深孔鏜削技術(shù)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上的應(yīng)用

廣西玉柴機(jī)器股份有限公司 （玉林 537005） 王玉娣

中國(guó)北方工業(yè)公司 （北京 100053） 郭 彥

深孔鏜削在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上主要應(yīng)用在主軸孔、凸輪軸底孔和凸輪軸襯套孔等孔的加工中。按圖樣、工藝要求，要保證主軸孔、凸輪軸孔等孔的形狀和位置精度，加工時(shí)必須實(shí)行一頭鏜加工。但是，在加工中心上加工這些深孔時(shí)，采用一頭鏜困難很多，不但要設(shè)計(jì)專用的工裝和刀具，還要采用庫(kù)外存刀結(jié)構(gòu)。因此，在新產(chǎn)品試制開(kāi)發(fā)過(guò)程中，考慮實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)性，在加工中心上進(jìn)行深孔鏜削時(shí)，更多采用調(diào)頭鏜削。

1. 深孔鏜削的幾種方式

深孔鏜削加工過(guò)程中，一般有三種鏜削方式：雙刃鏜削，即兩刀片平齊；單刃鏜削，只有一個(gè)刀片；階梯鏜，兩個(gè)刀片，高度不一致，并且高的刀片所調(diào)直徑要比低的刀片所調(diào)直徑要?。ㄒ?jiàn)圖1）。一般來(lái)說(shuō)，雙刃鏜削可獲得最高的金屬去除率，但振動(dòng)大；單刃鏜削易控制切屑流，加工表面質(zhì)量好，進(jìn)給量比雙刃鏜削要小一半左右。但單刃鏜削切削力小，有利于減少或消除振動(dòng)；階梯鏜有最大的切深（兩個(gè)直徑方面的切深——兩倍切深），易控切屑流，有優(yōu)良的表面加工質(zhì)量，進(jìn)給量是雙刃鏜削的一半。但在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，階梯鏜很不穩(wěn)定，加工中孔徑會(huì)突然變大，同時(shí)因受力不均勻，實(shí)際的表面質(zhì)量很差；精加工時(shí)余量不夠，最終導(dǎo)致零件報(bào)廢。因此，在加工中不建議采用階梯鏜。雙刃鏜削使用雙刀片，受力大，一般只在淺孔加工中使用，像主軸孔這種長(zhǎng)徑比較大的深孔加工中也不建議使用。深孔鏜削的半精加工和精加工因加工余量少，同時(shí)要保證孔的各種精度，都采用單刃鏜削，半精加工偶爾也有用雙刃鏜削的。

2. 深孔鏜削的設(shè)備

本文深孔鏜削對(duì)象為某柴油機(jī)氣缸體主軸孔，該氣缸體材料為HT250，硬度190～250 HBW，機(jī)體外形尺寸長(zhǎng)×寬×高為：1 203mm×403mm×616 mm。其主軸孔直徑為φ125H6（+0.0250）mm，貫穿全長(zhǎng)（見(jiàn)圖2），長(zhǎng)徑比接近10，采用調(diào)頭鏜后從一端進(jìn)去的加工深度為630mm，長(zhǎng)徑比超過(guò)5，屬于深孔加工，也是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上典型的深孔加工。

加工時(shí)所選用的機(jī)床為MAZAK－FH10800臥式加工中心，最大換刀長(zhǎng)度可達(dá)700m m。MAZAK FH－10800臥式加工中心的主要性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)為：最大轉(zhuǎn)速7 000r/min，最大刀具長(zhǎng)度700mm，最大刀具直徑 135mm（有相鄰刀具時(shí)最大可換刀具直徑）、260mm（無(wú)相鄰刀具），最大刀具重量30kg，最大轉(zhuǎn)矩49N·m，最大回轉(zhuǎn)直徑2 000mm，最大工作行程X軸1 700mm，Y軸1 700mm，Z軸1 700mm。

