如何用科堡龍門中心加工柴油機(jī)？詳細(xì)步驟來(lái)了

柴油機(jī)機(jī)體是柴油機(jī)各零部件的安裝基礎(chǔ)，是柴油機(jī)的的核心部件，其加工質(zhì)量水平不僅影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀質(zhì)量，還直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量和使用壽命、可靠性等性能要求。隨著我國(guó)新排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布，國(guó)家對(duì)節(jié)能減排提出了更高要求。因此,各生產(chǎn)廠家都在努力提高柴油的性能,其中，提升柴油機(jī)機(jī)體的加工質(zhì)量是節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)。為此，國(guó)內(nèi)外對(duì)柴油機(jī)機(jī)體的加工中應(yīng)用了更多的新技術(shù)、新工藝。我們結(jié)合柴油機(jī)機(jī)體加工的一些新方法及新工藝，充分利用五面體龍門加工中心的功能，對(duì)現(xiàn)有的刀具應(yīng)用及加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，使用新的夾具和刀具，改變工藝路線，提升機(jī)體加工質(zhì)量，降低加工成本，提高加工效率。近幾年，隨著科技的高速發(fā)展，大型龍門五面體加工中心的功能不斷開(kāi)發(fā)，新技術(shù)和新方案不斷涌現(xiàn)，很多普通機(jī)床的加工內(nèi)容不斷優(yōu)化到加工中心，原本需要特殊工裝和夾具加工的面、孔、螺紋等工序，借助于各種規(guī)格和型號(hào)的附件銑頭，在加工中心一次裝夾加工成型，相比較而言，龍門加工中心加工出的內(nèi)容更準(zhǔn)確、精密、可靠并且效率更高。在引進(jìn)GE柴油機(jī)產(chǎn)品時(shí)，新增一臺(tái)德國(guó)瓦德里西科堡公司的大型龍門五面體加工中心，應(yīng)用于GE柴油機(jī)機(jī)體的加工，加工精度和效率較高，加工出的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。近幾年，隨著公司產(chǎn)品的不斷調(diào)整，GE機(jī)體產(chǎn)量逐漸不飽和，公司原有產(chǎn)品16V280ZJ柴油機(jī)機(jī)體產(chǎn)量增加。16V280ZJ柴油機(jī)機(jī)體在原有的加工刀具和加工工藝下，加工工藝效率和精度較低，亟待優(yōu)化。116V280ZJ柴油機(jī)機(jī)體氣缸孔加工要求氣缸孔加工工序主要完成左右兩側(cè)氣缸孔平面及平面上各孔、推桿孔平面及平面各孔和頂面及各螺紋孔的加工，有以下特點(diǎn)：1）加工內(nèi)容多：該工位需要加工內(nèi)容如下：機(jī)體左右氣缸孔平面、16檔氣缸孔、16檔推桿孔、64個(gè)缸頭螺絲孔、64個(gè)出水孔及平面上M10、M12、M16等各類型安裝螺孔和機(jī)體頂面平面及螺紋孔，如圖1、圖2所示。2）加工精度要求高：氣缸孔上孔的圓柱度為0.013mm，上下孔的同軸度為φ0.04mm，孔的中心位置度相對(duì)于主軸孔1、9檔的中心線位置度要求為φ0.12mm，氣缸孔安裝面的表面粗糙度值Ra＝1.6μm，如圖3所示；M45mm缸頭螺栓孔深度為155mm，如圖4所示，左右側(cè)氣缸孔中心線與主軸孔中心線的夾角為50°±5′（見(jiàn)圖1）。圖1

