硕士论文-WD618柴油机气缸体总成预装配工艺分析.pdf

天津大学 硕士学位论文 WD618柴油机气缸体总成预装配工艺分析 姓名 高元绪 申请学位级别 硕士 专业 动力工程 指导教师 高文志 王雪锋 20071218 中文摘要 潍柴动力股份有限公司 简称潍柴动力 生产的W D 6 1 8 柴油机是我公司于 九九六年从奥地利斯太尔公司引进的具有九十年代国际先进水平的重型车用 柴溜机 其型式必六缸壹列 水冷 四冲程 该柴油桃上的关键件之一气缸体 整体尺寸为 长9 6 9 m m 宽3 7 2 5 m m 高4 1 9 脚 毛坯重2 6 0 K g 平均壁厚7 衄 材质为H T 2 5 0 属于典型薄壁 结构复杂 高强度铸件 W D 6 1 8 系列柴油机是在 E 6 1 5 系列柴油机的基础上 同样采用国外先进技术在中困制造的高速柴油机 可供重型载重汽车 工程机械 发电祝组等使用 本机具有使焉可靠 经济技 术指标优良 低排放 起动迅速 操作简单和维修方便等优点 作为柴油机气 缸体总成预装配加工中的关键工序 主轴孔及凸轮轴孔的镗削精度问题长期以 来一直是制约我公司生产的瓶颈闻题 为了解决生产中存在的这一问题 提高 生产效率 满足批量生产的需求 需设计专门埔来镗考t 主轴承孔及凸轮轴孔的 组合机床 本文主要以潍柴动力生产的W D 6 1 8 柴油机气缸体总成预装 酉已 本论 文巾气缸体总成预装配指包括气缸体 曲轴箱等零件组合而成的部件 为例 着重介绍了柴油机气缸体总成主轴孔 凸轮轴孔精镗缝合概床的设计 经过分 析认为设计难点主要在多层壁加工系统刚性不足 导向系统的导向精度 加工 过程中的振动 主轴部件刚性及运动精度 动力运动部件的运动精度五大部分 本文从机床布置 镗削工艺 镗模 镗杆 镗刀 精镗头的设计等诸方面进行 了分析 探讨 对以上五个难点闻题给以煞决 并且通过理论分析 实际设计 制造 应用 积累了一定的设计经验 形成了一套设计恩路 本设计中采用的 拉镗工艺 打破了常规设计中采用推镗工艺的设计方法 减少了镗杆的变形 麸一令方面保诞了加工精度 该机床己完成验收 应属于生产实际孛 经过使 用验证 完全达到和超过W D 6 1 8 柴油机气缸体总成预装配的设计要求 效果良 好 满足了W D 6 1 8 柴油机批量生产的要求 该机床的设计验证成功 为今后高 精度柴油机气缸体总成主轴孔 凸轮轴孔精镗组合机床提供了设计参考 关键词 柴油机气缸体总成预装配工艺分析 A B S T R A C T W D 618D i e s e li san e wh i 曲一s p e e dd i e s e le n g i n em a n u f a c t u r e db yW e i c h a i P o w e rC o m p a n yL i m i t e d I ti sm a n u f a c t u r e db yt h et e c h n o l o g yi n t r o d u c e df r o m C o S T E Y R A u s t r i a S o m ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e so f19 9 0 s a r ee m p l o y e di n m a n u f a c t u r i n gt h ee n g i n e T y p eo fi t si n l i n es i x c y l i n d e r w a t e r c o o l e d f o u r s t r o k e T h ed i e s e le n g i n eO l lo n eo ft h ek e yp i e c e so ft h eo v e r a l ls i z eo ft h ec y l i n d e r L e n g t h 9 6 9r a m 3 7 2 5m mw i d e 4 1 9I n t oh i i g ha n d2 6 0K gh e a v yr o u g h t h ea v e r a g e t h i c k n e s s7t o n i M a t e r i a lf o rH T 2 5 0 i sat y p i c a lt h i n w a l l e d c o m p l e xs t r u c t u r e s a n d 越g h s t r e n g t hc a s t i n g s W D 6 18s e r i e sd i e s e le n g i n ei nt h eW D 6 1 5s e r i e so nt h eb a s i s o ft h es a m eU S eo fa d v a n c e dt e c h n o l o g yf r o ma b r o a di nC h i n a sh i 曲一s p e e dd i e s e l e n g i n e sf o rh e a v yt r u c k s c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y s u c ha st h eB s eo fg e n e r a t o r s T h e m