，新技術和新方案不斷涌現，很多普通機床不能或者加工困難的零件不斷轉移到加工中心，原本需要特殊工裝和夾具加工的面、孔等，借助附件銑頭和刀具，在加工中心一次裝夾加工成形。相比而言，五面體龍門加工中心加工出的零件更精密、可靠，同時加工效率更高。

1. 情況介紹

中車戚墅堰機車有限公司加工的內燃柴油機機體，原來由數顯龍門銑粗加工，由北一龍門加工中心半精加工，由德國瓦德里希科堡五面體龍門加工中心承擔氣缸孔精加工。

科堡五面體龍門加工中心配備9個附件銑頭，兩個延伸頭，兩個直角銑頭，一個萬能銑頭和4個固定角度（22.5°、25°、10°和15°）銑頭，機體采用一面兩銷工裝定位裝夾，通過更換附件銑頭可以一次完成頂面和兩側25°氣缸孔斜面銑削及平面上各孔的鏜、鉆、銑及攻螺紋等工序。氣缸孔、推桿孔、缸頭螺栓及深油孔等采用一些專用刀具和新的加工工藝，生產效率得到大幅提高，且質量穩定。大幅提高了產品質量和生產效率，縮短了生產周期。

2. 斜油孔位置

機體氣缸孔平面和推桿孔平面與頂面夾角為25°，左右對稱，深油孔在推桿孔內，在推桿孔垂線和相鄰推桿孔連線所構成的平面上，與推桿孔垂線夾角為50°，起點位于推桿孔平面下43.3mm，與旁邊φ8mm油孔接通,在柴油機工作過程中為推桿體供油。其圖樣如圖1所示。

3. 加工工藝分析

機體油泵孔在25°斜面上，其內部的φ10mm斜油孔，與25°斜面上φ8mm油孔相交，為推桿體供油。之前加工工序為先在龍門加工中心加工φ8mm孔，然后鉗工手動鉆通φ10mm孔，與φ8mm孔接通，其中φ10mm孔深84.5mm, φ8mm孔深150mm，均屬于深孔。以往的加工工藝，在斜面上鉆斜油孔，全部依靠工人手工操作和簡單的工裝，工人勞動強度高，生產效率較低。在質量上，定位精度差，且孔位置易偏斜，難以保證孔相交性，加工后孔的相交處翻邊毛刺較多，孔內表面粗糙度較差，會引起一系列的問題。如在供油時，孔內毛刺會造成垃圾夾雜，引起卡泵，造成推桿下體及滾輪卡滯、咬死或者引起滾輪拉毛，造成凸輪軸桃頭損壞，從而造成機破事件。兩孔相交處每次都需鉗工打磨，打磨難度大、工作量大，且質量不可控。

圖1 斜油孔圖樣

由于五面體龍門加工中心配置的萬能銑頭具有C軸可以360°旋轉、B軸可以0°～105°旋轉及最小分度0.5°的功能。產品圖樣工藝要求該斜油孔在25°斜面上，斜面垂線角度偏差為50°，＜105°，經過分析和試驗運行，萬能銑頭可以旋轉到斜油孔方向，加工此斜油孔方案可行。因此，在該機床上通過萬能銑頭將C軸和B軸旋轉到一定角度后可以直接進行加工。

4. 銑頭角度和偏置計算

根據產品的結構，運用三維軟件畫出孔的模型（見圖2），在孔位置拉伸出一個圓柱，方便尋找中心線。

模擬C軸旋轉的方向和特點，在頂面草圖中畫出孔所在位置圓柱的中心線與機床X向的角度偏差，標注角度，就是C軸需要旋轉的角度數，具體角度數標注如圖3所示。

由于機床C軸旋轉最小分度為0.5°，選取最近的角度數26.5°。機床萬能銑頭旋轉26.73°之后，B軸旋轉所在平面由之前的YOZ面變為與YOZ面夾角為26.73°的面，在三維圖中建立參考基準面，如圖4所示。

將該參考基準面正視，做出該參考基準表面上孔所在圓柱的軸線與縱向垂直角度的偏差，標注得到的角度數便是B軸需要旋轉的角度數（見圖5）。

標注得到的角度數為46.03°，這便是機床B軸需要旋轉的角度數。偏轉的角度數計算之后，再進一步計算出斜油孔起點位置相對于另加加工坐標零點的位置。

圖2 三維簡化模型

圖3 C軸旋轉角度

圖4 C軸旋轉后的參考基準面

圖5 B軸旋轉角度

5.刀具方案設計

由于科堡五面體龍門加工中心內冷壓力超過245N，可以提供足夠的壓力，每臺機體12檔氣缸孔，共12個斜油孔。綜合考慮加工效率和加工孔的表面粗糙度等，充分利用機床高轉速和高精度的特點，選用槍鉆進行深孔的加工。具體如下：先選用φ10mm立銑刀锪平面，保證孔起點的位置精度，然后選用硬質合金鉆頭先鉆導向孔，最后選用槍鉆進行加工，直至鉆穿與φ8mm油孔接通。該方案既可以保證兩個相交孔中心線相交完全貫通，又能夠保證加工出的孔的表面粗糙度。具體選用的刀具如圖6所示。

6. 程序編制及實施

科堡五面體龍門加工中心具有五面加工軟件，能自動完成附件頭的交換和分度時主軸端坐標值的移動以及移動坐標軸的名稱變更等繁瑣的操作。可用通常編程方法，將各加工面作為XY平面,方便地編制出側面加工用數控程序。可以以相隔90°的4個側面為基準，加工0.5°間隔的任意側面。

圖6 選擇的加工刀具

另外，由于本機床編程軟件有三維坐標變換功能和用戶宏指令功能。編程時，在所有加工面上，都可以把刀具軸向作為Z軸，根據笛卡爾坐標系確定X軸和Y軸。

由于本加工內容編程較為簡單，采用手工編程完成。根據作圖得到的角度數和起點坐標輸入程序進行模擬實驗加工，這里不再詳細說明編程程序。

7. 結語

將該孔由鉗工手工鉆孔工序平移至五面體龍門加工中心進行加工，經過試驗驗證，加工出的孔表面粗糙度值可以達到6.3μm，且兩孔軸線相交，貫穿性良好，孔內翻邊毛刺消失。經過一段時間的加工驗證，該方案加工出的孔質量穩定，整個工序時間由12h縮短至2h。借助氣缸孔加工工位進行加工，不需要再經過專門的吊運和裝夾，減少兩道工序，4次翻身和5次吊運，在保證機體加工質量的同時，大幅提高加工效率，加工現場如圖7所示。

圖7 加工現場

本次斜油孔加工工藝的開發提高了機體的加工效率和加工質量，充分利用了機床的五面體多軸聯動加工功能，今后，將不斷利用機床的各種功能，借助三維模型，尋找更佳的加工方案，為產品的加工優化打下堅實的基礎。