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柴油機(jī)曲軸主油道孔加工技術(shù)

2022-5-16 來源：中車資陽機(jī)車有限公司作者：丑洋洋周藝王佳偉陳代亮

摘要：針對某系列柴油機(jī)曲軸主油道孔加工過程中不易定位、易振動、難排屑及加工效率低下等問題，通過對曲軸圖紙分析，進(jìn)行定位工裝主軸孔鉆模設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)及切削參數(shù)優(yōu)化的研究，并采用在數(shù)控鏜銑床上用不同長度的槍鉆從曲軸兩端鉆通主油道孔和導(dǎo)向絲錐手動攻絲的方法，順利完成曲軸主油道通孔的工。

曲軸作為柴油機(jī)的關(guān)鍵零部件，被稱為柴油機(jī)的心臟。曲軸每個部位的尺寸精度和形位公差精度要求都相當(dāng)高，使用壽命要求也相當(dāng)長。由于曲軸主油道孔與直油孔、斜油孔交叉接通，從而與各個軸瓦相通，所以貫穿了整個曲軸的主軸頸及曲柄。其通過回油起潤滑和冷卻作用，但加工工藝性差。

1、某曲軸主油道孔加工難點(diǎn)分析

在加工曲軸主油道孔時，存在以下加工難點(diǎn)：

（1）刀具無法定位在鉆通第1曲柄后，穿過空間到第2個曲柄再進(jìn)入鉆削狀態(tài)時刀具容易下沉，造成鉆孔位置偏下，進(jìn)而導(dǎo)致刀具受力過大而斷裂。

（2）刀具易斷裂、孔易鉆偏由于主油道孔鉆削過程中與直油孔、斜油孔相互交叉貫穿（見圖1），所以在鉆孔至交叉位置時，由于刀具細(xì)長、剛性差及強(qiáng)度低，導(dǎo)致鉆孔時刀具會產(chǎn)生偏移和振動，使刀具易斷裂、孔易鉆偏。

圖1 三孔相互交叉貫穿示意圖

（3）排屑難度大：在主軸孔加工過程中，由于主軸孔貫穿整個曲軸軸頸及曲柄，深孔較難斷屑及控制切屑的斷裂，導(dǎo)致切屑排除困難，因此易損傷已加工表面。由于刀尖在孔壁留下刀痕、振紋，切屑拉傷孔壁，導(dǎo)致表面質(zhì)量較差。加之刀具散熱條件差，在切削溫度升高后，會降低刀具使用壽命。

（4）攻絲難度大：由于曲軸連桿頸開擋小，主油道孔孔口螺紋加工空間小，導(dǎo)致無法進(jìn)行自動攻絲加工，而手工攻絲難度大，導(dǎo)致孔口螺紋不易加工。

2、加工方案設(shè)計(jì)

曲軸是發(fā)動機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，是發(fā)動機(jī)中最重要的部件之一，承受連桿傳來的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，再通過曲軸輸出并驅(qū)動發(fā)動機(jī)上其他附件工作。曲軸主油道孔作為潤滑油的通道，起潤滑和冷卻作用，所以其加工質(zhì)量的好壞也極其重要。

（1）尺寸分析

某種曲軸主油道孔直徑要求Φ25±0.1mm，孔口螺紋M27×2-6H，主油道孔壁距離連桿頸表面僅有27.5mm，其孔深2876mm，該曲軸主油道尺寸如圖2所示。

圖2 曲軸主油道尺寸

（2）表面粗糙度

曲軸主油道孔是潤滑油的通道，起潤滑和冷卻作用，因此對其表面質(zhì)量有較高的要求。例如，某曲軸的主油道孔表面粗糙度要求為Ra3.2μm

（3）加工方法的選擇

曲軸主軸孔貫穿整個曲軸，根據(jù)工藝分析，可加工主軸孔的方法介紹如下。

一方面可以采用專用刀具在專用鉆床上加工，但費(fèi)用昂貴。另一方面可以使用長度不一的多根槍鉆進(jìn)行加工，但需要購買多支槍鉆，經(jīng)濟(jì)性較低，且由于在加工過程中無導(dǎo)向定位支撐，刀具容易偏斜，導(dǎo)致刀具受力加大而斷裂。另外可以制作主軸孔鉆模做導(dǎo)向支撐，在數(shù)控鏜銑床上使用槍鉆從曲軸的兩端鉆削加工，這樣可保證主軸孔加工質(zhì)量，提高加工效率，縮短制造周期，且制造成本低。所以通過制作主軸孔鉆模（見圖3）做導(dǎo)向支撐，用槍鉆從曲軸兩端鉆主軸孔的加工方法最為合理。