a c h i n eh a sa c c e s st or e l i a b l e e c o n o m i ca n dt e c h n i c a li n d i c a t o r se x c e l l e n t l o w e m i s s i o n s s t a r t i n gf a s Ls i m p l eo p e r a t i o na n de a s ym a i n t e n a n c e a n do t h e ra d v a n t a g e s A sak e yp r o c e s s t h em a c h i n i n go fc r a n k s h a f ta n dc a m s h a f tb o r e si nc y l i n d e rb l o c ki s ac h o k ep o i n ti np r o d u c i n gf o ral o n gt i m e I ti sn e c e s s a r yt od e s i g nan e wc o m b i n e d m a c h i n et o o l w h i c hc a nb eu s e ds p e c i a l l yi nb o r i n gt h ec r a n k s h a f tb o r e sa n d c a m s h a f tb o r e s i no r d e rt oi m p r o v et h eb o r i n gp r e c i s i o na n di n c r e a s ep r o d u c t i v i t y I n t h i sp a p e r t h ed e s i g no fah i g hp r e c i s i o nc o m b i n e db o r i n gm a c h i n ef o rc y l i n d e rb l o c k a s s e m b l y i n c l u d ec y l i n d e rb l o c k c r a n k c a s e m a i nb e a t i n gc o v e re t c o fm o d e l W D 618D i e s e li si n t r o d u c e d T h e r ea r ef i v ed i f f i c u l t i e si nd e s i g n i n g l a c ko fr i g i d i t y i nm u l t i l a y e rw a l l sm a n u f a c t u r i n gt o o l l o wo r i e n t e dp r e c i s i o no fo r i e n t e ds y s t e m t o om u c hv i b r a t i o ni nm a c h i n i n gp r o c e s s l o wr i g i d i t ya n dm o v e m e n tp r e c i s i o no f m a i na x i sp a r t sa n dl o wm o v e m e n tp r e c i s i o no fp o w e rm o v i n gp a r t s T h ed e s i g n so f b o r i n gp r o c e s s b o r i n gm o u l d b o r i n gb a r b o r i n gt o o la n dp r e c i s i o nb o r i n gh e a da r e a n a l y z e da n dr e s e a r c h e d a n dt h ef i v ep r o b l e m sa b o v ea r es o l v e d As e to fd e s i g n m e t h o da n ds o m ee x p e r i e n c e sa r eo b t a i n e db yt h e o r e t i c a l l ya n a l y z i n ga n dp r a c f i c a U y d e s i g n i n g m a n u f a c t u r i n ga n du s i n go ft h i sb o r i n gm a c h i n e I nt h ed e s i g n t h e a d o p t i n gb r o a c h i n gp r o c e s si se m p l o y e di n s t e a do fp u s hb o r i n g a n dt h ed e f o r m a t i o n o fb o r i n gr o di sr e d u c e dw h i l et h em a c h i n i n gp r e c i s i o ni se n s u r e da tt h es a m et i m e T h en e wc o m b