柴油機(jī)機(jī)體主油道孔的加工

萬傳廣，沙明學(xué)

中車大連機(jī)車車輛有限公司 遼寧大連 116022

1 序言

6265柴油機(jī)是我公司新開發(fā)研制的中速柴油機(jī)，氣缸直徑265mm，活塞行程300mm，氣缸為6缸，標(biāo)定功率為1700kW。該柴油機(jī)為燃油電子控制直接噴射、開式燃燒室、廢氣渦輪增壓、活塞振蕩冷卻、增壓空氣中間冷卻的四沖程柴油機(jī)，具備良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性，綜合技術(shù)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，可用于內(nèi)燃機(jī)車和調(diào)車機(jī)車，裝備265L6型機(jī)體如圖1所示。機(jī)體的主油道孔主要用于柴油機(jī)的潤滑，該主油道孔的設(shè)計是加工好底孔后，鑲套不銹鋼油管，若是底孔加工質(zhì)量不好，則會影響油管的裝配精度，造成安裝不牢或潤滑油的滲漏，屬于精密難加工的深孔。在現(xiàn)代深孔加工技術(shù)的發(fā)展中，面臨著多品種、小批量、新型工程材料及越來越高的精度要求的挑戰(zhàn)，如何進(jìn)一步提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本成為深孔加工技術(shù)的中心課題之一。柴油機(jī)機(jī)體主油道孔對深孔加工技術(shù)的挑戰(zhàn)，在于要求提高傳統(tǒng)深孔加工的水平，開發(fā)新的制造技術(shù)與工藝方法。

圖1 265L6型機(jī)體

2 加工方案分析

2 6 5 L 6型機(jī)體毛坯為整體鑄造，其材質(zhì)為QT550-6，在進(jìn)行加工前的工藝分析時，發(fā)現(xiàn)主油道孔的加工是該機(jī)型的加工難點(diǎn)，主油道孔如圖2所示。其他機(jī)型的主油道孔軸線都是和主軸承蓋結(jié)合面垂直，而該機(jī)型的主油道孔軸線與主軸承蓋結(jié)合面垂直線夾角為22.5°。柴油機(jī)機(jī)體主油道孔安排在型號為ATLAS2PML的龍門加工中心進(jìn)行加工，該機(jī)床產(chǎn)自意大利英賽（INNSE）公司，操作系統(tǒng)為SINUMERIK 840D sl。

圖2 主油道孔

在機(jī)械加工中，通常會遇到長徑比＞9的深孔加工，深孔加工主要有如下幾個特點(diǎn)。

1）由于孔的深度與孔徑比例較大，刀桿細(xì)長、剛性差，故在鉆孔時容易偏斜，產(chǎn)生振動，導(dǎo)致孔的表面粗糙度和尺寸精度不易保證。

2）鉆頭的工作環(huán)境差，熱量不易排出，排屑困難，使刀具磨損加劇。

主油道孔的長徑比達(dá)到19，加工難度更大。針對其特點(diǎn)，分析當(dāng)前機(jī)體主油道孔的加工方案，有兩種方法可以選擇。

第一種方案，使用22.5°角度附件頭加工，如圖3所示。角度附件頭只能進(jìn)給至起刀點(diǎn)，否則會發(fā)生干涉，造成角度附件頭碰撞，在此情況下需要使用加長刀具。經(jīng)過計算，制作完成后的刀具長1248mm，刀桿切削部分盡量縮短，這就需要加長刀柄，刀柄長達(dá)690mm，屬于非標(biāo)刀柄，因刀柄太長還需做動平衡試驗(yàn)，費(fèi)用非常高。鉆削時會產(chǎn)生振動，排屑不暢，造成刀體與工件孔壁的粘連，使刀具報廢，機(jī)體無法修復(fù)，效率也會非常低。

圖3 22.5°角度附件頭加工

第二種方案，使用22.5°胎具、延伸附件頭加工。將機(jī)體裝夾在22.5°胎具上，主油道孔軸線與工作臺面垂直，如圖4所示。延伸附件頭可以伸到機(jī)體瓦口內(nèi)部，附件頭有效長度為390mm，刀柄長度縮短了390mm，可以大大提高刀具的剛性，消除刀桿在鉆削時的振動，保證孔的表面質(zhì)量和尺寸精度。綜合各方面因素，經(jīng)過分析研究決定采用第二種方案加工主油道孔。

