發(fā)動機缸體曲軸孔鉸珩加工設(shè)備及加工工藝分析
2019-2-15 來源： 上汽通用五菱汽車股份有限公司 作者：武 書
摘 要：發(fā)動機缸體作為發(fā)動機核心的部件之一，直接影響著發(fā)動機的性能。發(fā)動機曲軸通過軸瓦支撐，安裝在缸體曲軸孔上。缸體曲軸孔支撐整個發(fā)動機曲軸，是發(fā)動機的動力輸出的核心的部位之一。因此，缸體曲軸孔需要通過鉸珩加工來保證加工精度，確保整個發(fā)動機的性能。
關(guān)鍵詞：缸體曲軸孔；鉸珩加工；加工工藝分析
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車已經(jīng)逐步成為人們生活中必不可少的一種生活工具。汽車行業(yè)已成為我國重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)支柱。發(fā)動機作為汽車的動力核心部件，始終制約著我國的經(jīng)濟發(fā)展。發(fā)動機缸體作為發(fā)動機核心的部件之一，直接影響著發(fā)動機的性能。
發(fā)動機曲軸通過軸瓦支撐，安裝在缸體曲軸孔上，缸體曲軸孔支撐整個發(fā)動機曲軸，是發(fā)動機的動力輸出的核心的部位之一。因此，為了確保缸體曲軸孔的精度，通常采用鉸珩的精加工工藝來保證其最終的產(chǎn)品尺寸要求。本文將會介紹一種完全進口的美國 NAGEL 珩磨機的設(shè)備的加工原理、加工工藝以及設(shè)備加工過程的調(diào)整與質(zhì)量控制。
1 、設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理
該進口的美國 NAGEL 珩磨機設(shè)備主要分為三大系統(tǒng)：機械系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)。機械系統(tǒng)包括：機床主體結(jié)構(gòu)，其主要功能是給整個夾具、主軸等提供有效的支撐；定位夾緊部分，該結(jié)構(gòu)功能主要提供加確保工件在機床的固定位置，特別是相對于機床加工主軸的位置，從而確保其加工結(jié)果的精度；主軸導(dǎo)軌部分，主要為了加工提供機械結(jié)構(gòu)支撐。
伺服控制系統(tǒng)包括：漲刀控制部分，曲軸孔鉸珩采用的刀具壽命較高，在加工過程中刀具會不斷的磨損，刀具磨損后為了確保加工直徑的合格，在加工過程中，漲刀系統(tǒng)會根據(jù)測量結(jié)果進行實時補償；進給控制部分，主要是用于控制加工進給速度、主軸轉(zhuǎn)速及主軸退回速度；測量控制部分，該系統(tǒng)有兩個作用：一是在線百分百測量，確保加工結(jié)果百分之百合格，及時剔除不合理工件；二是，將測量結(jié)果反饋給漲刀系統(tǒng)，為漲刀系統(tǒng)實時補償提供參數(shù)依據(jù)。人機交互系統(tǒng)，主要載體是 HIM，用于操作人員指令輸入，珩磨加工過程受各方面的影響，現(xiàn)場的操作人員根據(jù)實際情況實時調(diào)整加工參數(shù)來控制加工質(zhì)量。
2、加工工藝過程
2.1 加工工藝
本文以一款四缸直列發(fā)動機缸體曲軸孔鉸珩工藝來說明，在制造過程中如何確保最終產(chǎn)品尺寸要求。曲軸孔的加工工藝大致分為 4 大步驟：粗鏜曲軸孔半圓；安裝曲軸主軸承蓋；半精（精）鏜曲軸孔；鉸珩曲軸孔。
鉸珩曲軸孔的工藝主要是為了確保最終的直徑、粗糙粗、圓度的要求，曲軸孔的位置度主要
通過精鏜來得到保證，鉸珩對位置度的修復(fù)能有限，幾乎可以忽略不計。缸體曲軸孔鉸珩加工機械示意圖，如圖 1 所示，工件采用一面兩銷定位，通過夾緊壓板來壓緊缸體頂面。