i n e db o r i n gm a c h i n et o o lh a sb e e nu s e di np r o d u c t i o n I tC a nm e e to r e x c e e dt h er e q u i r e m e n to fm a n u f a c t u r i n gW D 618D i e s e lc y l i n d e rb l o c k T h em a c h i n e C a l lm e e tt h ed e m a n do fm a s sp r o d u c t i o no fW D 6 18D i e s e l T h ed e s i g nm e t h o di s v a l u a b l ef o rt h ed e s i g n i n go fs i m i l a rm a c h i n et o o l s K e yW o r d s D i e s e l C y l i n d e rB l o c kP r e a s s e m b l y P r o c e s sA n a l y s i s 独创性声明 奉人声明所呈交的学位论文是奉人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特别加以标注和致谢之处外 论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果 也不包含为获得墨注盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料 与我一同工作的同志对奉研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名 猫 签字日期 跏3年二月 宕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘茔有关保留 使用学位论文的规定 特授权墨壅盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索 并采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编以供查阅和借阅 同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明 学位论文作者签名 签字日期 加3 年 月 8 日 导师签名 签字日期 l n哪 飞 1 V 佣 弓朋 反 年 南冽 第一章引言 第一章引言 1 1 国内外柴油机气缸体总成在组合机床上的加工概况 匿鳋发动枫制造厂普遍把气缸体总成上的主轴承孔 凸轮辘孔麴燕工分为预 加工和精加工两个阶段 预加工主舞是加工气缸体主轴承孔 凸轮轴孔和曲轴箱 上的主轴承孔 采用的工艺是镗削或者铣削 精加工主轴承孔是在预加工工序完 成之后 装好曲轴箱进行的 并且与凸轮轴孔一起耀专用机床进行加工 气缸体 总成是豳气缸体和趣轴箱组成的关键组件 它不仅是内燃机各机构 系统的装配 基体 其本身的许多部位又是曲轴连杆机构 配气机构 供给系统 冷却系统和 润滑系统的组成部分 气缸体总成上各孔 各面及相互之间均有较高的尺寸精度 形状翻缀置公差要求 其加工难度缀丈 I 融6 1 8 系列柴油机是在酾S 1 5 系到柴油 机成熟技术的基础上 通过加长行程 优化喷油和燃烧来提高功率的新型柴油机 其总体结构与W D 6 1 5 柴油机相似 为了满足柴油机强化的需要 主要零部件进行 了强化 气缸盖有二气门与四气门两种结构形式 传动齿轮系统进行重新设计 风扇单独由蠡轴皮带轮驱动 为减 j 空压机冲击载荷对供 油的影响 将空压机移 至排气管侧 镗削主轴承孔和龋轮轴孔时 往往因镗杆刚度不足而影响孔的加工精度 因 此 要在枧床上设置若干个辅助支承 有豹工厂如德国道依茨公司 K 固 在镗 杆上加硬质合金键条来提高镗杆的刚度 目前 国外主轴承孔的加工精度可达到I T 6 级 其与凸轮轴孔的位置精度达 到0 0 2 r a m 同轴度达到0 0 1 r a m 英嚣C R O S S 公司设计制造翡卧式主轴孔 凸轮轴孔和定位销孔等九轴耩镗 床 其适应加工品种多 加工范围广 在各国均属少见 经过 六五 七五 攻关和对引进西德技术的消化吸收 目前我国大连组 合所 大连机床厂设计制造的三孔镗床 糖镗后主轴同轴度可稳定在0 0 3 0 0 4 r a m 凸轮轴孔圊轴度可达到0 0 5 O 0 6 r a m 表面粗糙度R 0 3 2 0 1 6 u r n 加工精度可达到I T 6 I T 7 孔的位鬣度可达 0 0 3 5 m m 对于部分柴油机主轴承 孔同轴度要求0 0 2 0 0 2 5 皿n 还可以采用少量引进西德零 部件予以保证 如 雩 进轴承 镗轩和镗模等 潍柴动力股份有限公司引进奥地利斯太尔发动机W D 6 1 5 产品及制造技术 经 消化吸收 在某些方面超过了斯太尔的原工艺水平 它的主轴承孔和凸轴孔是采 用进口镗床同时加工的 同轴度可达到夺0 0 6 主轴承孔的尺寸精度达到珏8 第一章引言 1 2 潍柴动力W D 6 1 8 柴油机的生产需求 潍柴动力股份有限公司 是由潍坊柴油机厂作为主发起人联合境内外投资者 共同发起设立的符合现代企业制度的企业 是国家内燃机研发 