某結(jié)構(gòu)復(fù)雜曲軸箱的加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控程序編制

姜永梅

（哈爾濱理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，哈爾濱 150080）

某結(jié)構(gòu)復(fù)雜曲軸箱的加工工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控程序編制

姜永梅

（哈爾濱理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，哈爾濱 150080）

1 應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)加工復(fù)雜曲軸的必要性

傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)系統(tǒng)本著為“大規(guī)?！鄙a(chǎn)服務(wù)的思路，其生產(chǎn)組織方式落后，設(shè)備與操作工人的存在著分工協(xié)調(diào)問題，嚴(yán)重影響新產(chǎn)品的開發(fā)制造質(zhì)量及進(jìn)度，生產(chǎn)周期較長。由于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的制造工序之間缺乏嚴(yán)格的檢驗(yàn)監(jiān)督，加工產(chǎn)品只有在終檢時(shí)才能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，一次成功率低下，廢品率次品率較高。

目前國內(nèi)箱體類零件制造和產(chǎn)品加工相對獨(dú)立化，往往不經(jīng)過市場需求分析，對項(xiàng)目往往缺乏可行性和經(jīng)濟(jì)效益評估。而國內(nèi)外曲軸箱體加工行業(yè)已朝著高速、高效、高精度、全數(shù)控功能復(fù)合，柔性，智能化，綠色環(huán)保制造網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

數(shù)控機(jī)床以及由數(shù)控機(jī)床組成的柔性化制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)機(jī)械加工裝備產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)數(shù)控機(jī)床成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要制造裝備。數(shù)控加工的本質(zhì)就是為解決復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的。早在20世紀(jì)60年代，國外航空工業(yè)在加工一些具有連續(xù)平滑而復(fù)雜的自由曲面大件時(shí)，就已開始采用了。為此，本文利用數(shù)控技術(shù)，以加工中心為制造依托工具，形成了自主核心曲軸箱加工技術(shù)。應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)加工復(fù)雜衢州能夠提高加工企業(yè)的競爭力。

2 零件技術(shù)條件與加工特點(diǎn)分析

本文所舉的曲軸箱零件實(shí)例如圖1所示，為了方便敘述對各孔進(jìn)行了編號。首先對曲軸箱的軸孔精度、軸孔位置精度和平面精度技術(shù)條件進(jìn)行分析。1）軸孔精度:箱體軸孔的尺寸精度、粗糙度和形狀精度要求都相對比較高，期中曲軸軸承孔（即1號孔）要求最高：尺寸精度為IT6，其余軸承孔為IT6和IT7。2）軸孔位置精度:各軸承孔的位置度對于曲軸軸承孔為0.04mm。3）平面精度：合箱面和側(cè)蓋接合面平面度要求為0.05mm，保障發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的密封性，防止?jié)櫥蜐B漏。

圖1 零件正反兩面外觀、各孔編號圖

該曲軸箱零件加工特點(diǎn)如下：1）各孔之間的相互位置要求比較高，1-4孔之間為±0.03mm，其余各孔要求為±0.05mm，同時(shí)各孔光潔度要求為Ra1.6，橢圓度為0.005mm。2）1孔與7孔(凸輪軸孔)實(shí)際上分別各為2孔：1孔為φ68孔與φ50孔,7孔為φ25孔與φ12孔。這四個(gè)孔的同心度要求為0.03mm，且φ68孔與φ12孔，φ25孔與φ12孔之間距離公差為0.02mm。

因此，加工該復(fù)雜的曲軸箱這四個(gè)孔（φ68、φ12、φ25和φ12孔）時(shí)必須要求所采用的機(jī)床精度高，裝夾必須采取一次裝夾。而一次裝夾，常規(guī)的刀具無法滿足切削要求，因而必須設(shè)計(jì)專用刀具（型號CCMT060204LF-K313的美國肯納公司刀片）。而其他孔的加工其余刀具大量采用復(fù)合刀具，對各孔只用一把刀具加工，不進(jìn)行粗加工，但雖然是一把刀具加工，一把刀具上同時(shí)具有粗精刀片，粗精刀具在同一刀體上，對刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求更高。

3 加工中心加工曲軸箱工藝路線設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)箱體類零件的加工工藝必須遵循先面后孔的工藝原則。 由于本文應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)利用加工中心對復(fù)雜結(jié)構(gòu)曲軸箱進(jìn)行加工，設(shè)計(jì)的時(shí)候還得考慮如下幾個(gè)方面：1）根據(jù)曲軸箱的毛坯，在熟悉現(xiàn)有加工中心機(jī)床的種類的基礎(chǔ)上，確定曲軸箱是否要進(jìn)行加工中心工序前的預(yù)加工以及后續(xù)加工。2）設(shè)計(jì)曲軸箱工藝路線時(shí)要照顧各個(gè)方向的尺寸，而且留給加工中心的余量要充分且均勻。3）一次定位裝夾中盡量完成預(yù)加工面在內(nèi)的所有步驟，否則要留一定的精加工余量?；蛘撸乖擃A(yù)加工面與加工中心工序的定位基準(zhǔn)，有一定的尺寸精度和位置精度要求。4）加工質(zhì)量要求高的面或者孔，應(yīng)盡量將粗、精加工分開進(jìn)行。