氣缸孔所在平面位置圖2

氣缸孔平面俯視圖

圖3

氣缸孔剖視圖圖4

氣缸孔及缸頭螺栓孔和水孔詳圖2傳統(tǒng)加工工藝及問(wèn)題柴油機(jī)機(jī)體為大型箱體類零件，鑄鐵材料，為保證在柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性，其內(nèi)部型腔復(fù)雜，筋板結(jié)構(gòu)較多。為了控制在加工過(guò)程中加工應(yīng)力引起的變形，機(jī)體氣缸孔、主軸孔等余量較多的部位經(jīng)過(guò)粗加工和半精加工后各平面和內(nèi)孔的單邊只留2mm余量。根據(jù)工序安排，加工機(jī)體氣缸孔工序前，機(jī)體底平面、側(cè)面基準(zhǔn)邊及主軸孔已經(jīng)完成精加工。傳統(tǒng)的加工工藝選用加工中心和搖臂鉆床使用25°斜墊（見(jiàn)圖5），經(jīng)過(guò)多次翻身裝夾，在加工時(shí)，借助25°斜墊，將機(jī)體左右側(cè)氣缸孔平面翻轉(zhuǎn)后，使得機(jī)體氣缸孔平面處于水平方向，利用機(jī)體前道工序已加工完成的機(jī)體底平面及側(cè)面的基準(zhǔn)邊來(lái)定位。雖裝夾穩(wěn)定可靠，但不方便，且在吊運(yùn)和裝夾過(guò)程中需要將機(jī)體多次翻身，存在安全隱患，且由于多次裝夾，需要多次校調(diào)零點(diǎn)，各部位相對(duì)坐標(biāo)有一定的偏差。

圖5

機(jī)體25°斜墊因傳統(tǒng)加工方案效率較低，故采用工序分序的原則來(lái)提升產(chǎn)能，結(jié)合公司實(shí)際情況，將絕大多數(shù)鉆孔使用搖臂鉆床加工，具體的工藝流程為：①在龍門加工中心上將機(jī)體裝夾在25°斜墊（工裝）上加工左側(cè)平面、氣缸孔和推桿孔，并將左側(cè)安裝小螺孔鉆定位孔（見(jiàn)圖6）。②將機(jī)體翻到另一個(gè)角度在龍門加工中心上利用在25°斜墊（工裝）裝夾后加工右側(cè)平面、氣缸孔和油泵推桿孔，并將右側(cè)安裝小螺孔鉆定位孔。③加工機(jī)體頂面平面，并鉆各安裝螺孔定位孔。④在搖臂鉆床上，用25°斜墊墊平機(jī)體左側(cè)氣缸孔平面，利用鉆模鉆攻缸頭螺孔并鉆鉸出水孔，然后根據(jù)定位孔鉆其他安裝螺孔（見(jiàn)圖7）。⑤在搖臂鉆床上，用25°斜墊墊平機(jī)體右側(cè)氣缸孔平面，利用鉆模鉆攻缸頭螺孔并鉆鉸出水孔，然后根據(jù)定位孔鉆其他安裝螺孔。⑥將工件放平在搖臂鉆床上，根據(jù)定位孔鉆頂面安裝螺孔→⑦鉗工對(duì)左右氣缸孔平面和頂面上的小安裝螺孔手動(dòng)攻螺紋。⑧檢查員測(cè)量檢查。圖6