3. 深孔鏜削加工氣缸體主軸孔的工藝分析和制定

零件鑄造時(shí)，一般加工尺寸的鑄造余量在5mm左右，在鏜氣缸體主軸孔時(shí)，為保證尺寸精度和形位精度的穩(wěn)定性，必須將粗加工和精加工分開(kāi)。在具體的工藝編排時(shí)，主軸孔的粗加工在上道工序加工；而主軸孔的半精加工、精加工安排在后面，與氣缸體前后端面上高精度孔系（含凸輪軸襯套孔）合并在一道工序加工，這道工序在氣缸體加工工序中常稱精鏜八孔。一般情況下工藝要求：主軸孔粗加工直徑比產(chǎn)品最終尺寸小1mm左右，半精鏜主軸孔直徑比產(chǎn)品最終尺寸小0.3～0.5mm。

4. 深孔鏜削的刀具

在加工該氣缸體主軸孔時(shí)，選用SANDVIK的防振刀桿，精加工主軸孔時(shí)選用帶有微調(diào)結(jié)構(gòu)的精鏜刀頭，同時(shí)為避免新品試制中太多專用刀具，選用模塊化的通用刀具。氣缸體主軸孔粗精鏜削加工的刀具直徑按工藝要求，但所選用的刀具結(jié)構(gòu)和加工參數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，刀具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由于刀具完全模塊化，精鏜刀具直徑可調(diào)，為通用刀具，這在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試制中可提高刀具使用率和加工效率，降低使用成本。氣缸體主軸孔粗加工一般采用不可調(diào)刀具，這主要是因?yàn)榧庸さ闹睆诫x產(chǎn)品最終尺寸相差太遠(yuǎn)、余量較大；而半精加工和精加工則采用有微調(diào)機(jī)構(gòu)的可調(diào)精鏜刀。

5. 深孔鏜削的工藝試驗(yàn)與結(jié)果

氣缸體主軸孔共分七擋，擋與擋之間有一定的空行程，在加工時(shí)，不用走刀加工，可以快速進(jìn)給。在編制數(shù)控加工程序時(shí)，為了提高切削加工效率、提高機(jī)床利用率，降低生產(chǎn)成本，擋與擋之間的空行程選擇快速走刀。

在鏜削時(shí)，主軸孔粗、精加工分開(kāi)。粗加工主軸孔時(shí)，中間擋可以從前后端分別進(jìn)刀且各鏜一半，以盡可能縮短刀具的長(zhǎng)度，提高刀具的剛性。精鏜主軸孔時(shí)，為了防止調(diào)頭鏜削時(shí)主軸孔不能完全同軸，中間擋只能從一端進(jìn)刀鏜完，所以主軸孔粗精加工的子程序是有所不同的。

（1）鏜削參數(shù) 鏜削經(jīng)驗(yàn)參數(shù)列于表2。

相應(yīng)進(jìn)給量 f 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)為：粗鏜 f = 0.1～0.3 mm/r，精鏜 f=0.05～0.1mm/r，推薦精鏜 f=0.07mm/r。有的刀具書(shū)上推薦參數(shù)粗鏜 f=0.5～0.8mm/r，根據(jù)多年的加工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際上是達(dá)不到的，特別是深孔加工更不可能達(dá)到如此高的進(jìn)給量，要根據(jù)實(shí)際切削情況調(diào)整深孔鏜削時(shí)的加工參數(shù)。

表2 鏜削經(jīng)驗(yàn)參數(shù)