圖4 22.5°胎具、延伸附件頭加工

3 加工工藝方案

3.1 胎具的制作

利用廢棄的25°斜胎（見圖5）改制22.5°胎具。卸下原25°斜胎定位墊塊，按照柴油機(jī)機(jī)體缸臺面的寬度尺寸重新加工定位面，25°和22.5°角度不同，相同的定位面長度，高度差也不同。由于原胎具內(nèi)部是空心，沒有太大的加工余量，因此加工安裝面時，只需加工出墊塊所需的平面即可，記錄好兩個安裝面的高度差值，鉆削出相應(yīng)的M12螺紋孔。按照設(shè)計好的圖樣加工出平墊（見圖6）和L形定位墊塊（見圖7），將墊塊安裝在胎面上，改制完成后的胎具如圖8 所示。

圖5 25°斜胎

圖6 平墊

圖7 L形定位墊

圖8 改制后胎具

3.2 工件的裝夾

將斜面胎具安裝在工作臺，并靠在側(cè)面頂子上，用壓板、螺栓預(yù)緊胎具。將機(jī)體調(diào)整好角度吊至胎具上方，輕輕下落，將其左側(cè)工藝基準(zhǔn)面緊靠在L形擋塊上，以實(shí)現(xiàn)機(jī)體的粗定位（見圖9）。調(diào)整胎具兩側(cè)的頂子打表找正機(jī)體側(cè)面的基準(zhǔn)，用螺栓、壓板壓緊，此夾具定位準(zhǔn)確，可實(shí)現(xiàn)機(jī)體的快速裝夾（見圖10）。

圖9 機(jī)體粗定位

圖10 機(jī)體快速裝夾

3.3 基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定

使用3D尋邊器設(shè)定Y、Z軸基準(zhǔn)點(diǎn)。將3D尋邊器安裝在機(jī)床主軸上（見圖11），主軸中心可以精確地定位在工件孔內(nèi)，只需確定工藝孔φ80mm的3個點(diǎn)，就可以快速設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖11 安裝3D尋邊器

當(dāng)指針指示為零時，表示機(jī)床主軸軸線與工件邊重合。然后調(diào)用編制的自動傳輸數(shù)據(jù)程序L6265，該程序利用數(shù)控系統(tǒng)程序進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)傳遞的方法，可快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)自動傳送給可設(shè)置的零點(diǎn)偏置數(shù)據(jù)區(qū)域，避免了因操作不當(dāng)、誤操作或抄數(shù)錯誤等人為因素影響計算精度，導(dǎo)致工件零點(diǎn)設(shè)定不準(zhǔn)確，造成不必要的損失。這種方法比打表找正的方法快，準(zhǔn)確率高。

自動傳輸數(shù)據(jù)的程序如下。

此程序存放在機(jī)床程序管理目錄下，運(yùn)行此程序，機(jī)體確定原點(diǎn)坐標(biāo)工作的完成將十分方便。程序中R[108]和R[109]賦的參數(shù)值是機(jī)體傾斜22.5°后，φ80mm孔至曲軸孔心相對應(yīng)的Y、Z坐標(biāo)值（見圖12），該孔作為工藝孔在前一道工序已經(jīng)精加工出來。

圖12 φ80mm孔坐標(biāo)值

3.4 鉆削刀具的選擇

（1）導(dǎo)孔復(fù)合鉆的選擇 在高精度的數(shù)控深孔加工中，導(dǎo)孔的精度很重要。在使用深孔復(fù)合鉆鉆削主油道孔之前，必須先加工出引導(dǎo)孔，引導(dǎo)孔的孔徑與深孔鉆φ25.7mm同徑，孔深為2倍的孔徑，第二臺階刀體為φ28.6mm，鉆引導(dǎo)孔φ25.7mm的同時將主油道孔第三臺階的φ28.6mm孔一起加工完成，如圖13所示。

