V型柴油機(jī)機(jī)體精加工頂面孔工藝

張志強(qiáng)，劉桂行

濰柴重機(jī)股份有限公司 山東濰坊 261108

1 序言

V型柴油機(jī)是氣缸以一定的夾角對稱排列在曲軸兩側(cè)的柴油機(jī)，相對L型直列柴油機(jī)來說，V型柴油機(jī)具有振動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)、占用空間小和便于布置等優(yōu)點(diǎn)。但V型柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，特別是機(jī)體加工比L型復(fù)雜很多，這就要求在工藝設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)V型機(jī)體的形狀特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；同時(shí)在夾具設(shè)計(jì)、工件定位和坐標(biāo)系的建立等方面，要因地制宜、勇于創(chuàng)新，使加工出的產(chǎn)品完全達(dá)到圖樣要求。據(jù)此，在試制我公司新產(chǎn)品12V170柴油機(jī)機(jī)體時(shí)，在精加工頂面孔的工藝設(shè)計(jì)中，摒棄了直列工藝設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過多次生產(chǎn)試驗(yàn)和整改，獲得了正確的加工方法，加工出合格的機(jī)體。下面對12V170機(jī)體精加工頂面孔工序的加工工藝進(jìn)行探討和分析。

2 12V170機(jī)體形狀

圖1為12V170柴油機(jī)機(jī)體后端，圖2為機(jī)體側(cè)面。機(jī)體氣缸孔共12個(gè)，以90°夾角對稱排列在主軸孔的兩邊，每排6個(gè)氣缸孔，與之對應(yīng)的頂面A和頂面B夾角也為90°。主軸孔共有7個(gè)，第1、第7主軸孔間距為1600mm。

圖1 12V170柴油機(jī)機(jī)體后端

圖2 機(jī)體側(cè)面

3 機(jī)體頂面孔原精加工工藝

機(jī)體頂面孔的精加工是最后一道精加工工序，是關(guān)鍵工序。這兩頂面上有上下缸孔、挺桿孔、銷孔和缸蓋螺栓孔等，為保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，定位基準(zhǔn)和前面精加工工序一樣，采用底面和底面上2個(gè)φ25H7銷孔定位，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是機(jī)體兩端第1、第7主軸孔公共軸線和止推面[1]。該工序在龍門加工中心上完成，夾具為45°斜胎。原精加工工藝為：①夾具裝在工作臺(tái)上，定位、找正和夾緊。②機(jī)體吊放在夾具上，插入兩定位銷，夾緊。③找出主軸孔和止推面坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。④加工頂面A孔系。⑤松開機(jī)體壓板，吊起機(jī)體，旋轉(zhuǎn)180°，吊放在夾具上，插入兩定位銷，夾緊。⑥找出主軸孔和止推面坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。⑦加工頂面B孔系。⑧卸下工件。

4 原工藝存在的問題

機(jī)體定位夾緊后，用百分表檢測第1和第7主軸孔位置度，發(fā)現(xiàn)水平方向誤差為0.18mm，垂直方向誤差為0.20mm，理論上這兩項(xiàng)均在0.02mm之內(nèi)為合格，實(shí)測值與理論值相差較大。于是，從人、機(jī)、料、法、環(huán)和測6個(gè)方面入手，查找位置度超差原因[2]，得出如下結(jié)論。

1）2個(gè)φ25mm定位銷插入底面定位孔很困難。原因是機(jī)體的重心垂線與兩定位銷中心線成45°角，再加上機(jī)體很重，即使插入定位銷，銷和孔也不是自由狀態(tài)定位，而是定位銷和機(jī)體產(chǎn)生變形，形成定位誤差。

2）機(jī)體裝在45°斜胎夾具上，其重心垂線遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離底面，產(chǎn)生了傾覆力矩，使機(jī)體底面與斜胎定位塊不能很好地接觸，從而產(chǎn)生縫隙，也形成了定位誤差。經(jīng)多次試驗(yàn)，這個(gè)誤差很難消除[3]。

5 解決方案

針對以上問題，提出如下解決方案。

1）取消底面和底面上2個(gè)φ25H7銷孔定位方式，采用底面（3點(diǎn)）、底部側(cè)面（2點(diǎn)）和底部端面（1點(diǎn)）定位。

2）因傾覆力矩導(dǎo)致定位誤差很難消除，故增加找正兩端主軸孔位置工步，確保兩端主軸孔位置誤差在0.02mm合理范圍之內(nèi)。

6 整改措施

具體的整改措施如下。

1）在夾具上增加2個(gè)可調(diào)側(cè)面定位塊和1個(gè)端面定位塊，2個(gè)可調(diào)側(cè)面定位塊在機(jī)體底部側(cè)面兩端，用它調(diào)整機(jī)體第1、第7主軸孔Z方向位置。機(jī)體的定位、找正如圖3所示。

圖3 機(jī)體的定位、找正

2）夾具在工作臺(tái)上定位、找正和夾緊后，在夾具右側(cè)，機(jī)體第1、第7主軸孔對應(yīng)的位置，水平方向和垂直方向上各精銑2個(gè)找正面，以此作為參照面找正主軸孔的位置。

