超大型低速柴油機(jī)機(jī)架加工

大連船用柴油機(jī)有限公司 （遼寧 116021） 高 波 徐國(guó)成 侯新華

隨著制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的越發(fā)迫切，低速柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷接近螺旋槳的最高效推進(jìn)轉(zhuǎn)速，其設(shè)計(jì)指標(biāo)向著更低的轉(zhuǎn)速、更輕的重量和更緊湊的結(jié)構(gòu)靠攏。為了降低工作轉(zhuǎn)速，低速柴油機(jī)的沖程缸徑比不斷提高。曼恩公司最新開發(fā)出的G機(jī)型和瓦錫蘭公司推出的X機(jī)型，其沖程缸徑比提高到了4.65，最低轉(zhuǎn)速降至66r/min。這種變化給其大型結(jié)構(gòu)部件的加工帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)，其中機(jī)架的加工對(duì)沖程的變化最為敏感。

1.機(jī)架加工難點(diǎn)

（1）機(jī)架為大型箱體類零件，其尺寸較大，像G90和X92機(jī)架尺寸達(dá)到長(zhǎng)15～22m×寬5.65m×高5m，其上孔洞和開口較多，工件在翻個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)生較大變形（見圖1）。

圖1 機(jī)架俯視圖

（2）整個(gè)機(jī)架由多片鋼板焊接而成，焊道多且縱橫交錯(cuò)，內(nèi)應(yīng)力較大，加工后易發(fā)生內(nèi)應(yīng)力釋放變形。

（3）機(jī)架導(dǎo)滑板的尺寸和形位精度要求高，是機(jī)架加工的最大難點(diǎn)。主機(jī)超長(zhǎng)的沖程會(huì)使機(jī)架高度增加、導(dǎo)板變長(zhǎng)，需要解決機(jī)床滑枕懸伸過(guò)長(zhǎng)引起的剛性下降、加工振動(dòng)問題。

（4）機(jī)架兩端底部的開口較大，剛性差，在加工過(guò)程中易產(chǎn)生振顫、崩刀，導(dǎo)致表面粗糙度差和刀片損耗嚴(yán)重。

2.機(jī)架加工難點(diǎn)的工藝解決方案

針對(duì)以上加工難點(diǎn)，可以采取如下解決方案：

（1）因機(jī)架在翻個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)生形變，所以最重要的加工面（例如導(dǎo)滑板的加工）必須在最后一個(gè)工位成品，即最重要面成品后，不允許再對(duì)工件進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)。

（2）如果有條件，在機(jī)架焊接完成后，要進(jìn)熱處理爐，做去應(yīng)力退火處理。如沒有熱處理?xiàng)l件，則工件應(yīng)粗加工后放置一段時(shí)間進(jìn)行時(shí)效，將內(nèi)應(yīng)力釋放出，再進(jìn)行成品加工。

（3）機(jī)架導(dǎo)板加工方案。加工超大型機(jī)的機(jī)架，首先機(jī)床硬件參數(shù)要達(dá)到以下要求：①數(shù)控龍門銑機(jī)床工作臺(tái)的長(zhǎng)度和寬度尺寸要足夠，工作臺(tái)寬度需達(dá)到6m。②機(jī)床橫梁升起后到工作臺(tái)面的高度要達(dá)到7m（大于等高墊高度＋工件高度＋銑頭長(zhǎng)度）。③機(jī)床滑枕的行程最好能達(dá)到3.5m，使滑枕行程和銑頭長(zhǎng)度之和要大于機(jī)架導(dǎo)板加工高度值5m（見圖2）。

導(dǎo)板加工工序安排：機(jī)架導(dǎo)滑板首先要在底面成品前進(jìn)行粗加工，留2mm余量。待底面成品，工件翻個(gè)后，將底面調(diào)平在0.05mm以內(nèi)，進(jìn)行半精加工，留0.1mm余量，最后使用光刀進(jìn)行精整加工。