圖13 導(dǎo)孔復(fù)合鉆鉆孔

（2）深孔復(fù)合鉆的選擇 在設(shè)計復(fù)合鉆時，將階梯刀體φ25.7mm和φ26.3mm的外圓銑削4條直槽，刀體直徑比刀片直徑小0.03～0.04mm，相當(dāng)于鑲了6條支撐導(dǎo)條（見圖14），目的是為了刀具進(jìn)入工件后，進(jìn)行強(qiáng)制性導(dǎo)向，保證孔的直線度，并能校正鉆孔時所造成的一些軸線偏差。支撐導(dǎo)條附著孔壁的支撐，吸收了切削阻力，減少了刀桿所承受的力矩和切削阻力，防止并消除了刀桿的撓曲和顫動。經(jīng)過計算，刀柄長度為300mm就可以滿足使用要求，此長度刀柄不需要做動平衡試驗(yàn)，可降低刀具的購置費(fèi)用。

圖14 深孔復(fù)合鉆加工

3.5 設(shè)定深孔復(fù)合鉆的切削參數(shù)

在鉆削深孔時，鉆削速度對鉆削溫度的影響最大，切削速度增加1倍，溫度增加29%；進(jìn)給量影響稍小，進(jìn)給量增加1倍，溫度約增加15%；由于鉆削速度增加，使切削熱增多，進(jìn)給量增加，使鉆削變形產(chǎn)生的切削熱較少，因此降低切削速度、提高進(jìn)給量，就能有效降低深孔鉆在鉆削時的熱量。在實(shí)際加工中，轉(zhuǎn)速設(shè)定為260r/min，進(jìn)給量設(shè)定為70mm/min，在進(jìn)入引導(dǎo)孔、正式鉆削深孔之前將主程序編制的轉(zhuǎn)速降低58%，進(jìn)給量由原來恒定的70mm/min提高為140mm/min，然后再降低進(jìn)給量到70mm/min，以編程的轉(zhuǎn)速進(jìn)行鉆孔。經(jīng)過生產(chǎn)測試表明，刀片的耐用度能夠滿足生產(chǎn)加工的節(jié)拍。

3.6 編寫鉆削加工程序

鉆好引導(dǎo)孔后，為了提高效率、保護(hù)刀具，編寫了帶有報警保護(hù)功能的鉆削循環(huán)程序CYCLE850，使用變量R給循環(huán)提供參數(shù)。程序如下。

該循環(huán)的功能是降低轉(zhuǎn)速、提高進(jìn)給量快速進(jìn)到引導(dǎo)孔內(nèi)。該鉆削循環(huán)可以在任意一個主程序中調(diào)用和執(zhí)行。如果參數(shù)R輸入錯誤就會產(chǎn)生故障報警信息，鉆削循環(huán)不執(zhí)行。鉆削循環(huán)中參數(shù)注釋見表1。

表1 鉆削循環(huán)中參數(shù)注釋

3.7 合理使用切削液

為了提高主油道孔的加工質(zhì)量和刀具壽命，深孔加工必須使用內(nèi)冷切削液。切削液及時滲透到切削刃上，可消除由變形及摩擦產(chǎn)生的熱量，抑制積屑瘤的生成，減少切削刃及支撐的摩擦磨損，保證刀具在鉆削區(qū)的高溫下保持良好的潤滑狀態(tài)，使切屑能順利排出，進(jìn)一步提高工件表面質(zhì)量，保證尺寸公差。

4 結(jié)束語

通過對主油道孔加工工藝的研究，用報廢的胎具設(shè)計并改制了斜面胎具，設(shè)計了非標(biāo)準(zhǔn)刀柄、復(fù)合刀具，對刀具鉆切削參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，編制帶保護(hù)功能的循環(huán)程序，選用合適的切削液進(jìn)行潤滑，使主油道孔加工合格率達(dá)到100%，不僅能滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求，而且工件表面質(zhì)量和刀具耐用度都有顯著提高，綜合各項(xiàng)指標(biāo)可為企業(yè)節(jié)省費(fèi)用50余萬元。