新聞主題	柴油發(fā)電機飛輪殼孔系和結合面的加工方案

 

摘要：柴油發(fā)動(dòng)機飛輪殼產(chǎn)品為典型殼類(lèi)產(chǎn)品，本文以具體產(chǎn)品為例介紹了產(chǎn)品功能、加工難點(diǎn)及加工方案；設計了自動(dòng)化、柔性化程度不同的三種加工工藝方案，并分析各自特點(diǎn)。飛輪殼安裝于柴油發(fā)動(dòng)機缸體與發(fā)電機之間，外接缸體、起動(dòng)機、油底殼，內置飛輪總成，起到連接機體、防護和載體的作用。

 

一、飛輪殼孔系加工方案

 

       如圖1所示是康明斯柴油發(fā)電機組飛輪殼典型關(guān)鍵尺寸技術(shù)要求簡(jiǎn)圖。為保證各孔及油底殼面至定位銷(xiāo)孔孔距尺寸，必須將2-φ18_+0.018mm的定位銷(xiāo)孔、油底殼面、中心孔φ140mm（即曲軸安裝孔）安排在同一道工序內完成，減少二次裝夾帶來(lái)的定位誤差，特別是中心孔φ140_+0.063mm的加工，此中心孔除了位置精度要求較高外同，此孔還是一個(gè)階梯孔，與缸體結合面不在同一個(gè)方向上。應φ140_+0.063mm的中心孔與2個(gè)φ18_+0.018mm的定位銷(xiāo)孔在一道工序內完成，減少二次定位帶來(lái)的誤差。

1、中心孔的加工工藝設計

      中心孔即曲軸油封安裝孔，由于中心孔是階梯孔，結構如圖2所示。為了保證產(chǎn)品的精度要求，刀具只能從缸體結合面方向進(jìn)入，由于產(chǎn)品結構的特點(diǎn)，加工上只能選擇特殊的刀具：用階梯銑刀粗銑φ140mm孔；用精鏜刀背鏜φ140mm的中心孔。背鏜加工原理如圖3所示，刀具中心至B點(diǎn)后，主軸準停，主軸沿刀尖的反方向偏移Q，然后快速定位至孔底Z點(diǎn)，再沿刀尖正向偏移Q至E點(diǎn)，主軸正轉，刀具向上工進(jìn)至R點(diǎn)，在R點(diǎn)主軸再準停，刀具反向偏移Q，快退離開(kāi)工件。

2、定位銷(xiāo)孔精加工工藝設計

      兩定位銷(xiāo)孔孔徑及中心孔距要求較為嚴格，精加工刀具有兩種方案：鉸孔和鏜孔。

       在鏜刀選擇上應采用具有高精度微調機構的刀具，最小可調刻度1μm/φ。加工過(guò)程中，如孔徑尺寸發(fā)生變化，可通過(guò)調整圖片中的微調機構對孔徑進(jìn)行調整。

      綜合分析并結合現有刀具的制造水平，應優(yōu)先采用精鏜孔工藝完成兩銷(xiāo)孔加工。經(jīng)驗證，加工精度滿(mǎn)足產(chǎn)品要求，C_pk過(guò)程能力達到1.62。數據分析如圖4所示。

 

圖1  柴油機飛輪殼產(chǎn)品尺寸圖	圖2  曲軸油封安裝孔結構局部放大圖
圖3  曲軸油封安裝孔背鏜加工原理	圖4  飛輪殼定位銷(xiāo)孔過(guò)程能力分析

 

二、與缸體結合面加工方案

 

      缸體結合面即為基準A面，該面表面粗糙度要求為R_a1.6，采用常用的銑削工藝即可滿(mǎn)足粗糙度要求，關(guān)鍵是0.05mm的平面度要求較為嚴格。由于產(chǎn)品平面度精度要求較高，如果通過(guò)銑削加工方式來(lái)保證，還需要通過(guò)銑削工藝試驗進(jìn)行驗證，表1是工藝試驗參數說(shuō)明。

