柴油機(jī)機(jī)體斜油孔加工方案

■ 中車戚墅堰機(jī)車有限公司 （江蘇常州 213011） 姚 俊 張永振

近幾年隨著科技的高速發(fā)展，大型五面體龍門加工中心不斷開發(fā)新功能，新技術(shù)和新方案不斷涌現(xiàn)，很多普通機(jī)床不能或者加工困難的零件不斷轉(zhuǎn)移到加工中心，原本需要特殊工裝和夾具加工的面、孔等，借助附件銑頭和刀具，在加工中心一次裝夾加工成形。相比而言，五面體龍門加工中心加工出的零件更精密、可靠，同時加工效率更高。

1. 情況介紹

中車戚墅堰機(jī)車有限公司加工的內(nèi)燃柴油機(jī)機(jī)體，原來由數(shù)顯龍門銑粗加工，由北一龍門加工中心半精加工，由德國瓦德里希科堡五面體龍門加工中心承擔(dān)氣缸孔精加工。

科堡五面體龍門加工中心配備9個附件銑頭，兩個延伸頭，兩個直角銑頭，一個萬能銑頭和4個固定角度（22.5°、25°、10°和15°）銑頭，機(jī)體采用一面兩銷工裝定位裝夾，通過更換附件銑頭可以一次完成頂面和兩側(cè)25°氣缸孔斜面銑削及平面上各孔的鏜、鉆、銑及攻螺紋等工序。氣缸孔、推桿孔、缸頭螺栓及深油孔等采用一些專用刀具和新的加工工藝，生產(chǎn)效率得到大幅提高，且質(zhì)量穩(wěn)定。大幅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期。

2. 斜油孔位置

機(jī)體氣缸孔平面和推桿孔平面與頂面夾角為25°，左右對稱，深油孔在推桿孔內(nèi)，在推桿孔垂線和相鄰?fù)茥U孔連線所構(gòu)成的平面上，與推桿孔垂線夾角為50°，起點(diǎn)位于推桿孔平面下43.3mm，與旁邊φ8mm油孔接通,在柴油機(jī)工作過程中為推桿體供油。其圖樣如圖1所示。

3. 加工工藝分析

機(jī)體油泵孔在25°斜面上，其內(nèi)部的φ10mm斜油孔，與25°斜面上φ8mm油孔相交，為推桿體供油。之前加工工序為先在龍門加工中心加工φ8mm孔，然后鉗工手動鉆通φ10mm孔，與φ8mm孔接通，其中φ10mm孔深84.5mm, φ8mm孔深150mm，均屬于深孔。以往的加工工藝，在斜面上鉆斜油孔，全部依靠工人手工操作和簡單的工裝，工人勞動強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率較低。在質(zhì)量上，定位精度差，且孔位置易偏斜，難以保證孔相交性，加工后孔的相交處翻邊毛刺較多，孔內(nèi)表面粗糙度較差，會引起一系列的問題。如在供油時，孔內(nèi)毛刺會造成垃圾夾雜，引起卡泵，造成推桿下體及滾輪卡滯、咬死或者引起滾輪拉毛，造成凸輪軸桃頭損壞，從而造成機(jī)破事件。兩孔相交處每次都需鉗工打磨，打磨難度大、工作量大，且質(zhì)量不可控。

圖1 斜油孔圖樣

由于五面體龍門加工中心配置的萬能銑頭具有C軸可以360°旋轉(zhuǎn)、B軸可以0°～105°旋轉(zhuǎn)及最小分度0.5°的功能。產(chǎn)品圖樣工藝要求該斜油孔在25°斜面上，斜面垂線角度偏差為50°，＜105°，經(jīng)過分析和試驗運(yùn)行，萬能銑頭可以旋轉(zhuǎn)到斜油孔方向，加工此斜油孔方案可行。因此，在該機(jī)床上通過萬能銑頭將C軸和B軸旋轉(zhuǎn)到一定角度后可以直接進(jìn)行加工。

4. 銑頭角度和偏置計算

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用三維軟件畫出孔的模型（見圖2），在孔位置拉伸出一個圓柱，方便尋找中心線。

模擬C軸旋轉(zhuǎn)的方向和特點(diǎn)，在頂面草圖中畫出孔所在位置圓柱的中心線與機(jī)床X向的角度偏差，標(biāo)注角度，就是C軸需要旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)，具體角度數(shù)標(biāo)注如圖3所示。