鉸珩加工刀具連接在主軸上，通過加工滑行平臺，保證加工的進給跟返回。刀具與主軸連接成一體，類似一根細長軸，具有一定的柔性，在主軸達到一定的轉(zhuǎn)速的情況下，主軸具有一定的矯正能力。
因此，在機床主軸相對工件同軸度滿足條件的條件下，刀具的導(dǎo)條將會影響到曲軸孔的加工質(zhì)量。
2.2 刀具結(jié)構(gòu)及加工參數(shù)選定
鉸珩所采用的刀具屬于特殊刀具。曲軸孔的加工刀具的選擇及設(shè)計取決于需要加工缸體每檔曲軸孔之間的間隙以及曲軸孔的軸向?qū)挾取Ｔ摳左w鉸珩加工選擇的刀具如圖 2 所示。
包含區(qū)域 1 前導(dǎo)條、區(qū)域 2 加工刀具砂條、區(qū)域 3 后導(dǎo)條、區(qū)域 4 與主軸連接及漲刀連桿。前導(dǎo)條主要是在加工過程中起導(dǎo)向作用，避免加工時晃動大。加工砂條的作用，切削多余加工余量，保證最終產(chǎn)品尺寸。刀具的后導(dǎo)條的作用是在刀具加工完成后，退刀起到導(dǎo)向作用，防止曲軸孔被碰傷。
刀具設(shè)計要求：前導(dǎo)條的長度要求能夠滿足 3 個曲軸孔的導(dǎo)向，如 3 圖所示。這樣可以保證導(dǎo)向的穩(wěn)定性，進而保證加工質(zhì)量。切屑砂條的直徑設(shè)計：為了確保切屑的平穩(wěn)性，切削砂條需設(shè)計成錐度過渡。如下圖 4 所示，整個砂條長度為 150 mm，前段初始直徑為 準52.95（-0.01，0）mm 到 120 mm 處，按圓錐過渡至直徑 準53.01（-0.01，0）mm，最后 30 mm 處的直徑要求為 準53.01（-0.01，0）mm，為產(chǎn)品最后的要求尺寸。刀具后導(dǎo)條，只是在刀具返回時，起到導(dǎo)向作用。
因此，在盡量減少設(shè)備的整體空間要求下，只要滿足2 個曲軸孔同時導(dǎo)向，就能完成導(dǎo)向的作用。該缸體加工所用的刀具的相關(guān)參數(shù)如下表 1 所示.
鉸珩曲軸孔的加工余量設(shè)定與前道加工工序的質(zhì)量有關(guān)，一般情況下，珩磨的加工余量越小加工成本越低，質(zhì)量控制越好。本文涉及的機型的鉸珩加工余量為 0.03 mm.正常工藝控制情況下，要求加工余量不小于以下計算結(jié)果：缸體曲軸孔的加工參數(shù)包含主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、返回速度。
加工參數(shù)的選擇，影響加工質(zhì)量跟加工節(jié)拍（成本）。主軸的轉(zhuǎn)動是切屑加工的動力來源，主軸轉(zhuǎn)速過快會導(dǎo)致主軸震動大、切削力過大等，從而造成加工質(zhì)量不穩(wěn)定、曲軸孔圓度差、加工變形等質(zhì)量問題。
主軸轉(zhuǎn)速慢會導(dǎo)致切削力不夠，工件切不動且加工效率低等問題，根據(jù)實際工況條件本機選擇的主軸轉(zhuǎn)速為 360 r/min。
加工的進給速度跟加工過程中刀具的導(dǎo)向狀態(tài)有關(guān)，切屑進給是工件能夠持續(xù)加工的前提條件，進給過快將會導(dǎo)致工件切屑力過大，導(dǎo)致加工變形，刀具砂條擠傷脫落以及加工不充分問題。進給速度過慢，將會導(dǎo)致曲軸孔過量加工，工件直徑超差。本機選擇的切削參數(shù)如下表 2 所示。
該直列發(fā)動的缸體的曲軸孔鉸珩加工共分為五個階段，分別如下：第一階段：快速進給。該階段刀具從機床的零點開始到刀具的前導(dǎo)條進入到曲軸孔中，但是砂條還未接觸到待加工曲軸孔，留有一定的安全距離，最終進給位置如下圖 5 所示，該階段主要是讓刀具貼近加工曲軸孔，進給需要盡量快，以保證加工節(jié)拍。