加工中心鉆螺孔定位孔圖7

搖臂鉆床加工螺孔傳統(tǒng)加工工藝工序較分散，存在以下問(wèn)題點(diǎn)：①加工不完全定位問(wèn)題：25°工裝只限制了5個(gè)自由度，X方向的移動(dòng)未限制，僅依靠壓板壓緊力固定。②由于25°斜墊工裝角度誤差產(chǎn)生左右氣缸孔軸線夾角誤差，兩次裝夾，兩個(gè)誤差。③機(jī)體翻身在25°斜墊裝夾時(shí)切屑容易掉在定位面上，影響定位精度。④因多次裝夾產(chǎn)生裝夾誤差、裝夾變形。⑤用百分表校兩頭主軸孔，定Y、Z坐標(biāo)中心零點(diǎn)而產(chǎn)生誤差，多次校調(diào)，多次誤差累積。⑥各螺孔在搖臂鉆床上加工，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工效率較低，平面上各小螺紋孔需要鉗工手動(dòng)加工，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率較低，還可能會(huì)引起漏攻螺紋。⑦整個(gè)加工需要6次定位裝夾，吊運(yùn)和翻身存在安全隱患。且輔助時(shí)間過(guò)多，加工周期長(zhǎng)。⑧目前各企業(yè)普遍出現(xiàn)用工慌問(wèn)題，而傳統(tǒng)工藝需要較多有一定技術(shù)的熟練工。3新加工工藝及其優(yōu)點(diǎn)在前道工序中機(jī)體底平面上增加兩只φ25mm工藝定位銷孔，利用機(jī)體底平面及兩只工藝定位銷孔采用一面兩銷工裝（見(jiàn)圖8）定位裝夾，機(jī)體完全定位，裝夾穩(wěn)定可靠且方便。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，機(jī)體固定后主軸孔零點(diǎn)誤差可以控制在0.03mm以內(nèi)，基本不需要再次調(diào)整，可以直接進(jìn)行加工，減少零點(diǎn)校調(diào)時(shí)間。圖8

新工藝一面兩銷工裝由于機(jī)體外形較大，左右對(duì)稱，氣缸孔加工位置較深，最深處為500mm，適合龍門鏜銑加工中心加工，能發(fā)揮龍門鏜銑床鏜的優(yōu)勢(shì)，公司新科堡龍門加工中心技術(shù)參數(shù)為：配備可交換式雙工作臺(tái)，單工作臺(tái)寬2000mm，長(zhǎng)5000mm，單工作臺(tái)X軸行程5500mm，雙工作臺(tái)連起來(lái)后長(zhǎng)11000mm長(zhǎng)，行程12000mm。Y軸行程4000mm，Z軸（滑枕）行程1500mm，W軸（橫梁）行程為1850mm。配備了加工機(jī)體用的9個(gè)專用附件銑頭：兩個(gè)延伸頭，兩個(gè)直角銑頭，一個(gè)萬(wàn)能銑頭和4個(gè)固定角度（22.5°、25°、10°及15°）銑頭，兩把專用非標(biāo)氣缸孔鏜排，可以滿足現(xiàn)有機(jī)體的加工要求。統(tǒng)一機(jī)體加工基準(zhǔn)，根據(jù)圖樣標(biāo)注，選擇后端主軸孔止推面為X向基準(zhǔn)，Y、Z都是以主軸孔中心軸線為基準(zhǔn)。編程時(shí)坐標(biāo)尺寸也利用以上基準(zhǔn)為零點(diǎn)。該工序中，以上工序加工好的第1、9檔主軸孔中心為基準(zhǔn)，加工氣缸孔、推桿孔等，保證與上一個(gè)工序加工的主軸孔的位置度和左右氣缸孔夾角公差。選擇刀具根據(jù)產(chǎn)品的產(chǎn)量與加工效率綜合考慮，充分利用現(xiàn)有刀具資源，節(jié)約刀具采購(gòu)成本、降本增效；針對(duì)加工內(nèi)容較多，且時(shí)間較長(zhǎng)的工序，要對(duì)刀具進(jìn)行優(yōu)化，選用鑲片式硬質(zhì)合金刀具和專用的復(fù)合刀具以提高加工效率，滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。在科堡龍門加工中心上采用一面兩銷定位方式，一次裝夾，采用雷尼紹自動(dòng)測(cè)量機(jī)體零點(diǎn)（見(jiàn)圖9、圖10），使用25°銑頭運(yùn)用機(jī)床五面體加工功能能夠鉆攻氣缸孔、油泵推桿孔及氣缸平面上各螺紋孔（見(jiàn)圖11，圖12），使用主軸附件銑頭鉆攻頂面銑削及各螺紋孔的加工（見(jiàn)圖13）。具體步驟如下：①工裝校正壓裝：清潔工裝和工作臺(tái)安裝面，上車后先預(yù)壓緊，再用百分表檢測(cè)工裝平面度和兩定位銷直線度，保證在0.01mm以內(nèi)，然后壓緊。②機(jī)體上車、壓裝并打零點(diǎn)：將機(jī)體底平面清潔干凈后進(jìn)行工裝，用0.03mm塞尺檢查，要求通不過(guò)。先用扳手預(yù)壓緊后，用300nm扭力扳手壓緊。裝直角附件銑頭，使用雷尼紹自動(dòng)測(cè)量頭，調(diào)用測(cè)量程序280LD_QGK.MPF自動(dòng)測(cè)量各軸零點(diǎn)（X零點(diǎn)在曲軸止推面上，Y、Z零點(diǎn)為主軸孔中心）。第1、9檔主軸孔中心保證在0.03mm以內(nèi)。③調(diào)用程序進(jìn)行加工：自動(dòng)運(yùn)行程序MPF280QGK_JG.MPF，裝25°附件銑頭，裝面銑刀銑削左右側(cè)氣缸孔平面和推桿孔平面；選用氣缸孔鏜排（見(jiàn)圖15、16）半精鏜及精鏜氣缸孔；氣缸孔上孔倒角；推桿孔半精鏜及推桿孔精鏜；出水孔鉆孔；缸頭螺孔第一鉆；缸頭螺孔第二鉆；缸頭螺孔攻螺紋；用整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆其他小螺孔；小螺孔攻螺紋；機(jī)體下車后清潔，進(jìn)入三坐標(biāo)在線檢測(cè)。圖9