圖3 主軸孔鉆模示意圖

（4）裝夾定位分析

采用數(shù)控鏜銑床加工曲軸主軸孔時，支撐架支撐3個主軸頸，將主軸孔鉆模用定位套固定在安裝面沉孔中（見圖4），并通過螺栓連接至安裝面上，固定鉆套孔口采用帶錐度固定，槍鉆鉆出曲柄處時沿著固定鉆套孔口進(jìn)入鉆套中繼續(xù)鉆入至下個曲柄中。鉆套內(nèi)徑比槍鉆直徑大0.03mm，小間隙配合鉆孔，鉆孔裝夾定位可靠。

圖4 主軸孔鉆模安裝示意圖

（5）編制數(shù)控加工程序

通過繪圖測量曲軸兩端距離曲軸中心的位置鉆通主軸孔（見圖5），從自由端鉆孔鉆至第8曲柄并鉆通，從輸出端鉆孔鉆至第7曲柄并鉆通，從自由端鉆孔刀具長度必須大于1523mm，從輸出端鉆孔刀具長度必須大于1223mm，確定好鉆孔長度，進(jìn)行鉆孔加工程序編制。為了保證加工質(zhì)量，程序編制時考慮交叉孔處、鉆孔入口、出口處及鉆削過程中設(shè)置不同的加工參數(shù)。

圖5 鉆孔長度示意圖

由于在鉆主軸孔時要使用主軸孔鉆模做定位工裝，在每鉆通一個位置時，就需要移動鉆模安裝至下一個曲柄處，因此程序編制時采用鉆通一段距離后刀具退出，并進(jìn)行重復(fù)加工的方式。

3、加工步驟

（1）曲軸裝夾找正

將曲軸吊裝至數(shù)控鏜銑床支撐架上，千分表裝至鏜銑床銑頭上，第1連桿頸豎直朝上。然后通過測量曲軸連桿頸與主軸頸位置，找正曲軸中心等高，后用千分表繞軸頸圓周再次找正曲軸中心，找正后壓緊曲軸。

（2）對刀

將數(shù)控鏜銑床銑頭移動至曲軸端面，進(jìn)行程序加工零點(diǎn)測量，對刀后將對刀參數(shù)輸入機(jī)床。

（3）鉆孔

選擇程序，先用Φ20mm的淺孔鉆鉆30mm深的引孔，為槍鉆起導(dǎo)向和支撐作用。再換長度1650mm、Φ25mm的槍鉆鉆主軸孔，鉆孔至16曲柄并鉆通后退出刀具。鉆孔入口處、交叉孔處及出口處，降低刀具切削參數(shù)為正常鉆削參數(shù)的1/3，以減小刀具切削力的不均衡性，有效減少了斷刀現(xiàn)象的發(fā)生，鉆孔后檢測孔的質(zhì)量達(dá)到圖紙要求。

（4）安裝定位導(dǎo)向工裝

安裝主軸孔鉆模至第8連桿頸，并使鉆模的固定鉆套內(nèi)孔中心與曲軸主軸孔中心重合。

（5）繼續(xù)鉆孔

選擇程序，使用長度1650mm、Φ25mm的槍鉆鉆主軸孔，鉆孔至14曲柄并鉆通后退出刀具，檢測鉆孔的質(zhì)量達(dá)到圖紙要求。

（6）依次重復(fù)（4）、（5）步驟，從自由端鉆孔至第8曲柄并鉆通；鏜銑床角度頭旋轉(zhuǎn)180°，重復(fù)（2）至（5）步驟，從輸出端鉆孔至第7曲柄并鉆通，使得曲軸主軸孔鉆孔完成。

（7）使用前導(dǎo)向?yàn)?Phi;25mm的M27×2-6H的導(dǎo)向絲錐進(jìn)行手動攻絲，并檢測螺紋通止合格，曲軸加工至成品狀態(tài)如圖6所示。

圖6 曲軸成品狀態(tài)

4、結(jié)束語

通過對曲軸主軸孔加工技術(shù)的研究并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證加工，充分挖掘數(shù)控鏜銑床的加工潛力，運(yùn)用現(xiàn)代化數(shù)字加工技術(shù)，不僅順利完成了曲軸主軸孔的加工任務(wù)，而且使數(shù)控鏜銑床能夠更加合理化應(yīng)用于曲軸生產(chǎn)加工。曲軸主軸孔鉆孔、攻絲后，經(jīng)過質(zhì)量檢查、檢測，尺寸及粗糙度均滿足圖紙要求。因此該主軸孔加工方法得到認(rèn)可，并將其加工方式推廣應(yīng)用于其他類似曲軸主軸孔加工。

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