机匣深孔机械加工研究

湖南省株洲市中航工业南方航空工业（集团）有限公司精密加工中心 石 峰

机匣深孔机械加工研究

湖南省株洲市中航工业南方航空工业（集团）有限公司精密加工中心 石 峰

某发动机是水平对置活塞式发动机，采用曲柄连杆机构。其主要结构由机匣、气缸和零部件组成。机匣分左右两半部，由ZL105铸造后经机械加工而成。机匣结构复杂，其上安装接口多，布有气缸、曲轴、滑油池、后盖、调速器、启动电机、发电机等安装接口。

一、工艺难点分析

左、右两半机匣的组合加工通过两个定位销实现。机匣组合后，定位销无法作为加工基准，必须进行工艺基准转换。精密螺栓安装孔与气缸的精确定位密切相关，也与曲轴支靠面（即曲轴轴向定位面）密切相关。难点主要集中在机匣高精度尺寸的控制及深孔的加工上。曲轴孔和凸轮轴孔的精度及油孔尺寸如图1和表1所示。

图1 曲轴孔和凸轮轴孔示意图

表1 曲轴孔和凸轮轴孔的精度及油孔的尺寸

从以上数据不难发现，曲轴孔与凸轮轴孔的加工，以传统的镗工去加工很难达到要求。通过对各汽车发动机厂家调研得知，通常采用的加工工艺为粗镗—半精镗—精镗，而对于曲轴孔的加工，通常均为精镗后珩磨作为曲轴孔的最终工序（曲轴孔在缸体上，基体为铸铁材料）。为保证各镗孔的同轴度要求，多家公司都采用粗镗为双面镗削加工，精镗选用单面镗床。为克服镗杆过长、刚性差的缺点，通常在夹具上设相应的滚动导套来提高工艺系统的刚性。为了改变镗杆的受力状况，减少镗杆的振动，提高直线镗孔的质量，多家公司都采用多刀头、拉镗和错开镗孔的加工方法，主动测量、刀具磨损自动补偿装置也在镗孔中普遍应用。同时，少部分厂家采用组合导向，即镗杆在零件加工过程中，有前导向、后导向及中间导向作导向支承。更多的厂家则无组合导向，精镗为一刀直接镗到位，采用具有静压导向的专用镗刀杆。

该发动机的左、右机匣材料为铸铝ZL105，无法镗削后进行珩磨，而直接进行镗削到位无法保证精度要求。

二、问题的解决

通过认真考证，笔者认为，可以采用将两半机匣分开用球头铣刀对凸轮轴孔进行最大的去除余量粗加工。然后将左右两半机匣组合在一起进行镗铰，先用Φ26的镗刀进行半精加工，然后用Φ26.2镗刀加工第一节孔（共4节孔），保证位置度合格；最后用第一节孔作为引导，利用Φ26.2专用整体刀柄铰镗刀上的导条进行定位加工到最终尺寸。

1. 选用合适的刀具。进行镗铰加工，设计、制造刀具是关键的第一步。由于镗刀太长（全长750mm），整体用硬质合金不经济，为减少镗刀杆自重的影响，可以将刀杆做成空心的。为了使冷却液能喷到零件里，真正起到冷却的效果，可以将镗刀做成带内冷装置的。刀杆全长上4个方向都有导条，与刀刃及刀柄的跳动在全长上保证跳动不大于0.005。

2. 选择合理的参数。刀具设计后，选择合理的切削参数也至关重要。零件材料为：铸铝ZL105，Al-Si系合金，淬火用水冷却，人工时效，硬度HBS70。切削参数选用过低，加工效率低，表面光洁度不好；切削参数选用过高，刀具寿命低，容易打刀。通过不断摸索，建议选用如下切削参数（表2）。

表2 切削参数

3. 将精、粗膛分开切削。除选用合适的刀具及合理的切削参数外，为防止工作切削引起的变形，我们将粗、精镗分开进行。提高粗加工孔的质量，尽可能使各孔的余量均匀，切削用量基本一致；精加工时，为提高刀具安装的准确性，我们要求刀具每次加工前进行跳动检查；为消除切削过程中的振动，我们将孔壁有缺口或交叉的补齐，使镗开孔时受力平衡。

综上，实践证明，本次所设计的刀具和选择的切削参数合理，能满足长孔的最终精度要求。