制造 销售重点 骨干企业 是中国柴油机行业首家瓷香港上市的公司 H K 2 3 3 8 其产品广泛 应用予重型汽车 大客车 工程机械 船用 发电等大功率动力配套市场 公阅致力于内燃机科技产业的发展 产品开发能力居国内同行业前列 总体 工艺装备水平居国内领先地位 公闭生产的W D 6 1 5 研D 6 1 8 系列柴油机在重型汽 车 工穗机械市场的平均占有率达到7 5 以上 近年来王0 L 1 2 L 大功率柴油机一 直保持市场领导地位 本公司是中国主要柴油机生产厂商之一 专业生产高速大功率柴油机 本公 司产品包括鄹6 1 5 和W D 6 1 8 系列柴油机 主要为重型汽车 工程机械 船舶 大型客车和发电机组等最终产品配套 潍柴动力股份有限公司作为国有大型 一 企业 具有6 0 多年的发展历史 是中国内燃机行业重点骨干企业 中国5 0 0 家最大工业企业 i 0 0 家最大外贸出 墨企业之一 潍柴主要生产鄹6 王S 翰6 1 8 2 2 6 B 6 1 6 0 A 6 1 7 0 8 1 7 0 R 及雾5 L V 2 0 2 7 1 2 v E 2 3 0 十大系列产品 功率范围8 2 2 0 0 千瓦 筇生产能力i 0 0 0 万千瓦 共7 0 0 多个变形品种 产品广泛应用于重型汽车 大客车 各类工程机 械 农用机械 以及发电 排灌和船舶动力 其中W D 6 1 8 柴油机是潍柴动力股份 有限公镯九十年代在雩 迸匡外最新高速枫设计技术基础上 开发研制的薪一代高 速柴油机 作为换代产品的 r D 6 1 8 系列柴油机自投放市场以来 以其油耗省 噪 声低 烟度小 易起动等优良性能深受广大用户的欢迎 其型式为直列 四冲程 增压 壹喷 双循环水冷 进气方式为废气涡轮增压 中冷 艇径力量1 2 6 m m w D 6 1 8 系列柴油机根据变型 可分别用于柴油发电机组和船用机组的配套动力 也可用于石油钻探等其他动力 嘎 3 谢D i 18 柴油橇气缸体总成预装配的结构特点 E 6 1 8 系列柴油机是在V D 6 1 5 系列柴油机基础上 加大行程 强化机体 提 高功率发展而成 E 6 1 8 系列柴油机对比我厂老一代高速机在零件设计精度方面 高两个等级 气缸体总成是菜油枕翡主体骨架 在它的内外安装着柴油机的各静 零部件 在柴油机的忑作过程中 气缸体总成受气体力 往复惯性力 活塞侧向 力等多种力的作用 受力情况复杂 2 第一章引言 ll a l o 最蹲一鼍 甲 一鼋菱 b l 轻 Q l l l ll 一 一 一l o l 3 t 4 p i 耽 憾 啦锅M 7 蔼 I 一 6 萄H 7遗 而 8 乃毒 中心媛 一 蜃蚤 1 I w J 1 一 例 I W 辎堪 凌 一一 氟 E 0 i 季t I l r lp l 鼍 罩I I K y l 尹 叼 r 一 li 一一 西 夕 圆一 j 卅 一 一 蠹1 7鼍 l 懈0 O 蓬X y l o 势 Q 王 宇F必留冷 缆 f k 镣l 一5 她9 7 链 螽急K 牵疆f 瑙c l E 秘爻 1 T 一 1 艿7 图1 1W D 6 1 8 柴油机气缸体总成预装配精镗加工的工序简图 为保证柴油机工作的安全 可靠 在材料与维构上 必须保证气缸体有足够 的强度和剐度 为使柴油机有优良的性能和使用寿命 还必须宥良好的制造精度 以保证各安装零件间的相互位置正确和配合精密 其中气缸体总成中安装主轴 瓦 凸轮轴瓦的主轴孔 凸轮轴孔是气缸体加工中最关键的工序 其加工质量的 好坏将燕接影响柴油机豹性能 图1 1 所示为甍D 6 1 8 柴油机气赧体慧成预装配精 镗加工的工序简图 气缸体材料为H T 2 5 0 硬度为H B l 7 卜2 4 1 由图1 1 可以看 出W D 6 1 8 柴油机气缸体主轴承孔尺寸精度 形位公差要求都较高 主轴孔是豳7 个0 11 0 H 6 1 2 2 m m 魏组成 其圆柱度要求为0 0 1 m m 同轴度要求为0 0 0 2 m m 表面粗糙度要求为怼1 0 p m 凸轮轴孔由7 个0 6 5 H 7 o s m m 孑L 组成 其圊轴度 要求为O 0 2 m m 对总成前端面 惰轮轴孔和0 17 H 7 孔的位移度要求为O 0 5 m m 表面粗糙度要求为R z l6 1 a m W D 6 18 气缸体总裁上有6 个O l3 0 H 6 淄翟瓣缸孔 其圆柱度要求为 0 0 1 m m 对主轴孔中心线的垂直度要求为0 0 2 m m 对主轴孔中心线和后端面的 位移度要求为0 0 3 m m 表面粗糙度耍求为R z 6 3 m 缸孔的精加工在T 4 2 1 0 0 双 立柱坐标镗床上完成 缸孔的细加工则在M B 4 2 2 0 1 0 0 半自动立式珩磨机上完 成 气缸体和曲轴箱是典型的箱体类零件 其加工基准最好采用一面两销定位 因此 在半精加工各部位前 首先在气缸体和曲轴箱下底面上加工2 0 15 H 7 工 艺孔 阑时半精铣下赢瑟 这样爱形成以两零件下底匿和下底蘧上的2 0 1 5 H 7 孔组成的一面两销孔定位基准 应溺指出 2 0 1 5 H 7 孔的粗基准也是l 6 缸外 壁 一面两销基准建立后 各部位加工尺寸应转换为以主定位销孔为起点的尺寸 2 0 1 5 H 7 孔 工艺基准 的建立原则为 在对角线上的分布应尽量远 孔距精 度士0 0 0 5 m m 确保各被热工面翡加工余量均匀 使2 O l5 