12V180氣缸體曲軸孔及止推面復(fù)合鏜桿設(shè)計(jì)

譚東芳 張習(xí)國

摘要：12V180是濰柴集團(tuán)公司推出的一款新型大馬力高速發(fā)電及船用柴油機(jī)。12V180氣缸體外形龐大，曲軸孔及止推面加工精度要求較高，鏜削曲軸孔工序中，所需線型鏜桿也屬于大型復(fù)合鏜桿，設(shè)計(jì)制造難度均較大。目前，我公司各機(jī)型的氣缸體鏜削曲軸孔及止推面用鏜桿大多采用國外進(jìn)口，自主設(shè)計(jì)制造氣缸體曲軸孔及止推面復(fù)合鏜桿尚屬首次。在鏜桿設(shè)計(jì)過程中，打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，采用了許多新結(jié)構(gòu)及新思路。本文就 12V180 氣缸體曲軸孔及止推面復(fù)合鏜桿的設(shè)計(jì)過程展開論述。

關(guān)鍵詞：曲軸孔;止推面;拉鏜;復(fù)合鏜桿;分級;分段;可漲式滑塊機(jī)構(gòu);斜齒;斜鍵

1? 鏜桿技術(shù)要求

①設(shè)計(jì)一套12V180曲軸孔鏜桿，用于主軸孔的半精鏜、精鏜以及止推面的加工，與鏜模1874210000配合使用;

②曲軸孔粗加工至199±0.25，要求半精鏜至201.2H10，精鏜至202H6，其它精度要求詳見產(chǎn)品圖紙;

③要求鏜桿精度高，配置相應(yīng)的刀具調(diào)整單元及刀片，所選用刀具耐用度要高，提高刀具預(yù)估壽命，與鏜模協(xié)同設(shè)計(jì);

④刀具調(diào)整方便，配備刀具調(diào)整工具;

⑤主軸孔鏜桿與TH6916/L60落地式鏜銑加工中心主軸及聯(lián)軸器1874210001配合使用，兼顧自制專機(jī)。

2? 產(chǎn)品加工要求分析

12V180氣缸體外形龐大，長×寬×高=1914mm×640mm×1005mm，曲軸孔直徑202H6（）mm，是我公司各系列產(chǎn)品中外形較大的機(jī)型。各曲軸孔對相鄰兩孔跳動(dòng)要求為0.04mm;對兩端孔公共軸線跳動(dòng)要求0.06-0.08mm;止推面直徑尺寸236mm;兩止推面寬度為58mm;對兩端孔公共軸線垂直度要求為0.04mm;加工精度要求較高。詳見圖1。

3? 設(shè)計(jì)方案

3.1 鏜削方式的確定

鏜桿鏜削方式有兩種：推鏜和拉鏜。目前國內(nèi)外大多采用推鏜形式，我公司設(shè)計(jì)的鏜桿鏜削均采用推鏜形式。推鏜加工時(shí)鏜桿始終處于軸向受壓的工作狀態(tài)，易引起鏜桿的彎曲及振動(dòng)，產(chǎn)生孔加工的直線度誤差。拉鏜形式有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，鏜桿不容易變形，孔的加工精度較高。在180鏜桿設(shè)計(jì)過程中，為了提高曲軸孔的加工精度，鏜桿的鏜削形式首次嘗試采用拉鏜替代推鏜。

3.2 鏜刀的選用及排布

鏜刀選用微調(diào)精鏜單元，尺寸方便調(diào)節(jié)，精度高，最小調(diào)節(jié)精度為0.002mm。依據(jù)鏜刀排布的基本原則是：行程盡量縮短，提高加工效率;鏜刀間錯(cuò)排布，避免共振，提高孔表面加工質(zhì)量。依據(jù)鏜刀排布的基本原則，確定各鏜刀位置及拉鏜工作行程218mm，鏜桿的長度2800mm。鏜刀排布詳見圖2。

3.3 鏜桿的分級設(shè)計(jì)

結(jié)合鏜模鏜套及鏜桿直徑的設(shè)計(jì)原則，鏜桿直徑確定為180mm。鏜桿采取分級結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際的使用情況來看，鏜桿的分級結(jié)構(gòu)能大大的方便鏜桿的穿退，像180這樣的大型鏜桿，鏜桿的穿退的方便性要充分考慮。整根鏜桿分為4級，尺寸分別為180mm、180.1mm、180.2mm、180.3mm。鏜桿分級詳見圖2。

3.4 可漲式滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.4.1 滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

鏜削止推面無法使用固定鏜刀，鏜桿上需帶有可漲式滑塊機(jī)構(gòu)。可漲式滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整根鏜桿的核心。鏜刀固定在滑塊機(jī)構(gòu)上，在加工止推面之前，高度低于鏜桿外徑，防止推進(jìn)鏜桿時(shí)損壞鏜刀。當(dāng)鏜桿推進(jìn)到既定位置，鏜刀滑塊機(jī)構(gòu)隨著鏜桿的旋轉(zhuǎn)向外漲出，邊漲出邊鏜削，鏜削到要求的孔徑的尺寸。完成鏜削之后，鏜刀滑塊機(jī)構(gòu)再縮回，直到退回鏜桿外徑以里，避免退出鏜桿時(shí)鏜刀劃傷已加工曲軸孔表面。