表1  工藝試驗參數說(shuō)明

 

      通過(guò)驗證，設備能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品加工精度要求，但產(chǎn)品平面度與工裝夾緊變形關(guān)系密切，只要減少夾緊變形，銑削工藝即可滿(mǎn)足產(chǎn)品要求（夾具結構如圖5所示）。為此通過(guò)試驗，工藝上采用“銑兩遍”的方式，解決了夾緊變形對平面度的影響，即：平面A預留0.1mm的加工余量，待該工序（即A面及其上孔系）加工完成后，松開(kāi)夾緊，重新用較小的夾緊力壓緊，對A面再次進(jìn)行精銑。結果驗證，這樣加工后的產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足圖樣樣要求，數據分析如圖6所示，通過(guò)分析，C_pk過(guò)程能力達到1.87。

 

圖5  缸體結合面夾具結構圖

圖6  飛輪殼和缸體結合面平面度過(guò)程能力分析

 

三、油底殼面加工方案

 

      由于產(chǎn)品精度要求較高，只有±0.02mm，為了保證加工過(guò)程中刀具更換的穩定性、減少刀具擺差以及提高刀具的剛性，應采用液壓刀柄，以獲得高的夾持回轉精度（＜0.003m m）和重復夾緊精度（＜0.002mm）、穩定可靠的夾緊力，并具有阻尼減震性能等。采用

立式加工中心，用硬質(zhì)合金立銑刀加工，通過(guò)加工驗證，此加工方案能夠滿(mǎn)足圖樣要求。

 

四、螺栓窩座反锪加工方案

 

      從產(chǎn)品的結構上分析，因刀具無(wú)法從發(fā)電機安裝面方向進(jìn)入，只能從缸體結合面（基準面A）方向采用“反锪”。

1、方案一

      采用進(jìn)口專(zhuān)用反锪刀具在立式加工中心上進(jìn)行加工。

2、方案二

       采用自制專(zhuān)用反向锪刀，在鉆床上，人工裝卸刀具完成加工。

3、兩種方案比較

（1）方案一操作簡(jiǎn)單，但刀具前期投入成本較高，且刀具剛性較差，當毛坯余量發(fā)生變化，特別是毛坯內壁余量變化，存在刀具“單邊”切削情況，易出現打刀情況。

（2）方案二操作較方案一繁瑣，但是刀具成本低，且刀具剛性好，當毛坯尺寸變化時(shí)，不會(huì )出現打刀現象。

      綜合分析，當毛坯鑄造質(zhì)量較好時(shí)，優(yōu)選方案一；產(chǎn)品批量較小時(shí)宜采用方案二。

 

五、止口面加工方案

 

      止口面及中心孔車(chē)削工藝采用立式數控車(chē)床加工完成，工裝采用兩銷(xiāo)一面（2-φ18mm孔和基準面A）定位夾緊進(jìn)行加工，其難點(diǎn)主要是保證0.05mm的平行度，影響平行度的主要因素是工件的裝夾及加工變形，因此控制夾緊力和加工過(guò)程中的變形是該工序的關(guān)鍵。定位裝夾方式如圖7所示。

（1）夾具定位面基面自車(chē)，保證定位面的平面度；夾具設計上采用點(diǎn)對點(diǎn)壓緊，減少夾緊變形。

（2）零件底部近1/2部分懸空，加工時(shí)懸空部分易產(chǎn)生震紋及加工變形，必須在懸空部位設置輔助支撐，其輔助支撐是設計關(guān)鍵。輔助支撐的設計也對加工質(zhì)量有著(zhù)極大的影響，其中最關(guān)鍵的就是既要起到“支承”的作用又要防止鎖緊時(shí)將工件“頂起”產(chǎn)生變形。