H 7 孔在加工过程 第一章引言 中贯穿时间较长 当气缸体机和曲轴箱各部位半精加工完成后 将两零件用3 个稳钉销和1 4 个M 1 8 高强度螺栓把合连接起来 组成气缸体总成预装配 此时 气缸体和曲 轴箱的零件加工基准面 底面已被连接 所以需重新建立总成的加工基准 从 气缸体总成预装配的结构形式来分析 总成上顶面与气缸盖相连接 对平面度和 表面粗糙度要求较高 因此该平面是较理想的加工基准面 而总成下底面与油底 壳相连接 也有较高的平面度和表面粗糙度要求 且该面上还有2 Q 15 H 7 销孔 可与底面和两孔组成一面两孔的加工基准 从加工和测量角度分析 精加工主轴 孔和凸轮轴孔时 若以下底面和其上的2 0 1 5 H 7 孔定位时 因顶面除有6 个缸 孔外 其余均为实体结构 这将给对刀和测量带来不便 若以上顶面定位 由于 下底面结构上有6 个较大的开放空间 便于对刀 测量和观察 在实际加工中 选择以总成上顶面在工作台上定位 以下底面上2 0 1 5 H 7 孔精确校正后 在总 成侧面铣出一工艺平面 该工艺平面与上顶面组成新的精加工基准 气缸体总成 上关键部位 缸孔 主轴孔 凸轮轴孔 的加工至关重要 三孔的尺寸 形状和位 置公差均有较高精度要求 且孔的表面粗糙度要求也较严格 三孔的加工精度直 接影响柴油机的整体性能和寿命 加工基准是以总成下底面和下底面上2 0 1 5 H 7 孔组成的一面两销定位基准 在M B 4 2 2 0 1 0 0 半自动立式珩磨机上以下底面及 2 1 2 1 1 5 H 7 孔定位 珩磨各缸孔达到图纸要求 1 4 机床的总体设计方案 1 4 1 机床的配置 W D 6 1 8 柴油机气缸体主轴承孔 凸轮轴孔镗机床的总体布局形式如图卜2 所示 伊 厩厘 镗掺 f1 图1 2 加工示意图机床总图 4 篇一章引言 机床采用卧式单面配置 固定式夹具 镗杆采用多层精密导向 以达到较赢 的加工糖度 枕床主要由底座 中闻底座 滑台 主轴箱 镗模 镗杆 刀具 精镗头 刀工量检具等部件组成 夹具备有使工件抬起和落下的滚道 便于让刀用 定位采用手动伸缩式定位 销 配备带有旋转编鹤器实现主辘定位的精镗头 电机采用交流变频控制 以便 改变主轴转速 配备带有滚动直线导轨的超精密级数控机械滑台 滑台有机械传 动式和液压传动式 它载着主轴箱及镗杆 刀具作轴向往复的进给和退回动作 主轴箱由箱体 传动轴 主轴 轴承 齿轮 电机等组成 电机提供动力 继而 通过联轴器 传动辘 齿轮等传递给主轴 主轴再遽过联辘器将旋转力鄙切黼力 传递给镗杆和镗刀 滑台和主轴箱是镗床的动力部件 夹具是固定工件的部件 由定位元件 夹紧元件 导向装置等组成 以一面两销的方式定位 将气缸体总 成预装配定位并夹紧 导向装置又主要由滚动轴承 导向套 支承架组成 导向 方式为滚动式和滑动式 在空间受限制的情况下 采用铜套作为滑动导向套 夹 具和滑台安装在各自的底座即支承部件上 整台机床则安装在特设的地基上 l 4 2 机床的工作循环 机床工作循环如下 在装工件前 镗模的滚道必须处于抬起位置 主轴定在原饿 吊装工件进入 镗模后 手动插销 按下快进按钮溪台连同精镗头 把镗j 手送进工件及夹具肉 滑台前进至死挡铁位置 行程开关发讯 主轴定位解除 镗模滚道落下 手动侧 靠定位 人工夹紧工件后辅助支承抬起 凸轮轴轴承孔加工镗杆的两端镗架内的 定位销抽出 按下工退按钮 开始加工工件 至快退位置行程开关发讯 双行程 开关控制 滑台停止 主电枧在P L C 控割下缓慢反转 由精镗头前方无触点开 关进行位置检测后 编码器输出相应脉冲 实现主轴定位 夹紧及侧靠解除 镗 模滚道抬起处于让刀位置 凸轮轴轴承孔加工镗杆的两端导向套 利用手动插销 定位 按下快退按锻 滑台快退至原位 镗秆抽邀工件 吊下工件 一次动作循 环结束 该镗床整个工作过程为 手动上料手动机构使工件处于让刀位置滑台快 进 镗杆与刀具到位手动机构使工件处于预定位位置手动插销工件定位手动 夹紧王件主轴电机感动滑台工进 切毒 开始漕台王进委位 切蒋l 完成主轴电 机停止 主轴定位完成手动使工件处于让刀位置滑台快退至原位手动下料 第一章引言 l 4 3 气缸体和曲轴箱半精加工基准的选择 气缸体总成是气缸体和曲轴箱组成的关键组件 它不仅是内燃机各机构 系 统的装配基体 而且其本身的许多部位又是曲轴连杆机构 配气机构 燃油供给 系统 冷却系统和润滑系统的组成部分 气缸体总成上各孔 备蟊及相互之间均 有较高的尺寸 形状和位置公差要求 系燕工难度较大的箱体类组件 气缸体和曲轴箱是典型的箱体类零件 其加工基准以采用一面两销定位最为 理想 因此 在半精加工各部位前 首先在气缸体和曲轴箱下底面加工2 巾15 H 7 孔 圊样半精铣底冠 这样便形成了以两零件下底蟊和下底蘧上的2 垂1 5 H 7 我 组成的一面两销定位基准 应拍指出的是2 一由1 5 H 7 孔的粗基准也是1 叫缸外壁 一面两销基准建立 后各部加工尺寸应转换为从主定位销孔起尺寸 2 枣1 5 H 7 孔 互艺基准 建立原则 在对焦线上分东尽量的远 孔距 精度 0 0 0 5 m m 使各被加工面的加工余量均匀 使2 一咖1 5 H 7 孔在工艺过 程中贯穿时间长 1 4 4 糕i j n r 基准的转换 当气缸体和曲轴箱各部分完成半精加工后 将两零件用3 个稳钉销和1 4 个 M 1 8 螺栓连接组成气缸体总成 此时 气缸体和曲轴箱的零件加工基准面一下 