3.4.2 滑塊機(jī)構(gòu)兩種形式的對比設(shè)計(jì)

在研究了大量相關(guān)設(shè)計(jì)資料，總結(jié)出目前國內(nèi)外滑塊機(jī)構(gòu)大多采用斜齒齒塊和斜鍵兩種結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理是相同的，都是通過推拉斜塊拉桿，拉桿在鏜桿內(nèi)部做軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)相配合的滑塊做伸縮運(yùn)動(dòng)。不同的是斜齒齒塊結(jié)構(gòu)由多齒組成，兩齒塊多齒嚙合，接觸面積大，配合緊密，耐磨性高，使用壽命長。但齒塊齒形制造精度要求高，制造難度大，如圖3所示。斜鍵結(jié)構(gòu)相當(dāng)于單齒結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)過程中單面接觸，較易磨損，耐磨性差，但設(shè)計(jì)制造相對簡單，如圖4所示。在設(shè)計(jì)過程中，分別對兩種結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了設(shè)計(jì)，經(jīng)過反復(fù)對比分析，最終選用了斜齒齒條結(jié)構(gòu)。

3.4.3 鏜桿滑塊布置及加工余量的分配

鏜桿共設(shè)有四個(gè)滑塊，單邊止推面由兩個(gè)滑塊完成鏜削。結(jié)構(gòu)見圖5。每個(gè)滑塊安裝一把鏜刀。止推面單側(cè)面4mm加工余量，余量較大。鏜削分為半精鏜和精鏜，精鏜半精鏜鏜削余量2.5mm，精鏜鏜削余量1.5mm。半精鏜由兩把鏜刀完成，加工余量分別為1.5mm、1mm。精鏜由兩把鏜刀完成，加工余量分別為1mm、0.5mm。單邊止推面的鏜削過程為：拉桿后拉，兩個(gè)滑塊同時(shí)漲出，拉桿前推，滑塊縮回，完成半精鏜削。拉桿為雙面斜齒結(jié)構(gòu)，一面兩排斜齒，能同時(shí)帶動(dòng)4個(gè)滑塊伸縮。鏜桿軸向移動(dòng)1.5mm，重復(fù)上述動(dòng)作，完成精鏜鏜削。在余量的分配過程中，余量盡量多分配到粗鏜，精鏜的后一刀余量一般控制在0.3-0.5mm，以獲得較好的表面粗糙度。加工余量分布詳見圖6。

3.4.4 鏜削止推面的兩種形式

止推面的鏜削一般分為兩種形式，單面鏜削和兩側(cè)面同時(shí)鏜削，如圖7所示。單面鏜削即鏜削完一邊之后，鏜桿軸向一段距離，再完成另一側(cè)面鏜削。同時(shí)鏜削即止推面兩側(cè)面同時(shí)進(jìn)行鏜削。如果加工余量較小，同時(shí)鏜削效率較高，拉桿拉動(dòng)、推動(dòng)一次即完成鏜削。如果加工余量較大，需分半精鏜精鏜，單邊鏜削效率高，無需對刀，只需通過加工中心程序控制及可分刀完成鏜削。兩側(cè)面同時(shí)鏜削需要鏜桿退出，重新對刀，輔助時(shí)間較長。12V180加工余量4mm，加工余量較大，需要兩次完成，所以選用單邊鏜削的鏜削方式。確定單邊鏜削即確定滑塊之間的距離及鏜刀的位置，注意一側(cè)鏜削時(shí)，另一側(cè)鏜刀不出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象。

3.5 鏜桿的分體設(shè)計(jì)

止推面位于氣缸體中間一檔兩側(cè)，所以止推滑塊的位置設(shè)置在鏜桿中間部位。鏜桿全長2800mm，止推滑塊位置距鏜桿尾端1704mm。內(nèi)部拉桿總長2142mm，拉桿直徑53mm，整體一根長度較長，制作難度大，容易彎曲變形。所以內(nèi)部拉桿采用分體形式，分為三段，把合在一起，共同組成內(nèi)部拉桿。鏜桿全長2800mm，為方便安裝拉桿，同時(shí)提高加工工藝性，將整根鏜桿分成三段，把合組成。如圖8所示。鏜桿及拉桿的分體式設(shè)計(jì)，制造方便，工藝性好。

4? 小結(jié)

12V180曲軸孔及止推面復(fù)合鏜桿直徑180mm，長度2800mm，內(nèi)部設(shè)置拉桿滑塊機(jī)構(gòu)，像這樣的大型線型復(fù)合鏜桿，其設(shè)計(jì)及制造在國內(nèi)外都屬罕見。該鏜桿在產(chǎn)品樣試加工過程中，曲軸孔各孔相對于公共軸線同軸度在0.045mm以內(nèi)，兩側(cè)止推面相對于曲軸孔的垂直度在0.025mm之內(nèi)，較好的滿足了加工精度的要求，等同于進(jìn)口鏜桿的加工效果。12V180曲軸孔及止推面鏜桿這樣的大型復(fù)合鏜桿在設(shè)計(jì)及制造過程中都有了新的突破，其成功應(yīng)用填補(bǔ)了企業(yè)的空白，在國內(nèi)也處于領(lǐng)先地位，為今后大型柴油機(jī)曲軸孔及止推面加工用大型復(fù)合鏜桿的設(shè)計(jì)及制造提供了指導(dǎo)及借鑒。

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