第二階段：第一進給。該階段刀具前導(dǎo)條有 3 個曲軸孔作為導(dǎo)向支撐，導(dǎo)向效果好，是所有正常切削過程中進給最快的階段，直至前導(dǎo)向開始變成 2 個軸孔作為導(dǎo)向支撐，第一進給的最終進給位置如圖 6 所示。
第三階段：第二進給。該階段刀具前導(dǎo)條有 2 個曲軸孔作為導(dǎo)向支撐，此時導(dǎo)向效果開始下降，但加工過程比較穩(wěn)定，此時的進給較第一進給時有所降低，該進給速度一直持續(xù)到前導(dǎo)條為單個曲軸孔作為導(dǎo)向支撐，其最終進給的位置如圖 7 所示。
第四階段：第三進給。該階段刀具前導(dǎo)向由 1 個曲軸孔過渡到無導(dǎo)向支持，但是此時切削的砂條還處于錐度切削還還未達到成品加工砂條階段。此時砂條加工的狀態(tài)容易晃動，只能通過不斷降低進給速度保證加工質(zhì)量，其加工的最終位置如圖 8 所示。
第五階段：最終進給。該階段最后一個曲軸孔即將完成加工，此時加工晃動大，進給降到最低。由于設(shè)計刀具最后成型的直徑長度為 30 mm，而最后一檔曲軸孔的軸向?qū)挾葹?20 mm，所以最終為了保證加工質(zhì)量，刀具沒有完全伸出到最后一個加工曲軸孔外，只是在最終進給位置停留
1~2 s 的時間，同時也是為了確保在返回的過程的發(fā)生碰撞。其加工最終位置如圖 9 所示。
刀具退回，由于本設(shè)備采用的是自動漲刀系統(tǒng)，刀具可以根據(jù)測量值自動漲刀，但不具備自動收刀功能，加工主軸又具有一定的浮動量，所以工件加工完成后，退刀時，刀具會再次碰到曲軸孔表面。因此，退回速度慢，將會導(dǎo)致曲軸孔直徑被二次加工，曲軸孔直徑超上差。退回速度過快可能導(dǎo)致曲軸孔直徑碰傷、拉傷等問題。本機采用的退回速度為 120mm/min，如果采用自動收刀，那么退回速度可以進一步提升。
3 、結(jié)束語
缸體曲軸孔鉸珩加工是一種復(fù)雜的加工工藝過程，加工質(zhì)量受到加工環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、加工方式的等因素的影響，在日常的生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實際情況，實時調(diào)整控制加工參數(shù)，從而來確保最終的產(chǎn)品加工質(zhì)量。目前國內(nèi)珩磨加工技術(shù)還比較落后，大多數(shù)發(fā)動機缸體加工所需的機床均是靠進口。珩磨加工的技術(shù)的國產(chǎn)化，還有很長的一段路要走，需要一代代工程人的不懈努力與奮斗。
投稿箱：
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年1月 新能源汽車銷量情況
- 2024年12月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年12月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年12月 軸承出口情況
- 2024年12月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年12月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 分地區(qū)金屬切削機床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 軸承出口情況
- 2024年11月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2024年11月 新能源汽車銷量情況
- 2024年10月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)