由于機(jī)床C軸旋轉(zhuǎn)最小分度為0.5°，選取最近的角度數(shù)26.5°。機(jī)床萬能銑頭旋轉(zhuǎn)26.73°之后，B軸旋轉(zhuǎn)所在平面由之前的YOZ面變?yōu)榕cYOZ面夾角為26.73°的面，在三維圖中建立參考基準(zhǔn)面，如圖4所示。

將該參考基準(zhǔn)面正視，做出該參考基準(zhǔn)表面上孔所在圓柱的軸線與縱向垂直角度的偏差，標(biāo)注得到的角度數(shù)便是B軸需要旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)（見圖5）。

標(biāo)注得到的角度數(shù)為46.03°，這便是機(jī)床B軸需要旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)。偏轉(zhuǎn)的角度數(shù)計算之后，再進(jìn)一步計算出斜油孔起點(diǎn)位置相對于另加加工坐標(biāo)零點(diǎn)的位置。

圖2 三維簡化模型

圖3 C軸旋轉(zhuǎn)角度

圖4 C軸旋轉(zhuǎn)后的參考基準(zhǔn)面

圖5 B軸旋轉(zhuǎn)角度

5.刀具方案設(shè)計

由于科堡五面體龍門加工中心內(nèi)冷壓力超過245N，可以提供足夠的壓力，每臺機(jī)體12檔氣缸孔，共12個斜油孔。綜合考慮加工效率和加工孔的表面粗糙度等，充分利用機(jī)床高轉(zhuǎn)速和高精度的特點(diǎn)，選用槍鉆進(jìn)行深孔的加工。具體如下：先選用φ10mm立銑刀锪平面，保證孔起點(diǎn)的位置精度，然后選用硬質(zhì)合金鉆頭先鉆導(dǎo)向孔，最后選用槍鉆進(jìn)行加工，直至鉆穿與φ8mm油孔接通。該方案既可以保證兩個相交孔中心線相交完全貫通，又能夠保證加工出的孔的表面粗糙度。具體選用的刀具如圖6所示。

6. 程序編制及實(shí)施

科堡五面體龍門加工中心具有五面加工軟件，能自動完成附件頭的交換和分度時主軸端坐標(biāo)值的移動以及移動坐標(biāo)軸的名稱變更等繁瑣的操作?？捎猛ǔ＞幊谭椒?，將各加工面作為XY平面,方便地編制出側(cè)面加工用數(shù)控程序?？梢砸韵喔?0°的4個側(cè)面為基準(zhǔn)，加工0.5°間隔的任意側(cè)面。

圖6 選擇的加工刀具

另外，由于本機(jī)床編程軟件有三維坐標(biāo)變換功能和用戶宏指令功能。編程時，在所有加工面上，都可以把刀具軸向作為Z軸，根據(jù)笛卡爾坐標(biāo)系確定X軸和Y軸。

由于本加工內(nèi)容編程較為簡單，采用手工編程完成。根據(jù)作圖得到的角度數(shù)和起點(diǎn)坐標(biāo)輸入程序進(jìn)行模擬實(shí)驗加工，這里不再詳細(xì)說明編程程序。

7. 結(jié)語

將該孔由鉗工手工鉆孔工序平移至五面體龍門加工中心進(jìn)行加工，經(jīng)過試驗驗證，加工出的孔表面粗糙度值可以達(dá)到6.3μm，且兩孔軸線相交，貫穿性良好，孔內(nèi)翻邊毛刺消失。經(jīng)過一段時間的加工驗證，該方案加工出的孔質(zhì)量穩(wěn)定，整個工序時間由12h縮短至2h。借助氣缸孔加工工位進(jìn)行加工，不需要再經(jīng)過專門的吊運(yùn)和裝夾，減少兩道工序，4次翻身和5次吊運(yùn)，在保證機(jī)體加工質(zhì)量的同時，大幅提高加工效率，加工現(xiàn)場如圖7所示。

圖7 加工現(xiàn)場

本次斜油孔加工工藝的開發(fā)提高了機(jī)體的加工效率和加工質(zhì)量，充分利用了機(jī)床的五面體多軸聯(lián)動加工功能，今后，將不斷利用機(jī)床的各種功能，借助三維模型，尋找更佳的加工方案，為產(chǎn)品的加工優(yōu)化打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。