圖2 大型數(shù)控龍門銑

解決導(dǎo)板表面加工質(zhì)量方案：同一檔內(nèi)的四塊導(dǎo)板切削狀態(tài)不同，一條對(duì)角線上的兩塊導(dǎo)板為順銑加工，另一條對(duì)角線上的兩塊為逆銑加工（見圖3）。加工后觀察順銑加工的導(dǎo)板工件表面質(zhì)量好，排屑流暢，刀尖磨損輕微，尺寸穩(wěn)定性好。逆銑加工相反，振動(dòng)大，表面質(zhì)量差，刀具磨損嚴(yán)重。

圖3 機(jī)架導(dǎo)板切削狀態(tài)示意圖

解決此問題的方法是將兩塊處于逆銑切削狀態(tài)的導(dǎo)板變成順銑，軟件上通過(guò)主軸反轉(zhuǎn)M04指令實(shí)現(xiàn)，硬件上要有反向切削刀盤和能安裝正、反向刀盤的雙面銑頭。

減小導(dǎo)板加工時(shí)工件振動(dòng)的方法：加工前，要在機(jī)架四周和每個(gè)導(dǎo)板下部安放等高墊，等高墊的高差控制在0.03mm以內(nèi)。工件底面放在等高墊上之后，檢查導(dǎo)板下的每個(gè)等高墊是否壓實(shí)，如有用手能推動(dòng)的則用塞尺檢測(cè)間隙，加相應(yīng)厚度的銅皮使墊墊實(shí)，否則加工導(dǎo)板時(shí)振動(dòng)會(huì)很大（見圖4）。

減小機(jī)床滑枕懸伸過(guò)長(zhǎng)時(shí)振動(dòng)的方法：從上往下加工機(jī)架導(dǎo)板的過(guò)程中，機(jī)床滑枕伸出量不斷增加，機(jī)床的共振頻率不斷變化，接近切削加工的激發(fā)頻率時(shí)，機(jī)床振動(dòng)加劇。這時(shí)可以通過(guò)改變切削參數(shù)來(lái)調(diào)整，使切削激發(fā)頻率遠(yuǎn)離機(jī)床頻率。一般可降低刀盤轉(zhuǎn)速，適當(dāng)增加進(jìn)給量。

圖4 機(jī)架導(dǎo)板加工等高墊布置

（4）解決機(jī)架兩端法蘭面剛性低、難加工的問題。在加工機(jī)架兩端底部法蘭時(shí)，使用輔助支撐增加剛性的方法，會(huì)因支撐變形使成品尺寸超差?？蓮那邢鞯毒吆颓邢鲄?shù)上解決此問題，建議使用45°主偏角刀盤（見圖5），切屑的寬度會(huì)增加而厚度變薄，配合增大前角刀片，切削抗力小。在切削參數(shù)上選用高轉(zhuǎn)速、小的背吃刀量和快進(jìn)給，能遠(yuǎn)離工件的振動(dòng)頻率，切削平穩(wěn)，表面加工質(zhì)量非常好。

圖5 45°大前角刀盤

3.機(jī)架尺寸及形位精度的檢測(cè)

機(jī)架尺寸精度的檢測(cè)可以通過(guò)千分尺完成，但其形位精度最有效的保證和檢測(cè)方式還是使用機(jī)床檢驗(yàn)。在工件加工前，首先要對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行檢測(cè)，需檢測(cè)三個(gè)方面內(nèi)容：①使用激光干涉儀測(cè)量機(jī)床跑位的尺寸精度，一般要控制在0.02mm/1000mm以內(nèi)。②使用理石角尺測(cè)量機(jī)床各軸間的垂直度，一般要控制在0.01mm/1000mm以內(nèi)。③檢測(cè)機(jī)床各軸的重復(fù)定位精度，一般要小于0.01mm。

檢測(cè)機(jī)架時(shí)，在機(jī)床銑頭上安放百分表，在要檢測(cè)的平面上拖動(dòng)，表針的變化量加上機(jī)床的形位誤差量，就是工件加工面的實(shí)際加工精度。對(duì)于機(jī)架導(dǎo)板0.1mm/5000mm的平面度和0.2mm/5000mm的垂直度要求，百分表針的變化量需小于0.15mm，突變量小于0.01mm/1000mm。