柴油機曲軸主油道孔加工技術
2022-5-16 來源：中車資陽機車有限公司 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，進行定位工裝主軸孔鉆模設計、程序設計及切削參數(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。
曲軸作為柴油機的關鍵零部件，被稱為柴油機的心臟。曲軸每個部位的尺寸精度和形位公差精度要求都相當高，使用壽命要求也相當長。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分析
在加工曲軸主油道孔時，存在以下加工難點：
（1）刀具無法定位在鉆通第1曲柄后，穿過空間到第2個曲柄再進入鉆削狀態(tài)時刀具容易下沉，造成鉆孔位置偏下，進而導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，由于刀具細長、剛性差及強度低，導致鉆孔時刀具會產(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，導致表面質量較差。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，導致無法進行自動攻絲加工，而手工攻絲難度大，導致孔口螺紋不易加工。
2、加工方案設計
曲軸是發(fā)動機的主要旋轉機構，是發(fā)動機中最重要的部件之一，承受連桿傳來的力，并將其轉變?yōu)檗D矩，再通過曲軸輸出并驅動發(fā)動機上其他附件工作。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，但費用昂貴。另一方面可以使用長度不一的多根槍鉆進行加工，但需要購買多支槍鉆，經(jīng)濟性較低，且由于在加工過程中無導向定位支撐，刀具容易偏斜，導致刀具受力加大而斷裂。另外可以制作主軸孔鉆模做導向支撐，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入鉆套中繼續(xù)鉆入至下個曲柄中。鉆套內徑比槍鉆直徑大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，進行鉆孔加工程序編制。為了保證加工質量，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，并進行重復加工的方式。
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，進行程序加工零點測量，對刀后將對刀參數(shù)輸入機床。
（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，鉆孔后檢測孔的質量達到圖紙要求。
（4）安裝定位導向工裝
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，檢測鉆孔的質量達到圖紙要求。
（6）依次重復（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180°，重復（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）使用前導向為Φ25mm的M27×2-6H的導向絲錐進行手動攻絲，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、結束語
通過對曲軸主軸孔加工技術的研究并結合生產(chǎn)實踐進行驗證加工，充分挖掘數(shù)控鏜銑床的加工潛力，運用現(xiàn)代化數(shù)字加工技術，不僅順利完成了曲軸主軸孔的加工任務，而且使數(shù)控鏜銑床能夠更加合理化應用于曲軸生產(chǎn)加工。曲軸主軸孔鉆孔、攻絲后，經(jīng)過質量檢查、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可，并將其加工方式推廣應用于其他類似曲軸主軸孔加工。
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