新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)飛輪殼孔系和結(jié)合面的加工方案

 

摘要：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼產(chǎn)品為典型殼類產(chǎn)品，本文以具體產(chǎn)品為例介紹了產(chǎn)品功能、加工難點(diǎn)及加工方案；設(shè)計(jì)了自動(dòng)化、柔性化程度不同的三種加工工藝方案，并分析各自特點(diǎn)。飛輪殼安裝于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與發(fā)電機(jī)之間，外接缸體、起動(dòng)機(jī)、油底殼，內(nèi)置飛輪總成，起到連接機(jī)體、防護(hù)和載體的作用。

 

一、飛輪殼孔系加工方案

 

       如圖1所示是康明斯柴油發(fā)電機(jī)組飛輪殼典型關(guān)鍵尺寸技術(shù)要求簡(jiǎn)圖。為保證各孔及油底殼面至定位銷孔孔距尺寸，必須將2-φ18_+0.018mm的定位銷孔、油底殼面、中心孔φ140mm（即曲軸安裝孔）安排在同一道工序內(nèi)完成，減少二次裝夾帶來(lái)的定位誤差，特別是中心孔φ140_+0.063mm的加工，此中心孔除了位置精度要求較高外同，此孔還是一個(gè)階梯孔，與缸體結(jié)合面不在同一個(gè)方向上。應(yīng)φ140_+0.063mm的中心孔與2個(gè)φ18_+0.018mm的定位銷孔在一道工序內(nèi)完成，減少二次定位帶來(lái)的誤差。

1、中心孔的加工工藝設(shè)計(jì)

      中心孔即曲軸油封安裝孔，由于中心孔是階梯孔，結(jié)構(gòu)如圖2所示。為了保證產(chǎn)品的精度要求，刀具只能從缸體結(jié)合面方向進(jìn)入，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，加工上只能選擇特殊的刀具：用階梯銑刀粗銑φ140mm孔；用精鏜刀背鏜φ140mm的中心孔。背鏜加工原理如圖3所示，刀具中心至B點(diǎn)后，主軸準(zhǔn)停，主軸沿刀尖的反方向偏移Q，然后快速定位至孔底Z點(diǎn)，再沿刀尖正向偏移Q至E點(diǎn)，主軸正轉(zhuǎn)，刀具向上工進(jìn)至R點(diǎn)，在R點(diǎn)主軸再準(zhǔn)停，刀具反向偏移Q，快退離開(kāi)工件。

2、定位銷孔精加工工藝設(shè)計(jì)

      兩定位銷孔孔徑及中心孔距要求較為嚴(yán)格，精加工刀具有兩種方案：鉸孔和鏜孔。

       在鏜刀選擇上應(yīng)采用具有高精度微調(diào)機(jī)構(gòu)的刀具，最小可調(diào)刻度1μm/φ。加工過(guò)程中，如孔徑尺寸發(fā)生變化，可通過(guò)調(diào)整圖片中的微調(diào)機(jī)構(gòu)對(duì)孔徑進(jìn)行調(diào)整。

      綜合分析并結(jié)合現(xiàn)有刀具的制造水平，應(yīng)優(yōu)先采用精鏜孔工藝完成兩銷孔加工。經(jīng)驗(yàn)證，加工精度滿足產(chǎn)品要求，C_pk過(guò)程能力達(dá)到1.62。數(shù)據(jù)分析如圖4所示。

 

圖1  柴油機(jī)飛輪殼產(chǎn)品尺寸圖	圖2  曲軸油封安裝孔結(jié)構(gòu)局部放大圖
圖3  曲軸油封安裝孔背鏜加工原理	圖4  飛輪殼定位銷孔過(guò)程能力分析

 

二、與缸體結(jié)合面加工方案

 

      缸體結(jié)合面即為基準(zhǔn)A面，該面表面粗糙度要求為R_a1.6，采用常用的銑削工藝即可滿足粗糙度要求，關(guān)鍵是0.05mm的平面度要求較為嚴(yán)格。由于產(chǎn)品平面度精度要求較高，如果通過(guò)銑削加工方式來(lái)保證，還需要通過(guò)銑削工藝試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，表1是工藝試驗(yàn)參數(shù)說(shuō)明。

表1  工藝試驗(yàn)參數(shù)說(shuō)明

 