雷尼自動(dòng)測(cè)量零點(diǎn)圖10

自動(dòng)位置坐標(biāo)補(bǔ)償圖11

左側(cè)氣缸孔鏜孔圖12

右側(cè)氣缸孔鏜孔圖13

機(jī)體頂面加工圖圖14

水孔復(fù)合擴(kuò)鉸刀圖15

氣缸孔半精鏜刀具圖16

氣缸孔精鏜刀具新工藝主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用在機(jī)體底平面上增加兩只工藝定位銷孔，可以實(shí)現(xiàn)一面兩銷工裝的快速定位，限制了工件6個(gè)自由度，解決了不完全定位問(wèn)題及輔助時(shí)間長(zhǎng)和吊運(yùn)翻身的不安全因素。②利用雷尼紹自動(dòng)測(cè)量機(jī)體零點(diǎn)，解決了人工設(shè)定零點(diǎn)產(chǎn)生錯(cuò)誤的問(wèn)題。③定制25°附件銑頭（設(shè)備必須具有五面體加工功能），利用機(jī)床坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)功能加工右側(cè)氣缸孔工序內(nèi)容，完成后附件銑頭旋轉(zhuǎn)180°，加工左側(cè)氣缸孔工序，保證氣缸孔50°夾角誤差。④制作鋁合金氣缸孔專用刀具，采用過(guò)定位刀柄裝刀，解決了專用刀具過(guò)重和上下氣缸孔同軸度誤差的問(wèn)題，且提升了加工效率及質(zhì)量。⑤量身定制出水孔擴(kuò)孔→鉸孔→倒角一體化鑲合金專用刀具，缸頭螺孔更換專用刀片的刀具（見(jiàn)圖17、圖18），所有小螺孔使用整體硬質(zhì)合金內(nèi)冷鉆代替原來(lái)的麻花鉆，加工效率得到成倍提升。⑥出水孔、缸頭螺孔及、所有小螺孔都在加工中心鉆孔、攻螺紋到位，解決了在搖臂鉆鉆孔和鉗工手動(dòng)攻螺紋工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工效率低，加工精度較差，且加工過(guò)程中易產(chǎn)生不安全因素和人員短缺的問(wèn)題。減少了普通設(shè)備的數(shù)量，充分發(fā)揮數(shù)控設(shè)備的效率和利用率，同時(shí)，也降低了手工操作的頻率，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。圖17