      如圖8所示是杰根斯手動(dòng)輔助支撐，由于采用精確雙鎖夾鉗從兩邊夾緊支撐體，產(chǎn)生類(lèi)似虎鉗的動(dòng)作機制，實(shí)踐驗證鎖緊抬起量＜6mm，解決了鎖緊夾緊抬起變形問(wèn)題，穩定可靠。由于此種手動(dòng)輔助支撐，克服了傳統手動(dòng)輔助支撐的缺點(diǎn)，又比液壓輔助支撐夾具制

造簡(jiǎn)單，不需要設計專(zhuān)門(mén)的液壓油路，使用方便，適宜多品種加工。通過(guò)輔助支撐的合理運用，避免了剛性不足及夾緊變形對加工精度的影響。

 

圖7  飛輪殼止口面加工裝夾圖

圖8  杰根斯手動(dòng)輔助支撐

 

六、設備選型

 

1、加工中心選型

      為保證產(chǎn)品定位銷(xiāo)孔、中心孔、油底殼面的加工尺寸要求(±0.02mm），設備（立式加工中心）的合理選擇是關(guān)鍵，因為這些尺寸跟設備的精度有很大關(guān)系。

      考慮到成本因素，可選用的立式加工中心目前常用的有兩種：一種是帶光柵尺的全反饋系統；另一種是不帶光柵尺的半反饋系統。從價(jià)格上來(lái)看，第一種設備目前大約100萬(wàn)元左右，而第二種只需要50萬(wàn)元左右。通過(guò)實(shí)際加工驗證國產(chǎn)設備能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品要求：孔中心距250±0.02；208±0.02，過(guò)程能力Cpk均大于1.67，表明不帶光柵半反饋系統的設備的精度是能夠足產(chǎn)品圖樣要求的。

2、數控車(chē)床選型

      由于飛輪殼尺寸較大、零件較重，為裝夾方便宜采用立式數控車(chē)床。在機床刀塔選型上應給予重視：最為常見(jiàn)有兩種刀塔結構，如圖13所示為立式刀塔，該結構刀具的安裝數量較多，適宜加工工件高度不高盤(pán)類(lèi)零件；飛輪殼工件高度較大，有些零件結構缸體結合面中心孔也需車(chē)削加工，則適宜選擇如圖14所示的臥式刀塔。

      由于飛輪殼產(chǎn)品結構特點(diǎn)，數控車(chē)削內容較少，所需的刀具數量也較少，并且機床刀塔部分是最易出現故障的地方，因此，最好的選擇是采用“排刀”方案。采用排刀方案，不僅可取消機床刀塔降低設備采購費用，并且能夠提高加工效率，消除了機床出現換刀故障的隱患。但是必須通過(guò)設計布刀圖確定刀具型號、加工路徑，防止出現超行程以及刀具與夾具、工件發(fā)生碰撞。

 

結語(yǔ)：

      隨著(zhù)新一輪產(chǎn)業(yè)升級浪潮的來(lái)臨，自動(dòng)化、智能化已成為傳統制造業(yè)繼續生存的必由之路。新的工藝設計理念不斷出現，將傳統組合機工藝特點(diǎn)與數控加工工藝特點(diǎn)相融合，針對不同類(lèi)型工件的定制“數控專(zhuān)機”，不僅發(fā)揮了傳統專(zhuān)機高效的特點(diǎn)，而且具備了數控設備高精度和通用（一定柔性）的特點(diǎn)，并充分考慮機械手自動(dòng)上下料的方便性。同時(shí)，新型刀具、夾具和檢測技術(shù)也不斷涌現，特別是機床在線(xiàn)自動(dòng)檢測與找正技術(shù)的應用，大幅降低了工裝定位精度的要求和夾具的復雜程度，甚至顛覆了傳統工藝設計的一些禁忌，使得工藝設計更加靈活。在柴油發(fā)動(dòng)機零部件質(zhì)量要求不斷提高、成本不斷降低的市場(chǎng)背景下，零部件制造正朝著(zhù)自動(dòng)、高效、主動(dòng)測量（自動(dòng)補正）方向快速發(fā)展。

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