底面已被连接 所以憨成的加工基准需重新建立 从气缸体总成结构形式分析 总成上顶面与气缸盖连接 因此有较高的平丽 度和较小的表面粗糙度要求 该平面是较为理想的加工基准面 而总成下底面与 油底壳连接 也有较高的平面度帮较小的表面糨糙度要求 且该瑟上还有加套 1 5 H 7 销孔 可以下底面和两孔组成 面两孔的加工基准 从加工和测量角度分析 精加工主轴孔和凸轮轴孔时 若以下底面和其上 2 巾1 5 H 7 孔定位时 因上顶面除有6 个缸孔外其余均为实体结构 这给对刀和 测量带来不便 若以上顶面定位 由于下底面结构上有6 个较大躲开放空闻 便 于对刀 测量和观察 在实际加工中 选择总成上顶砸定位在工作台上 以下底丽上2 一巾1 5 H 7 孔 精确校正詹 在总成侧面铣一工艺平面 该工艺平瑟与上顼面缀成新的精加工基 准 1 4 5 精度分析 W D 6 18 气缸体总成的主轴承孔 凸轮轴孔的走要形位公差要求为国度O Q 2 6 第一章引裔 同轴度O 0 3 要实现理想的圆度 主要在于减小刀尖切削时的颤动与保谖镗杆的 旋转精度 两理想的同轴度的实现 则要依赖于进给运动的壹线度及镗杆 镗模 之间更为理想的同轴度 1 4 5 1 减小刀尖颤动 1 刀具轴线与镗杆的前进方向夹 定的锐角 如图1 3 所示 镗刀的主偏角k 与副偏角k 均有改变 如下式 r l 为刀具轴线 与镗杆轴线的夹角 k 弦 l c l l k k j r t 增大了镗刀的主偏角 可将切削力分解为一部分轴向力 即可降低主要引起振动 径向力 同时 镗力在镗杆内接触瑟积增大 增舅羹了稳定性 安装长度增加 有 足够的位置安装在压紧及调整螺钉 加大主偏角 还可以在同样的切削截面时减 少切削宽度和增加切削厚度 这样也有助于减低振动 2 增加动力部件及传动系统平稳性 滑台采用滚珠丝柱传动 丝杠螺母与丝枉之间的运动艨擦为滚动摩擦 比滑 动摩擦平稳 主轴箱内传动为斜齿轮 制造精度要求较高 传动时啮合面比直齿 传动大 平稳 主轴轴承采用在径向承载能力较好的双列向心短圆柱滚子轴承 N N 3 0 0 0 K 老标准3 1 8 2 1 0 0 型 及轴向刚性较好的8 0 0 0 系列的单袁推力球轴承 主轴与镗杆之间的连接采用浮动连接 减小主轴不利于切削的振动传递到刀尖 3 减小每转进给量 微观看来 在轴向 每转进给量的减小 可使刀尖运行的螺旋状轨迹更为细 密 同时减小了乃尖兹振动 带来好的加工表蠢粗糙度及曛度 而每转迸给量与 徽禚蔷燃蒹黧渊主蒸粼由公式可以得出 进给速度降低 切削速度提高可减小每转迸给量 进给速度降 低有一个极限 超过极限 滑台进给时 会燎现 爬 亍 现象 反面影响加工精 度 所以选用滑台允许的最低进给速度 切搿 速度的提高也有限制 由于空间限 制 加工凸轮轴孔的镗杆部分导向为固定式导向 依据经验 旋转线速度超过 2 0 m m i n 镗杆由于摩擦发热丽变形 与导向套发生 别劲 现象 加工主轴孔 的镗杆虽然空间限制影嚷奎一些 毽两主轴两处于一个主轴箱蠹 由霹一台电机 驱动 转速也受限 另外 就工件本身而言 主轴孔比凸轮轴孔更为重要一些 所以确定切削速度时 主要是保证加工主轴孔的切削速度要尽可能提高 同时兼 顾凸轮轴孔的旋转线速度不超避2 0m m i n 7 l 4 5 2 保证镗杆的旋转精度 1 保证镗杆本身的圆柱度 镗杆材料选用4 0 C r 调质 校直 表面镀铬处理以 保证圆桂度O 0 l 2 保证镗杆与导向套之间的配合阀隙恰到好处 镗杆与导向套之闻的配合间隙 过大 不利于保证旋转精度 过小 镗杆运动不灵活 磨损加快 且对各导向套 内孔尺寸 形状公差要求甚严 制造时 先制造出导向套 根据导向套的内径实 际尺寸 配磨镗杆外圆 确保配合间隙在0 0 0 7 0 0 1 5 范围内 3 镗模布置紧凑合适 在不妨碍装卸工件的前提下 镗模尽可麓靠近加工郝缎 使镗模最大程度地发挥导向的作篇 1 4 6 采用精密级滑台保证进给的直线度 滑台专业生产厂家 其精密级产品具有较篙豹运动精度 该镗床即采用了外 购的 滚珠丝杠传动的精密机械滑台 1 4 7 设置调整件 保证镗模的同轴度 镗模在夹具中装配 需上下左右调整 因此需有调整垫片 工艺镗杆等件 以方便准确地将镗模调整定位 确保镗模同轴度0 0 1 由于上述关键之处处理得当 机床制造完成螽 在初步达到半稽镗瓣精度羼 进一步将刀具调整到精镗尺寸 实现了产品图纸的最终要求 即各孔圆度公差 O 0 0 2 同轴度公差O 0 3 以内 么 茁p 鬈7 飞夭缁 送给方向 毒 图I 3 在镗杆上倾斜装刀 8 第二肇镗削工艺分析 第二章镗削工艺分析 为提高精镗镗削加工时的精度 工艺上通常采用下列方法加以解决 l 提高工艺系统剐性 特别是提高镗杆的刚性 2 合理的工艺安排及切氍参数的选择 3 加工过程中改变主轴转速 避免切削速度落入切削过程中的非稳定区内 2 1 拉镗加工 b j 二 一上 谶 兰 F r F r t 一 f 一 一 d d 图2 1 推镗状态下的变形 p F F 嚣 3 一 匿2 2 拉镗状态下的变形 长期以来 无论是国内还是国外机床厂在设计柴油机气缸体总成主轴承孔 凸轮轴孔精镗工艺时 都习惯采用细长镗杆推式镗削工艺 当镗杆长径比大于 圭G 以上 本机床凸轮辅孔加工镗杆长径比为1 4 9 2 震缨长镗秆 这种镗杆工 作时将出现精镗所不允许的震颤 因镗杆震颤加工精度将达不到工件设计所要求 