（2）粗鏜主軸孔 粗鏜主軸孔時(shí)，因距離最終尺寸余量很大，孔的精度要求很低，此時(shí)決定切削用量的最終因素主要是孔的表面粗糙度和刀片壽命、生產(chǎn)成本等。在切削試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)線速度相同時(shí)，進(jìn)給量越快，主軸孔表面粗糙度越差；進(jìn)給量相同時(shí)，線速度越快，主軸孔表面粗糙度越差。并且隨著切削參數(shù)的變化，鏜桿在加工中的振動(dòng)發(fā)生變化，切削聲音也不同。當(dāng)線速度不變時(shí)，進(jìn)給量增大到0.25～0.3mm/r時(shí)，鏜桿振動(dòng)突然增大，切削聲音也隨著增大，并且聲音異常，此時(shí)鏜孔質(zhì)量差、孔表面很粗糙，說(shuō)明進(jìn)給量太快、不合理；當(dāng)進(jìn)給量不變時(shí)，線速度增大到135～150m/min時(shí)，鏜桿振動(dòng)也十分明顯，切削聲音也隨著增大，并且聲音異常，此時(shí)鏜孔質(zhì)量差、孔表面很粗糙，說(shuō)明線速度太快、不合理；而鏜桿振動(dòng)很小或難以觀察時(shí)，切削聲正常，此時(shí)孔表面質(zhì)量好，說(shuō)明采用的切削參數(shù)是合理的。試驗(yàn)中的現(xiàn)象和測(cè)量結(jié)果表明：粗鏜主軸孔時(shí)，線速度為120m/min和135m/min、進(jìn)給量為0.15 mm/r時(shí)，孔的表面粗糙度較好、表面質(zhì)量高、刀具不易受損；因粗鏜時(shí)只要達(dá)到加工要求即可，所以應(yīng)選用切削效率高的參數(shù)：線速度為135m/min、進(jìn)給量為0.15mm/r。

（3）精鏜主軸孔 精加工因前面有半精鏜對(duì)主軸孔的孔徑、表面粗糙度、圓度等進(jìn)行修正，相比而言表面粗糙度影響不大，更多的是反映在其他的形位公差上，如同軸度、圓度、跳動(dòng)和位置度以及孔徑公差上。

精鏜主軸孔時(shí)，因切削參數(shù)變化和鏜桿的細(xì)微振動(dòng)，切削力也隨著變化，從而直接影響到主軸孔孔徑變化。從圖2知道，主軸孔孔徑大、公差小，并且零件長(zhǎng)，要想主軸孔直徑全部控制在公差允許范圍內(nèi)，難度較大。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)：當(dāng)進(jìn)給量為0.08mm/r時(shí)比進(jìn)給量為0.05mm/r和0.01mm/r時(shí)孔徑變化范圍相對(duì)較小，孔徑穩(wěn)定受控；當(dāng)線速度為120m/min時(shí)比線速度為110m/min和130m/min時(shí)孔徑變化范圍相對(duì)較小，孔徑穩(wěn)定受控；當(dāng)線速度為120m/min、進(jìn)給量為0.08mm/r時(shí)精鏜主軸孔，此時(shí)孔徑變化最小，所加工主軸孔孔徑變化在0～0.005mm，孔徑最穩(wěn)定，孔徑公差容易控制，同時(shí)可減少刀具調(diào)整次數(shù)；線速度為130m/min時(shí)，不論采用哪種進(jìn)給量，主軸孔孔徑公差都有部分超差，說(shuō)明線速度太快，不適用；進(jìn)給量為0.1mm/r時(shí)，不論采用何種線速度，孔徑都有超差現(xiàn)象，說(shuō)明進(jìn)給量太快。這種切削參數(shù)不同，故加工主軸孔孔徑變化不相同的原因主要在于：不同的切削參數(shù)能引起鏜桿振動(dòng)或刀尖跳動(dòng)的細(xì)微變化，從而引起孔徑公差的變化。從上面分析中知道，精鏜時(shí)采用線速度為120m/min、進(jìn)給量為0.08mm/r時(shí)，主軸孔公差最穩(wěn)定，最容易控制孔徑公差。使用不同的切削參數(shù)所加工的零件實(shí)物表面質(zhì)量如圖4所示。

6. 結(jié)語(yǔ)

深孔鏜削時(shí)孔的加工質(zhì)量是隨著切削參數(shù)的變化而變化的。使用合理的切削參數(shù)，能提高零件的加工質(zhì)量，提高刀片使用壽命，降低生產(chǎn)成本。在選用合理的切削參數(shù)時(shí)，首先要考慮加工零件的質(zhì)量且質(zhì)量穩(wěn)定受控，在這個(gè)前提下，再考慮切削效率和加工成本。