7 找正第1、第7主軸孔位置的方法和步驟

找正第1、第7主軸孔位置的方法和步驟如下。

1）垂直方向（Z向）找正原理如圖4所示。用百分表分別找出第1、第7主軸孔與之對應(yīng)的水平找正面1、2在Z軸方向的落差A(yù)D和BC，移動(dòng)工作臺(tái)，找出水平找正面1、2的落差EC（EC為定值）。微微松開機(jī)體壓板，以第1主軸孔端可調(diào)定位塊為支點(diǎn)，調(diào)整第7主軸孔端可調(diào)定位塊，使第7主軸孔在Z軸方向向上移動(dòng)位移FE，重新檢測落差A(yù)D和BC，若（BC－EC）和AD之差在±0.02mm之內(nèi)，則為合格，否則繼續(xù)調(diào)整[4]。完成后，夾緊機(jī)體。注意，若C點(diǎn)比D點(diǎn)低，則（BC－EC）應(yīng)為（BC＋EC）。

圖4 垂直方向找正原理

圖4說明如下：第1、第7主軸孔與之對應(yīng)的兩水平找正面的落差A(yù)D、BC和兩孔間距AB、兩水平找正面間距CD組成一個(gè)梯形ABCD，機(jī)床工作臺(tái)X軸軸線（圖4中的點(diǎn)劃線）交BC于E點(diǎn)，過D點(diǎn)作DF平行于AB，因FC很小，故平行四邊形ABFD近似于矩形，EC為水平找正面1、2在X軸方向的落差，F(xiàn)E就是第7主軸孔在垂直方向向上移動(dòng)的位移。

2）水平方向（Y向）找正原理如圖5所示。垂直方向找好后，用百分表分別找出第1、第7主軸孔與之對應(yīng)的垂直找正面3、4在Y軸方向的落差G K和H J，移動(dòng)工作臺(tái)，找出垂直找正面3、4的落差MJ。微微松開夾具壓在工作臺(tái)上的壓板，以第1主軸孔端的水平調(diào)整裝置為原點(diǎn)，調(diào)整第7主軸孔端水平調(diào)整裝置，使第7主軸孔在水平方向向右移動(dòng)位移NM，然后移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，檢測垂直找正面3、4的落差，若找正面4比找正面3高（NM＋MJ）±0.02mm，則為合格，否則繼續(xù)調(diào)整。完成后夾緊夾具壓板。注意，若J點(diǎn)比K點(diǎn)低，（NM＋MJ）應(yīng)為（NM－MJ）。

圖5 水平方向找正原理

圖5說明如下：第1、第7主軸孔與之對應(yīng)的兩垂直找正面的落差GK、HJ和兩孔間距GH、兩垂直找正面間距JK組成一個(gè)梯形GHJK，機(jī)床工作臺(tái)X軸軸線（圖5中的點(diǎn)劃線）交HJ于M點(diǎn)，過K點(diǎn)作KN平行于GH，因NJ很小，故平行四邊形KGHN近似于矩形，MJ為垂直找正面3、4在Y軸方向的落差，NM就是第7主軸孔在水平方向向右移動(dòng)的位移。

需要說明的是，兩端主軸孔垂直方向找正調(diào)整的是機(jī)體，而水平方向找正調(diào)整的是夾具，因工作臺(tái)平面度精度較高，夾具在工作臺(tái)上的微小位移不會(huì)引起兩端主軸孔垂直方向位置變化[5]，所以兩個(gè)方向調(diào)整順序不能改變。在松開壓板調(diào)整時(shí)，操作人員一定要掌握松開壓板的尺度，不能完全松開，以使機(jī)體（或夾具）能輕微移動(dòng)為好。

8 改進(jìn)后的精加工工藝

改進(jìn)后的精加工工藝為：①夾具裝在工作臺(tái)上，定位、找正和夾緊。②機(jī)體吊放在夾具上，定位、夾緊機(jī)體。③找正第1、第7主軸孔垂直、水平方向位置，確定第1、第7主軸孔和止推面坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。④加工頂面A孔系。⑤松開機(jī)體壓板，吊起機(jī)體，旋轉(zhuǎn)180°，吊放在夾具上，定位、夾緊機(jī)體。⑥找正第1、第7主軸孔垂直、水平方向位置，確定第1、第7主軸孔和止推面坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。⑦加工頂面B孔系。⑧卸下工件。

9 結(jié)束語

改進(jìn)后的工藝取消了一面兩孔定位方式，增加了找正兩端主軸孔位置工步，雖然增加了找正時(shí)間，但是解決了裝夾困難、定位不準(zhǔn)確的難題，實(shí)現(xiàn)了工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，保證了加工質(zhì)量。特別是兩個(gè)方向找正的方法，是經(jīng)過多次實(shí)踐得出的經(jīng)驗(yàn)，圖示一目了然、簡單易懂，操作人員很容易掌握，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

專家點(diǎn)評(píng)

文章針對機(jī)體精加工頂面孔工序進(jìn)行工藝分析，根據(jù)V型機(jī)體的形狀特點(diǎn)，在夾具設(shè)計(jì)和工件定位方面靈活運(yùn)用、敢于創(chuàng)新，通過找正兩端主軸孔的位置，獲得了正確的加工方法。

文章的亮點(diǎn)是機(jī)體兩端主軸孔在垂直和水平兩個(gè)方向上的找正方法，圖文清晰、簡單易懂，具有很強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。