的粗糙度 圆柱度 网轴度甚至尺寸精度 严重的甚至导致切削刃崩裂 出现废 品 为什么会出现镗杆震颤昵 假设图2 I a 黍性杆为超细长镗杆 采用推 镗工艺 镗杆动力头侧传递动力F 使镗杆前进 镗杆在加工过程巾必然承受镗刀 传递来的轴向切削抗力F 7 设F 及轴向切削抗力 与镗杆轴线重合 当F 及F 7 逐渐增加 但小于某一极限值时 镗杆一直保持其直线形状的平衡 即使作用一 个微小麴侧离干扰力 暂时使其发生微小的弯曲交形 在干扰力解除蜃 它将恢 复其原有的直线形状 这说明镗杆直线形状的平衡是稳定的 当F 及F 7 逐渐增 9 第二章镗削工絮分析 加到某一极限值时 镗杆原有的直线形状的平衡变为不稳定 它将由直线形状的 平衡转交为益线形状的平衡 这时如再作用一微小的侧向干扰力 使其发生微小 弯曲变形 在干扰力解除后 它将保持曲线形状的平衡 而不能恢复其原来的直 线形状 使镗杆丧失稳定 在加工时 镗杆在两个方向压应力的作用下会产生弯 蘸变形 参见图2 1 b 此外镗杆在承受轴向切削抗力的同时还将承受径囱 切削抗力 郎侧向干扰力 细长镗秆的弯曲变形必然是两个方向切削抗力造成变 形的叠加 如图2 1 c 所示 若轴向切削抗力达到一定值时 甚至会出现细 长镗杆的受压稳定性阀题一压杆失稳 如图2 1 d 所示 压杆失稳时所能 承受豹最大轴向雏应力 菲僵远低于秆件材料的藩服极限 瑟且还大大低予其泷 例极限 加工过程中的脉动冲击轴向切削压威力的存在是镗杆震颤的主要原因之 一 e l 下疆来详细分析一下镗 杼的变形情况并且计算一下 镗杆的临界压力 首先将镗 杆抽象成数学模型 就可以 篱化成是一端匿定 端童 由的压杆 1 2 l 对于一端固定 另一端自由的细长压杆来说 图2 3 两端铰支绷长压杆临爨聪力的受力简图 计算临界压力的公式 可 以丽比较篱单的方法求出 此方法是利霜两端铰支细长压秆临界压力的受力简图 图2 3 相比较而得的 设在临界压力下 杆件以轻微 弯曲的形状保持平衡 图2 4 现把变形曲线延伸一倍 如图2 4 中稷象线所示 毙较黧2 4 移图2 3 可觅一端 固定另一端自由 且长为l 的压杆的挠曲线 与两端铰支 长为2 1 的压杆的挠曲线的上半部分完全相同 所以 对于 一端固定另一端是由且长为l 的压杆 其临界压力等于两 端铰支长为2 圭翡筮杆的l 涟爨燕力 即 P u 寄 上式只是压杼巾的一种 根据瓣各种压扦的分析总结 可以得出 1 0 0 一 二 一j 图2 4 临界压 力下杆件受 力图 第二黛镗削工艺分析 弘哿 这就是我们所说的欧拉公式的普遍形式 式中p1 表示把压杆折算成两端铰支杆 的长度 称为相当长度 p 称为长度系数见表2 一l I 为横截面的最小惯性矩 E 走材料的弹性模量 表2 1 压杆的长度系数u 压杆的约束条件长度系数 两端铰支 l 王拳l 一端固定另一端自由p 1 两端固定 I l 1 2 一蠛固定另一端饺支塾 7 查手册可得 E 1 9 5 G N m 2 j 生 三 兰兰Q 坚 5 1 酽m 4 根据欧拉公式 可以计算出镗杆的临界压力 曩 三 兰 兰 墅兰 竺 兰型釜 鲨 57 Nlj 一 3 f U U l f 2 2 0 7 2 一般情况下 安全系数必须在3 以上 即P 实际 界 3 a 而镗削过程中轴向力的计算如下 以凸轮轴孔为例 F f F 式中乃 镗杆所受的摩擦力 镗杆所受的切削抗力 F f 2 G x 矿泌g x 囊 p z r j L g x 豪 7 9 3 1 4 x 3 0 5 2 2 1 0 5 9 8 0 0 4 1 0 0 0 1 9 0 4 N 疋 7 xO 0 5 1 t 1 S o 6 5 H B 1 7xO 0 5 1xO 4 2 0 0 5 0 五5 2 4 l t l 7 0 7 豫 6 9 3 3 N 式中 t 切削深度 毫米 卜迸给量 毫米 转 册 一布氏硬度 则 F l9 0 4 6 9 3 3 8 8 3 7 N 5 7 0 0 3 1 9 0 0 N 第二章镗削工艺分析 由计算可以看出 虽然镗削过程 中其轴向力远远小于允许的临界压 力 但是 它仍然可以造成镗杆的弯 曲变形 下面我们粗略地计算一下镗杆 的弯曲变形量 我们口J 以利用挠曲线的微分万 程 先不考虑由于镗杆自重引起的变形 图2 5 镗杆简化为简支梁的受力图 以每两个镗杆支架之间的跨距为例来进行计算 将镗杆简化成在集中力作用下的 简支梁 见图2 5 I s 首先求出梁在两端的支反力 髟 了P b R 占 了P a 分段列出弯距方程 A c M 1 一 P b 工l0 而 a C B M 石 一尸 x 一口 a x l 由于梁在A C 和C B 两段内弯距方程不同 挠曲线的微分方程也就不同 所以 应分成两段进行积分 积分结果如下 A c 段o 工l aE I v M l P b 而 肌 孚萼 c 2 1 E I v 孚吾 D l 2 2 p k C B 段a x 2 l E I v M 2 三 工2 一P x 2 一口 r j v 2 譬至2 一尸型 c 2 2 3 22 胁 华至3一型 c2矿D 2 4 66 Z 2 在C B 段内 对含有 x a 的项积分时 就以 x a 为自变量 这样可使确定 积分常数的运算得到简化 积分出现的四个积分常数 需耍四个条件来确定 F h 于捧曲缘应该是一条光 1 2 第篡肇镗肖 j r 艺分析 滑连续的趣线 因此 在矗C 穰8 