曲軸箱的加工是先加工平面，再加工孔系，先加工主要面，再加工次要面，并且應(yīng)提高作為精基面的合箱面的加工精度。

基于以上的設(shè)計(jì)原則研究與分析，本文對該曲軸箱設(shè)計(jì)出如下的加工工藝路線（前提是預(yù)加工完成），主要說明加工孔的工藝路線：1）精銑合箱面；2）精銑蓋面；3）以7和12毛坯孔定位一次精加工2至6孔，粗加工1孔深度尺寸至45.2mm。4）以4號孔（兩個(gè)）定位，加工蓋面1, 7, 8, 9, 10,11, 12孔（1孔反鏜，其余孔正鏜）。步驟3）中粗加工1孔式因?yàn)?孔精加工是在背面加工，只能反鏜。由于反鏜刀具可以加工孔壁，對孔的底平面不能加工，因而本文做如此設(shè)計(jì)。

下面詳細(xì)介紹對54o-0.02mm（曲軸孔到凸輪軸孔中心距離）的工藝方案：利用第四軸加工中心一次裝夾加工：先將φ68與φ50加工完后，旋轉(zhuǎn)180°，同時(shí)機(jī)床進(jìn)行換刀動(dòng)作，工作臺移動(dòng)，走位到φ25及φ12處進(jìn)行加工。

4 切削用量的選擇

確定合理的切削深度、進(jìn)給量和切削速度，在保證曲軸箱加工質(zhì)量的前提下，降低加工成本和提高勞動(dòng)效率。目前許多加工工廠在選擇切削用量的時(shí)候仍然憑借經(jīng)驗(yàn)確定，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代切削加工的需求，造成很大的生產(chǎn)浪費(fèi)或?qū)е律a(chǎn)事故。因此，本文應(yīng)用切削理論、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析方法，確定切削用量的組合。

5 曲軸箱孔加工的數(shù)控程序編制

在應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)的曲軸箱零件時(shí)，除了設(shè)計(jì)科學(xué)的加工工藝路線和確定合理的切削參數(shù)以外，對數(shù)控程序也有要求。編制可靠、高效、通用性強(qiáng)的數(shù)控加工程序也是保證加工箱體類零件質(zhì)量的重要一環(huán)。

在確定該曲軸箱加工工藝路線后，由于數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作，編程時(shí)往往會(huì)采用循環(huán)指令，但是循環(huán)指令對細(xì)微的加工動(dòng)作無法做到精確，因此本文選擇通過簡單指令的有效組合來進(jìn)行編程。同時(shí)，本文在進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，對所加工零件進(jìn)行了簡要數(shù)學(xué)分析，盡量使用簡單的數(shù)學(xué)公式去表達(dá)各加工參數(shù)。編程對各個(gè)參數(shù)的設(shè)定可以不加修改主要程序，而只需要對參數(shù)進(jìn)行簡單修改，就能很好地控制零件的加工精度，而且能夠避免了人為輸入程序錯(cuò)誤，提高了編程效率的同時(shí)保障了編程的質(zhì)量。下面摘取部分曲軸箱孔類加工的數(shù)控程序如圖2所示。

6 結(jié)束語

本文是基于先進(jìn)制造技術(shù)的對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體類零件的工藝研究用，在確定加工工藝路線和選擇合適的切削參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)控技術(shù)對復(fù)雜工藝零件設(shè)計(jì)開發(fā)，對孔類加工進(jìn)行了數(shù)控程序編制。通過實(shí)踐證明，利用先進(jìn)制造技術(shù)提高產(chǎn)品加工效率和綜合性能的同時(shí)能為加工企業(yè)取得了更好的經(jīng)濟(jì)效益。

為了進(jìn)一步對曲軸箱等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的箱體類零件的加工創(chuàng)新，可以基于CIMS環(huán)境下，把箱體零件掃描測量、零件設(shè)計(jì)、數(shù)控編程及加工等環(huán)節(jié)集成一個(gè)系統(tǒng)，便于使類似箱體零件能精確快速設(shè)計(jì)與加工出來。

[1]陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(第2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]王斌武,劉曉剛,葉東.基于SINUMERIK 802D R參數(shù)編程加工空間復(fù)雜曲面[J].煤礦機(jī)械,2000,27(11):96-98.

[3]Hull. Partick V.Optimal synthesis of compliant mechanisms using subdivision and commercial FEA[J].American Society of Mechanical Engineers.March,2006:64-65

[4]張莉.復(fù)雜組合曲面零件加工編程的刀位計(jì)算方法[J].航空制造工程,1997,(12):11-13.

Design of processing craft of complex-structure crankcase and nc programming

JIANG Yong-mei

曲軸箱零件作為箱體部件裝配時(shí)的基準(zhǔn)零件，對該機(jī)器的工作精度、使用性能和壽命都有直接的影響。本文首先論證了應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜曲軸箱的必要性，然后對某曲軸箱零件加工特點(diǎn)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出該曲軸箱的加工工藝路線。在此基礎(chǔ)上，確定了加工刀具及切削用量。最后對該曲軸箱部分孔加工進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)控程序編制。實(shí)踐表明：采用先進(jìn)制造技術(shù)大大提高了曲軸箱的加工效率與產(chǎn)品的綜合性能。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜；曲軸箱；工藝；數(shù)控編程

姜永梅（1963 -），女，山東人，工程師，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造與數(shù)控技術(shù)應(yīng)用研究。

TP182

B

1009-0134(2011)5(上)-0047-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).17

2010-12-25