大功率发动机机体凸轮轴安装孔加工工艺

大功率发动机机体凸轮轴安装孔加工工艺

1零件结构分析和加工难点1.1下转轴孔加工图1显示了1个带有开口的功率发动机主体的示意图。该孔是由7个安装支撑组成的长距离同轴孔,同轴度及尺寸精度要求很高,并且与下端主轴孔有位置精度要求,是机体中最难加工的部位。1.2机体上齿轮安装孔加工由于该机体采用了国际先进的设计技术,其结构完全不同于以前的机体,目前,此类机体在国内还没有其他生产厂家。机体上凸轮轴安装孔加工难点是轴向距离长,精度要求高。7个安装孔内径均为106mm,精度为6级,总长度1160mm,长径比为10.9,相邻两孔直径同轴度要求为0.03mm,粗糙度Ra为0.8μm,这类高精度的同轴孔在加工中很难保证同轴度和粗糙度。2专用刀杆和引导套的研制对于长距离同轴孔的加工,国内外传统的制造工艺主要有两种,一种是采用高精度设备两头悬置镗削,以减少刀杆的伸长量;另一种是设计专用镗孔工装,在刀杆中间附加支撑,增强长刀杆的刚度,减少挠曲变形。如果采用两头悬置镗孔工艺,则刀杆悬置长度必须大于600mm,但因孔径较小,无法依靠镗床主轴伸出,很难保证加工精度;由于机体形状和结构的限制,除两端外,中间无法设计引导刀杆的支撑。因此加工该机体凸轮轴安装孔无法采用传统的工艺方法,这样大大增加了加工的难度。针对本机体的结构特点和我们现有的设备情况,将该孔的加工放在大型镗床(T612)上进行;设计并制作了专用刀杆和引导套。第1个孔使用普通镗孔刀杆悬伸镗削,然后在专用刀杆上装入6个引导套,将刀杆和最前边的引导套一起装入已完成加工的第1孔中,以该孔定位,镗第2个孔;在第2个孔镗完后,再将第1孔上的引导套推至第2孔,将后边的引导套推入第1孔,来镗第3个孔;依此类推,直至第7孔镗完。在镗第7孔时,有6个引导套引导刀杆(见图2)。3工艺参数的确定3.1配合间隙的选择采用上述工艺的难点之一是刀杆与引导套的配合间隙及引导套与凸轮轴安装孔的配合间隙确定。如果间隙太小,工艺操作难度很大;如果间隙太大,会直接影响加工的精度。第55页图3示出凸轮轴安装孔加工时的理论中心线及产生极大偏差时的实际中心连线,1～7为7个支撑孔位置。y1,y2,…,y6分别为因引导间隙在各孔可能产生的最大偏差值。设刀杆与引导套的配合间隙为δ1,引导套与凸轮轴孔的配合间隙为δ2,则第1孔的引导误差最大值为y1=δ1+δ2;镗第2个孔可能产生的中心最大偏差为y2=δ1+δ2;如果镗第3个孔时向同一方向上偏移,则y3=y2+(δ1+δ2)=2(δ1+δ2);依次类推,y7=6(δ1+δ2);也就是实际加工各孔中心位置在图3所示底面半径为y6的锥体内,且每相邻两孔的误差不大于(δ1+δ2)。考虑到刀杆的强度、变形及成本等因素,设计专用刀杆的直径为75mm,精度为6级;刀杆材料为45碳素结构钢,引导套材料为H62黄铜。为减小配合间隙,引导套内孔与刀杆的间隙形成是通过配研实现的,配研后保证刀杆与引导套之间灵活转动和移动,其半径方向配合间隙δ1=0.006mm。引导套与凸轮轴孔的配合间隙的选择是采用本工艺的又一难点。如果间隙太小,很难将引导套推入凸轮轴安装孔中,工艺操作难度很大。因为图样要求保证相邻两孔的直径同轴度为0.03mm(半径方向为0.015mm),为了保证同轴度的要求,理论上δ1+δ2<0.015mm,δ2<0.015mm-0.006mm=0.009mm。为了能将引导套装入凸轮轴承孔中,在引导套上增加了引导部分,引导套外径的尺寸为(106-0.003-0.010)mm,并在加工内孔时控制其间隙。因为δ1+δ2<0.015mm,如果所有的6个引导孔间隙均向一个方向偏移,则在第7个孔产生的最大中心偏移y7=6×0.015mm=0.09mm,这种情况在实际中出现的概率是非常小的。由于刀杆自重等因素的影响,中心一般是往理论中心线的下方偏移。图样要求凸轮轴安装孔在传动端方向上与主轴孔径向的位置偏差小于0.1mm,相邻两孔的直径同轴度为0.03mm,因此,该工艺方法是能够满足设计要求的。为了防止引导套转动及刀杆和引导套研死的现象,在上端的油道孔处安装一个钢制油管,并在管内注入机油,既能润滑刀杆,又可以防止引导套转动。3.2精加工余量的影响该孔的粗加工采用两头找正悬伸镗削,考虑到粗镗孔时各个轴承孔的同轴度及位置存在的误差较大,余量过小容易产生中间部分孔无镗削余量,余量过大在精加工时很难保证精度。通过试验得出精加工余量应控制在0.4mm～0.5mm。精加工时由于刀杆较长,在镗孔时又有多个引导套支撑,主轴转速不宜太快,太快容易产生振动;但转速太低又使粗糙度难于保证。为了保证粗糙度和精度,针对刀具材料、主轴转速、切削深度、进给量进行了多次工艺试验,最后确定镗刀刀头材料选用YT15硬质合金,主轴转速为260r/min～300r/min,进给量为0.06mm/r～0.12mm/r。4试验结果的检验用大型三维检查仪对采用上述工艺方法完成加工的凸轮轴安装孔位置精度进行检查,符合设计要求;采