缸頭螺孔第一鉆鉆頭圖18

缸頭螺孔第二鉆鉆頭不同系列車銑復(fù)合加工中心高檔數(shù)控機(jī)床裝備在我國(guó)飛機(jī)、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)及附件廠等航空航天制造廠家都有引進(jìn)。但由于投入實(shí)際應(yīng)用的時(shí)間不長(zhǎng)，普遍缺乏與產(chǎn)品工藝特點(diǎn)和設(shè)備工藝特性相適應(yīng)的成熟的加工工藝、編程和后置處理等技術(shù)手段。因此，目前引進(jìn)的車銑復(fù)合加工設(shè)備基本上處于相對(duì)較低的運(yùn)行水平。航空航天產(chǎn)品制造過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題突出表現(xiàn)為工藝路線長(zhǎng)、工藝過(guò)程復(fù)雜、加工效率低、加工變形嚴(yán)重、加工成本高等，車銑復(fù)合加工無(wú)論是在飛機(jī)制造還是在發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域都有著極為廣闊的發(fā)展空間。如飛機(jī)機(jī)身整體框的銑削加工通常要經(jīng)過(guò)下料/毛坯制備、基準(zhǔn)加工、粗加工內(nèi)形、粗加工外形、精修基準(zhǔn)、半精和精加工內(nèi)形、半精和精加工外形、孔加工、鉗工修整及檢測(cè)等數(shù)十個(gè)工序、多次翻轉(zhuǎn)裝夾才能完成。而目前航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的整體葉盤加工也是采用整體鍛造毛坯，經(jīng)過(guò)車削、銑削、拋光、表面處理及強(qiáng)化、檢測(cè)探傷等幾十道工序才能完成。這些零件往往制造周期長(zhǎng)，占機(jī)時(shí)間通常達(dá)到幾百個(gè)小時(shí)，而且加工過(guò)程中都需要使用多臺(tái)不同類型的數(shù)控機(jī)床和大量的夾具、刀具及量具等。另外，裝夾的反復(fù)更換不僅造成零件制造過(guò)程中的等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響生產(chǎn)周期，而且也會(huì)造成裝夾誤差的積累，從而影響零件的尺寸精度和加工結(jié)果。車銑復(fù)合加工可以通過(guò)一次裝夾實(shí)現(xiàn)上述典型航空航天零件的全部或大部分工序的加工，從而為復(fù)雜航空航天零件的高效、精密加工提供一種新途徑。為了充分發(fā)揮先進(jìn)的復(fù)合加工裝備的加工效能，進(jìn)一步提高航空航天產(chǎn)品的制造效率和質(zhì)量，迫切需要開(kāi)展以下四方面的工作：①結(jié)合航空航天產(chǎn)品零件的工藝特點(diǎn)，深入研究與之相適應(yīng)的復(fù)合加工工藝，包括制定工藝路線，以及裝夾方式、刀具、冷卻及切削參數(shù)等的合理選取。②根據(jù)復(fù)合加工設(shè)備的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)和定制相應(yīng)的數(shù)控編程、后置處理、切削仿真等系統(tǒng)，形成工藝－編程－后置－仿真的一體化解決方案，降低復(fù)合加工對(duì)工藝人員的要求。③形成工藝規(guī)范。結(jié)合仿真、試切及實(shí)際生產(chǎn)中積累的工藝經(jīng)驗(yàn)，形成適用于車銑復(fù)合加工的固化的工藝規(guī)范，用以指導(dǎo)后續(xù)其他零件的加工。④注重人才的培養(yǎng)。復(fù)合加工設(shè)備是目前機(jī)械加工領(lǐng)域前沿技術(shù)的代表，無(wú)論是工藝編制還是操作維護(hù)都要比常規(guī)設(shè)備復(fù)雜，高水平的研發(fā)隊(duì)伍是實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。目前高檔車銑復(fù)合加工裝備正朝著更大工藝范圍、更高效率、大型化及模塊化的方向發(fā)展。航空航天產(chǎn)品制造領(lǐng)域一直是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)揮作用的重要舞臺(tái)，隨著航空航天產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快，工序分散的加工設(shè)備將逐漸被工序集中的柔性自動(dòng)化