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發動機缸體曲軸孔鉸珩加工設備及加工工藝（yì）分析

2019-2-15 來源：上（shàng）汽通用五菱（líng）汽車股份有限公司作者：武書

摘要：發動機缸體作為發動（dòng）機核心的部件（jiàn）之（zhī）一，直接影響著發動機的性（xìng）能（néng）。發（fā）動機曲軸通過軸瓦（wǎ）支（zhī）撐，安裝在缸體曲軸孔上。缸體曲軸孔支撐整（zhěng）個發動機（jī）曲軸（zhóu），是發動機的動力輸出的（de）核心的部（bù）位之（zhī）一。因此，缸體曲軸孔需要（yào）通過鉸珩（héng）加工來保證加工精度，確（què）保整個發動機的性能。

關鍵詞：缸體曲軸孔；鉸珩加工；加工工藝分（fèn）析

隨著社會經（jīng）濟的（de）發展，汽車已經（jīng）逐步成為人們生活中必不可少的一種生（shēng）活工具。汽車行業已成為我（wǒ）國（guó）重要的經濟產業（yè）支柱。發動（dòng）機作為（wéi）汽車（chē）的動力核心部件（jiàn），始終製約著我國的經濟發展。發動機缸（gāng）體作為發動機核（hé）心的部件之一，直接影響著發動機的性能。

發動機曲軸通（tōng）過軸瓦支撐，安裝在缸體曲（qǔ）軸孔（kǒng）上，缸體曲軸孔（kǒng）支撐整個發動機曲（qǔ）軸，是發動機（jī）的動力（lì）輸出的核心的部位之一。因（yīn）此，為（wéi）了確保缸（gāng）體曲軸孔的精度（dù），通常采用鉸珩（héng）的精加工工藝來保證其最終的產品尺寸要求。本（běn）文（wén）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）整與質量控製。

1 、設備結（jié）構及工作原理

該（gāi）進口的（de）美國 NAGEL 珩磨機設備主要分為三大係統：機械係統、伺服控（kòng）製係統（tǒng）、人機（jī）交互係統。機械係（xì）統（tǒng）包括：機床主體結構，其主要功能是給整個夾具、主軸等提供（gòng）有效的支撐；定（dìng）位夾（jiá）緊部（bù）分，該結構功能主要提供加確（què）保工（gōng）件在機床的固定位置，特別是相對（duì）於機床加工主軸的位置，從而確保（bǎo）其加工結果的精度；主（zhǔ）軸導軌（guǐ）部分，主要為了加（jiā）工提供機械結構支撐。

伺服（fú）控製係統包（bāo）括：漲刀控製部分，曲軸孔鉸珩采用的刀（dāo）具壽命較高，在加（jiā）工過程中刀具（jù）會不斷（duàn）的磨損，刀具磨損後為了確保加工直徑的合格，在加工過程中，漲刀係統會根據測量結果進行實時補償；進給控製部分，主要是用於控製（zhì）加工進給速度、主軸轉（zhuǎn）速及主軸退回速度；測量控製（zhì）部分，該係統有兩個（gè）作用：一是在線百（bǎi）分百測量，確保加（jiā）工結果百分（fèn）之百合格，及時剔除不合理工件；二是，將測量結果反饋給漲刀係統，為漲刀係統實時補償提供參數依據。人機交互係統，主要載體是 HIM，用於操作（zuò）人員指令輸入，珩磨加工過程受各方麵的影響，現場的操作人員根據實際情（qíng）況實時調整加工參數來控製加工質（zhì）量。

2、加（jiā）工工藝過程

2.1 加（jiā）工工（gōng）藝

本（běn）文以（yǐ）一款四缸直列發動機缸體曲軸孔鉸珩工藝來（lái）說明，在製造過程中如何確保最（zuì）終產品尺寸要求。曲軸孔的加工工藝大致分為 4 大步驟：粗鏜曲軸孔半（bàn）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（zhì）度主要