      通過(guò)驗(yàn)證，設(shè)備能夠滿足產(chǎn)品加工精度要求，但產(chǎn)品平面度與工裝夾緊變形關(guān)系密切，只要減少夾緊變形，銑削工藝即可滿足產(chǎn)品要求（夾具結(jié)構(gòu)如圖5所示）。為此通過(guò)試驗(yàn)，工藝上采用“銑兩遍”的方式，解決了夾緊變形對(duì)平面度的影響，即：平面A預(yù)留0.1mm的加工余量，待該工序（即A面及其上孔系）加工完成后，松開(kāi)夾緊，重新用較小的夾緊力壓緊，對(duì)A面再次進(jìn)行精銑。結(jié)果驗(yàn)證，這樣加工后的產(chǎn)品能夠滿足圖樣樣要求，數(shù)據(jù)分析如圖6所示，通過(guò)分析，C_pk過(guò)程能力達(dá)到1.87。

 

圖5  缸體結(jié)合面夾具結(jié)構(gòu)圖

圖6  飛輪殼和缸體結(jié)合面平面度過(guò)程能力分析

 

三、油底殼面加工方案

 

      由于產(chǎn)品精度要求較高，只有±0.02mm，為了保證加工過(guò)程中刀具更換的穩(wěn)定性、減少刀具擺差以及提高刀具的剛性，應(yīng)采用液壓刀柄，以獲得高的夾持回轉(zhuǎn)精度（＜0.003m m）和重復(fù)夾緊精度（＜0.002mm）、穩(wěn)定可靠的夾緊力，并具有阻尼減震性能等。采用

立式加工中心，用硬質(zhì)合金立銑刀加工，通過(guò)加工驗(yàn)證，此加工方案能夠滿足圖樣要求。

 

四、螺栓窩座反锪加工方案

 

      從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)上分析，因刀具無(wú)法從發(fā)電機(jī)安裝面方向進(jìn)入，只能從缸體結(jié)合面（基準(zhǔn)面A）方向采用“反锪”。

1、方案一

      采用進(jìn)口專用反锪刀具在立式加工中心上進(jìn)行加工。

2、方案二

       采用自制專用反向锪刀，在鉆床上，人工裝卸刀具完成加工。

3、兩種方案比較

（1）方案一操作簡(jiǎn)單，但刀具前期投入成本較高，且刀具剛性較差，當(dāng)毛坯余量發(fā)生變化，特別是毛坯內(nèi)壁余量變化，存在刀具“單邊”切削情況，易出現(xiàn)打刀情況。

（2）方案二操作較方案一繁瑣，但是刀具成本低，且刀具剛性好，當(dāng)毛坯尺寸變化時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)打刀現(xiàn)象。

      綜合分析，當(dāng)毛坯鑄造質(zhì)量較好時(shí)，優(yōu)選方案一；產(chǎn)品批量較小時(shí)宜采用方案二。

 

五、止口面加工方案

 

      止口面及中心孔車削工藝采用立式數(shù)控車床加工完成，工裝采用兩銷一面（2-φ18mm孔和基準(zhǔn)面A）定位夾緊進(jìn)行加工，其難點(diǎn)主要是保證0.05mm的平行度，影響平行度的主要因素是工件的裝夾及加工變形，因此控制夾緊力和加工過(guò)程中的變形是該工序的關(guān)鍵。定位裝夾方式如圖7所示。

（1）夾具定位面基面自車，保證定位面的平面度；夾具設(shè)計(jì)上采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)壓緊，減少夾緊變形。

（2）零件底部近1/2部分懸空，加工時(shí)懸空部分易產(chǎn)生震紋及加工變形，必須在懸空部位設(shè)置輔助支撐，其輔助支撐是設(shè)計(jì)關(guān)鍵。輔助支撐的設(shè)計(jì)也對(duì)加工質(zhì)量有著極大的影響，其中最關(guān)鍵的就是既要起到“支承”的作用又要防止鎖緊時(shí)將工件“頂起”產(chǎn)生變形。

