發(fā)動機缸體曲軸孔加工工藝研究

呂君芳 孫賓峰

（長城汽車股份有限公司徐水分公司，河北 保定 071000）

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 珩磨機的設備的加工原理、加工工藝以及設備加工過程的調(diào)整與質(zhì)量控制。

一、設備結(jié)構(gòu)及工作原理

該進口的美國 NAGEL 珩磨機設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

二、加工工藝過程

（一）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，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，刀具的導條將會影響到曲軸孔的加工質(zhì)量。

（二）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?。該缸體鉸珩加工選擇的刀具包含區(qū)域 1 前導條、區(qū)域 2 加工刀具砂條、區(qū)域 3 后導條、區(qū)域 4 與主軸連接及漲刀連桿。前導條主要是在加工過程中起導向作用，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。刀具的后導條的作用是在刀具加工完成后，退刀起到導向作用，防止曲軸孔被碰傷。刀具設計要求：前導條的長度要求能夠滿足 3 個曲軸孔的導向，如 3 圖所示。這樣可以保證導向的穩(wěn)定性，進而保證加工質(zhì)量。

鉸珩曲軸孔的加工余量設定與前道加工工序的質(zhì)量有關，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向狀態(tài)有關，切屑進給是工件能夠持續(xù)加工的前提條件，進給過快將會導致工件切屑力過大，導致加工變形，刀具砂條擠傷脫落以及加工不充分問題。進給速度過慢，將會導致曲軸孔過量加工，工件直徑超差。

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。

缸體曲軸孔鉸珩加工是一種復雜的加工工藝過程，加工質(zhì)量受到加工環(huán)境、設備狀態(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。