通過精鏜來得到保證，鉸珩對位置度的修複能有限，幾（jǐ）乎可以忽略不計。缸體曲軸孔鉸珩加工機械示意（yì）圖，如（rú）圖（tú） 1 所示，工件采用一麵兩銷（xiāo）定位，通過夾緊壓板來壓（yā）緊缸體頂麵。

鉸（jiǎo）珩加工刀具連接在主軸上，通過加工滑行平（píng）台，保證加工的進給跟返回。刀（dāo）具與主軸連接成一體，類似一根細長軸，具有（yǒu）一定的柔性，在主軸達到一定的轉速的情況下，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（jiàn）的條件下，刀（dāo）具的導條將會影響到曲軸孔的加工質量。

2.2 刀具（jù）結構及加工參數選定

鉸珩所采用的刀具屬於特殊刀具。曲軸孔的加工刀具的選（xuǎn）擇及設計取決於（yú）需要加工（gōng）缸體每檔曲軸孔之間的間隙（xì）以及曲軸孔的軸向寬度。該缸體鉸珩加工選（xuǎn）擇的刀具如圖 2 所示。

包含區域（yù） 1 前導條、區域 2 加工刀具砂條、區域 3 後導條、區域 4 與主（zhǔ）軸連接及漲（zhǎng）刀連杆。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，切削多餘加工餘量，保證最終產品尺寸。刀具的後導條的（de）作用是在刀具加工完成後（hòu），退刀（dāo）起到導向（xiàng）作用，防止曲軸孔被碰傷。

刀具設計要求：前（qián）導條的長（zhǎng）度要求能夠滿（mǎn）足 3 個曲軸孔的導向，如 3 圖所（suǒ）示。這樣可以保證導向的穩定性，進而保（bǎo）證加工（gōng）質量。切（qiē）屑砂條（tiáo）的直徑設（shè）計（jì）：為（wéi）了（le）確保切屑的平穩性，切削砂條需設計成（chéng）錐度過渡（dù）。如下（xià）圖 4 所示，整個砂條（tiáo）長度為 150 mm，前段初始直徑為準52.95（-0.01，0）mm 到 120 mm 處，按圓錐（zhuī）過渡至直徑準53.01（-0.01，0）mm，最後 30 mm 處的直徑要求為準53.01（-0.01，0）mm，為產品最後的要求尺寸（cùn）。刀具後導條，隻是在（zài）刀具返回時（shí），起到導向作用。

因此，在盡量（liàng）減少設備的整體空間要求下，隻要滿足2 個曲軸孔同時導向，就能完成導向的作用。該缸體加工所（suǒ）用的刀具的相關參（cān）數（shù）如下表 1 所示.

鉸珩曲軸孔的加工餘量設定與前（qián）道加工工序的質量（liàng）有關，一般情況下，珩磨的加工餘（yú）量越小加（jiā）工成本越低，質量（liàng）控製越好。本文涉及的機型的鉸珩加工餘量為（wéi） 0.03 mm.正常工藝控（kòng）製情況下，要求（qiú）加工餘量不小於以下計算結果：缸體（tǐ）曲軸（zhóu）孔的（de）加工參（cān）數包含主軸轉速（sù）、進給速度、返回（huí）速度。

加工參數的選擇，影響加工質量跟加工節拍（成本）。主軸的（de）轉動是切屑（xiè）加工的（de）動力來源，主軸轉速過快會導致主軸震動大、切削（xuē）力過大等（děng），從而造成加工質（zhì）量不穩定、曲軸孔圓度差、加工變形等質量問題。

主軸轉速慢會導致切削（xuē）力不夠（gòu），工件切不動且加工效率低等問題，根據實際工況條件（jiàn）本機選擇的主軸轉速為 360 r/min。

加工的進給速度跟加工過程中刀（dāo）具的（de）導向狀態有關，切屑（xiè）進（jìn）給是工件能夠持續加工的前（qián）提條件，進給過快將會（huì）導致工件切屑力過大，導致（zhì）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（zhì）曲（qǔ）軸孔過量加工（gōng），工件直徑（jìng）超差。本機選擇的切削參數如下表 2 所示。