e 两段酶交界截蕊C 处 由 2 1 式确定的转 竞应该等子 2 3 式确定翡转囊 两虽壶 2 2 式确定翡挠凌应该等于由 2 4 式确定的挠度 即 当x l x 2 a 时 呓 V 2 毪 在 2 一1 式孛令X 0 在 2 9 式孛令屯端 得粱在A B 两端的截面转角分别为 疹 一 P b P b 2 一 P a b I b 2 1 1 捋 一 一 t 一 第二章镗削工艺分析 最 P a b 1 a 2 1 2 6 艺 当a b 时 可以断定吼为最大转角 我们仅计算挠度 最大挠度 当移 宰 o 时 v 为极篷 所以应善先确定转焦e 秀零的截面 的靛置 由 2 1 1 式知端截面A 的转角吼为负 此外 若在 2 9 式中令蔗 口 又霹求得截面C 的转角为 镌 面P a b 翁一6 如a b 则良为正 可见从截面A 到截面C 转角由负变为正 改变了符 号 挠曲线既为光滑连续益线 8 卸的截蔼必然在A c 段内 令 2 7 式等于 零 得 等酽 6 2 嘲 2 1 3 x o 即为挠度为最大值的截面的横坐标 以 代入 2 8 式 求得最大挠度为 乙硝X l f f i x O 一志扩两 浯 当集中力P 作用于跨度中点时 口 6 i 1 由 2 1 3 式得工 去 即最大 挠度发生子跨度巾点 这也霹嘲挠曲线的对称性直接看出 另 种极瑞情况是集 中力P 无限接近于右端的支座 以至b 2 与 2 相比可以省略 于是由 2 1 3 及 2 1 4 两式 秘 西1 7 P b l 2 i 景一 9 4 3 E z 可晃即使在这种极端情嚣下 发生最大挠度豹截面仍然在势度中点附近 也就是 说挠度为最大值的截面总是靠近跨度中点 所以可以用跨度中点的挠度近似地代 替最大挠度 在 2 8 式中令x 委 求出跨度中点的挠度为 1 4 厚 第二鬻镗削工艺分析 曩兰一鑫防埘2 治 在上述极端情况下 集中力P 无限靠近支座B 友 一旦3 1 2 笠一一P b l 2 言4 8 E 1 6 E 这时用一代替厶所引起的误差为 i f 磷 f 王i 巫1 互1 观舒 歹呱 一 9 4 5 可觅在麓支粱中 只要挠越线上无携点 总可爝跨度中点的挠度代替最大挠度 并且不会霉 起摄大误差 因此 利用式 2 1 5 我们可以求如镗杆的最大挠度 镗杆所受的径向切削抗力 P 7 x 5 1 4 t S 7 5 H B 班5 5 7 x 5 1 4 x 0 4 x 0 0 5 氇於 2 4 l 爨瑟 3 l l 厶一盎 3 1 2 4 b 2 卜而嵩器 3 0 5 3 8 2 4 0 2 6 9 2 0 0 0 0 0 0 2 9 7 5 m o 0 0 2 9 7 5 m m 毒计算可竣看出 键耔在切削抗力戆箨露下 仪发生微小熬弯逮变形 远远 不足以影嫡加工精度 由以上分析计算我们可以看出拉镗工艺与推镗工艺存在着本质的区别 在拉 镗时镗杆仅在径向切骜l 抗力即侧良予扰力的作用下发生轻微的弯躲变形 参见图 2 2 蜀显嚣免建杆轴蠹拉应力的存在 提高了镗秆抗弯盏变形翦篷力 这正是 本机床的独到之处 2 2 皇辘孑L 与凸轮轴孑L 加工工序改进 潍紫动力股份有限公司早期采用的主轴孔与幽轮轴孔加工王艺安排是 l 主轴孔粗扩 凸轮轴孔粗扩 2 主辘魏半精镗 凸轮辘孔半精镗 3 主轴孔精镗 函轮轴孔精镗 这样的加工工艺蜜排 势必导致工件的多次趱复定位 由于气缸体定位平 匿采用的是镌肖4 加工 平匿度并不是很好 容易产生定位误差 两由于定位误 差戆存在 登然会对主轴魏及凸轮辘强魏孔距精度造成影响 有时甚至不麓满 第二辩镗削工艺分析 足工艺要求 实测时 凸轮轴孔对主轴孔的平行度有时能超过0 6 0 m l 丽图纸 要求平李亍度为0 1 m m 另外 为了使加工过程能正常进行 可靠的保证加工精度 在工序安排上 合理的调蹩与分担加工余量 也是保证最终精镗加工精度的有效措旌之一 在组 合机床上进行孔加工时 通常采用的工序闻余量见表2 2 在制定工艺方案划分工序闻余甓时 可根据具体情况参考表中推荐范围选 择 但一般要注意下列问题 a 粗镗时 考虑王件的冷硬层 铸孔的铸造黑皮和铸造偏心 粗镗余量 直 弪上 般不褥小于6 7 毫米 b 在工件经过重新安装 定位误差较大时 余量应适当增大 当工件不经 过重新安装 而在一次安装下进行半精加工和精加工 则最后精加工的余量就可 以减小 健精镗孔时 1 2 级 直径上余量一般不应超过0 4 0 5 毫米 由予鄹6 1 8 柴油机相对来说 批量较大 我厂在铸造时采蠲的是金属模造型 表2 2 孔加工常用工序间余量 加工工序 加工直径 毫米 工廖特点工序闻余量 壹径上 毫米 1 0 2 0 钻孔后扩孔1 5 2 O 扩孔 粗扩后精扩 0 5 1 0 钻孔螽扩孔 2 0 2 5 固2 0 5 0 粗扩后精扩 1 0 1 5 1 0 国2 00 1 0 0 2 0 2 0 3 0O 1 5 O 2 5 铰孔 3 0 5 00 2 0 O 3 0 5 0 巾8 0 O 2 5 0 3 5 0 8 0 l O O0 3 O 4 2 0 国8 00 7 王 2 半糖键 0 8 0 1 5 01 O 1 5 哟3 0O 2 0 2 5 精镗 0 3 0 1 3 0O 2 5 O 唾 1 3 0 0 3 5 V 0 5 毛坯余量稳定 因此 经过多次的实践摸索 我们将工艺安排进行了调整 首先 两孔分别加工 粗扩凸轮轴孔 壶 P 5 0 镗至q