      如圖8所示是杰根斯手動(dòng)輔助支撐，由于采用精確雙鎖夾鉗從兩邊夾緊支撐體，產(chǎn)生類似虎鉗的動(dòng)作機(jī)制，實(shí)踐驗(yàn)證鎖緊抬起量＜6mm，解決了鎖緊夾緊抬起變形問(wèn)題，穩(wěn)定可靠。由于此種手動(dòng)輔助支撐，克服了傳統(tǒng)手動(dòng)輔助支撐的缺點(diǎn)，又比液壓輔助支撐夾具制

造簡(jiǎn)單，不需要設(shè)計(jì)專門的液壓油路，使用方便，適宜多品種加工。通過(guò)輔助支撐的合理運(yùn)用，避免了剛性不足及夾緊變形對(duì)加工精度的影響。

 

圖7  飛輪殼止口面加工裝夾圖

圖8  杰根斯手動(dòng)輔助支撐

 

六、設(shè)備選型

 

1、加工中心選型

      為保證產(chǎn)品定位銷孔、中心孔、油底殼面的加工尺寸要求(±0.02mm），設(shè)備（立式加工中心）的合理選擇是關(guān)鍵，因?yàn)檫@些尺寸跟設(shè)備的精度有很大關(guān)系。

      考慮到成本因素，可選用的立式加工中心目前常用的有兩種：一種是帶光柵尺的全反饋系統(tǒng)；另一種是不帶光柵尺的半反饋系統(tǒng)。從價(jià)格上來(lái)看，第一種設(shè)備目前大約100萬(wàn)元左右，而第二種只需要50萬(wàn)元左右。通過(guò)實(shí)際加工驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)設(shè)備能夠滿足產(chǎn)品要求：孔中心距250±0.02；208±0.02，過(guò)程能力Cpk均大于1.67，表明不帶光柵半反饋系統(tǒng)的設(shè)備的精度是能夠足產(chǎn)品圖樣要求的。

2、數(shù)控車床選型

      由于飛輪殼尺寸較大、零件較重，為裝夾方便宜采用立式數(shù)控車床。在機(jī)床刀塔選型上應(yīng)給予重視：最為常見(jiàn)有兩種刀塔結(jié)構(gòu)，如圖13所示為立式刀塔，該結(jié)構(gòu)刀具的安裝數(shù)量較多，適宜加工工件高度不高盤類零件；飛輪殼工件高度較大，有些零件結(jié)構(gòu)缸體結(jié)合面中心孔也需車削加工，則適宜選擇如圖14所示的臥式刀塔。

      由于飛輪殼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，數(shù)控車削內(nèi)容較少，所需的刀具數(shù)量也較少，并且機(jī)床刀塔部分是最易出現(xiàn)故障的地方，因此，最好的選擇是采用“排刀”方案。采用排刀方案，不僅可取消機(jī)床刀塔降低設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用，并且能夠提高加工效率，消除了機(jī)床出現(xiàn)換刀故障的隱患。但是必須通過(guò)設(shè)計(jì)布刀圖確定刀具型號(hào)、加工路徑，防止出現(xiàn)超行程以及刀具與夾具、工件發(fā)生碰撞。

 

結(jié)語(yǔ)：

      隨著新一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)浪潮的來(lái)臨，自動(dòng)化、智能化已成為傳統(tǒng)制造業(yè)繼續(xù)生存的必由之路。新的工藝設(shè)計(jì)理念不斷出現(xiàn)，將傳統(tǒng)組合機(jī)工藝特點(diǎn)與數(shù)控加工工藝特點(diǎn)相融合，針對(duì)不同類型工件的定制“數(shù)控專機(jī)”，不僅發(fā)揮了傳統(tǒng)專機(jī)高效的特點(diǎn)，而且具備了數(shù)控設(shè)備高精度和通用（一定柔性）的特點(diǎn)，并充分考慮機(jī)械手自動(dòng)上下料的方便性。同時(shí)，新型刀具、夾具和檢測(cè)技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，特別是機(jī)床在線自動(dòng)檢測(cè)與找正技術(shù)的應(yīng)用，大幅降低了工裝定位精度的要求和夾具的復(fù)雜程度，甚至顛覆了傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的一些禁忌，使得工藝設(shè)計(jì)更加靈活。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)零部件質(zhì)量要求不斷提高、成本不斷降低的市場(chǎng)背景下，零部件制造正朝著自動(dòng)、高效、主動(dòng)測(cè)量（自動(dòng)補(bǔ)正）方向快速發(fā)展。

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