該直列發動的缸（gāng）體的（de）曲軸孔鉸珩加工共分為五個階段（duàn），分別如下：第一階段：快速進給。該階（jiē）段刀具從機床的零點開始到（dào）刀（dāo）具的前導條進入到曲（qǔ）軸孔中，但是砂條還未（wèi）接觸到待加工曲軸孔，留有一定的安（ān）全距離，最終進（jìn）給位置如下圖 5 所（suǒ）示，該階段（duàn）主要是讓刀具貼近加工曲軸孔，進給需要盡量快，以保證加（jiā）工節拍。

第二階段：第（dì）一進給。該（gāi）階段刀具（jù）前導條有 3 個曲軸孔作為導（dǎo）向支撐，導向效果好，是所有正（zhèng）常切削過程中進給最快的階段，直至前導向開始變（biàn）成 2 個軸孔作為導向支撐，第一進（jìn）給的最終（zhōng）進給（gěi）位置如圖（tú） 6 所示。

第三階段：第二進（jìn）給。該階段刀具前導條有 2 個曲軸孔作為導向支撐，此時導向效果開始下（xià）降，但加工過程比較穩定，此時的進給較第（dì）一進給時有所降低，該進（jìn）給速度（dù）一直持續（xù）到前導條為（wéi）單個（gè）曲軸孔作為導向支撐，其最終進給的位置如圖 7 所示。

第四階段：第三進給。該階段刀具前導向由 1 個曲（qǔ）軸（zhóu）孔過渡到（dào）無導向支（zhī）持，但是此時切（qiē）削（xuē）的砂條還處（chù）於錐度切削還還未達到成品加工砂條（tiáo）階段。此時砂條加工的狀態容（róng）易（yì）晃動（dòng），隻能通過不斷降低進給速度保證加工質量，其加工的最終位（wèi）置如圖 8 所示。

第五階（jiē）段：最終進給。該階段最後一個（gè）曲軸孔即將完（wán）成加工，此時加工晃動大，進給降到最低。由於設計刀具最後成型的直徑長度為 30 mm，而最後一檔曲軸孔的軸向寬度（dù）為 20 mm，所以最終為了保（bǎo）證加工質量，刀具沒有完全（quán）伸出到最後一個加工曲（qǔ）軸（zhóu）孔外，隻是在最終進給（gěi）位置停留

1~2 s 的（de）時間，同時（shí）也是（shì）為了確（què）保在（zài）返回（huí）的過程的發生碰撞。其加工（gōng）最（zuì）終（zhōng）位置如圖 9 所示。

刀具退回，由於本設備采用的（de）是自動（dòng）漲刀（dāo）係統，刀具可以（yǐ）根據測量值自動漲刀，但不具備自動收刀功能，加工主軸又具有一定的浮動量，所以工件加工完成後，退刀時，刀具（jù）會再次碰到曲軸孔表麵。因此（cǐ），退回（huí）速度慢，將會導致曲（qǔ）軸孔直徑（jìng）被二次加工，曲軸孔（kǒng）直徑超上差。退（tuì）回速度過快（kuài）可能導致曲軸孔直徑（jìng）碰傷、拉傷等問題。本機采（cǎi）用的退（tuì）回速度為 120mm/min，如（rú）果采用自動（dòng）收刀（dāo），那麽退回（huí）速度可以進（jìn）一步提升。

3 、結（jié）束語

缸體曲軸孔鉸珩加工是（shì）一種複雜的加工工（gōng）藝過程，加工質量受到加（jiā）工環境、設備狀態、加工方式（shì）的等因素的影響，在日常的生產過程中，需要根據現場生產的（de）實際情況，實時調整控製加工參數，從而來確保最終的產品加工質量。目前國內珩磨加工（gōng）技術還比（bǐ）較落後，大多數（shù）發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（guó）產化，還有很長的一段路要走，需要一代代工程人（rén）的不懈（xiè）努力與奮鬥。

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