CN101412121A - 大功率中速柴油机连杆齿形加工方法及其专用加工刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开柴油机连杆齿形加工方法及其专用加工刀具。该柴油机连杆齿形加工方法是通过铣削加工方法对柴油机连杆的连杆体及连杆盖齿形进行铣削加工，其铣削加工方法加工质量好，加工效率高，加工出的连杆的连杆体及连杆盖的齿形形状一致性好，配对码合后接触面积大，接触到点均匀。专用刀具是对柴油机连杆体及连杆盖的齿形进行铣削加工的铣削刀具，其具体为切削刃旋转切削形成的型线与连杆齿形型线完全一致的成型球头锥铣刀，所述成型球头锥铣刀的刀头槽型为35°螺旋形，共有两个切削刃，切削刃与刀柄同轴度在0.01mm以内，刀具材料为性能稳定、高耐磨性的超细微粒硬质合金，切削刃部分采用TiAlN涂层。该专用刀具的特点是具有高耐磨性，性能稳定，制造周期短且成本低廉。

Description

大功率中速柴油机连杆齿形加工方法及其专用加工刀具

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，特别涉及一种大马力中速柴油机连杆齿形加工方法及其专用加工刀具。

背景技术

连杆是柴油机的核心部件，如图1～图3所示，柴油机连杆包括连杆体1与连杆盖2，然后通过齿形咬合(如图1中I及II处及图2、图3所示)后用连杆螺栓码合而成，因此连杆齿形的加工精度要求非常高，而对于大功率中速柴油机连杆码合后其齿形面接触面积必须达到80％，且齿形面要求Ra1.6或以上粗糙度。

现有技术中，大功率中速柴油机连杆齿形加工方法主要有以下几种：1、强力磨削；2、滚齿+互研；3、线切割+互研。用强力磨削的加工方法效率高，质量好，但必须采用数控强力缓进给磨床及配合成型砂轮一起使用，其价格高昂，而且维护困难，维修所需周期长，往往会成为制约企业生产的瓶颈，并且由于是强力磨削，磨削面可能出现裂纹，故每件工件均必须表面探伤检查。用滚齿加工的方法质量较差，一般还需通过连杆体与连杆盖的齿形互研，这样就使得其效率较低，且滚齿专用设备和专用成型滚刀的价格也很昂贵；至于线切割因成本高、效率低不太适合批量生产。因此，研发一种效率和质量可以和强力磨床媲美，而成本却大大降低，设备维护简单的连杆齿形加工方法意义非浅。

发明内容

本发明的第一个目的是克服现有技术的不足，提供一种柴油机连杆齿形加工方法，其加工质量好、效率高、成本低，加工出的柴油机连杆的连杆体及连杆盖的齿形形状一致性好，配对码合后接触面积大，接触到点均匀。

本发明的第二个目的是克服现有技术的不足，提供了一种柴油机连杆齿形加工过程中所用的专用刀具，该专用刀具具有高耐磨性、性能稳定且制作成本低廉，制作周期短，改进成本低。

为了达到上述第一个技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：

一种柴油机连杆齿形加工方法，通过铣削加工方法对柴油机连杆的连杆体及连杆盖齿形进行铣削加工。

所述的柴油机连杆的铣削加工的具体加工步骤是：

(1)选用专用铣削刀具：按照产品图纸的连杆材料及齿形参数设计专用的铣削刀具；

(2)选用专用夹具：按照连杆盖和连杆体配对铣削加工方式，利用前工序加工的基准面和孔设计制造专用夹具；

(3)制定连杆体及连赶盖的齿形铣削方案：确定粗铣、半精铣、精铣的铣削刀具，根据不同铣削刀具的刚性、材料、涂层合理安排切削余量、主轴转速以及进给速度，同时编制数控工步卡、调刀卡和程序单；

(4)选用与铣削刀具配合使用的夹头刀柄和夹套：根据铣削方案所使用铣削刀具准备相应的高精度强力夹头刀柄和夹套；确认机床重定位精度约在0.01mm以内，主轴转速在5000rpm以上；

(5)上机试切削：按照振动、粗糙度及铣削刀具磨损的实际情况来调整和改进切削余量、工艺工步及切削速度，进行粗铣、半精铣、精铣，精铣完成，确保粗糙度应在Ra1.6以上；

(6)去除毛刺、将进行齿形铣削后的连杆体及连杆盖配对码合，齿形面着色检验，所述连杆体及连杆盖配对码合后二者的接触面积必须达到80％。

为了达到上述第二个技术目的，本发明是按以下技术方案实现的：

一种柴油机连杆齿形加工方法的专用刀具，该专用刀具为对柴油机连杆体及连杆盖的齿形进行铣削加工的铣削刀具，该铣削刀具具体为切削刃旋转切削形成的型线与连杆齿形型线完全一致的成型球头锥铣刀，所述成型球头锥铣刀的刀头槽型为35°螺旋形，共有两个切削刃，所述切削刃与刀柄同轴度0.01mm。

所述成型球头锥铣刀的周齿参数是：径向前角为6°、刃带宽度≤0.5mm、第一后角为8°的圆弧铲背。

所述成型球头锥铣刀的端齿参数是：端刃前角为6°、蝶形角为1.0°、端刃中心方式为一切削刃过中心、齿隙角为35°、第一后角为6°、第二后角为13°、第一后角宽0.2mm。

所述成型球头锥铣刀包括由性能稳定、高耐磨性的超细微粒硬质合金(例如：M612)制成的刀体及涂覆于刀体表面的TiAlN涂层，具体是在切削刃部位涂有TiAlN涂层，通过硬质合金M612配合TiAlN涂层，使得成型球头锥铣刀具有很高的耐磨性能，其性能稳定，且其价格低廉，通常是由五轴数控磨床磨削而成，并由专业的厂家进行涂层，以确保其较高的耐磨性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明由于使用铣削的加工方法用于加工柴油机连杆的连杆体及连杆盖，由于专用的铣削刀具的高耐磨性，机床的高定位和重定位精度，加工出的齿形形状几乎完全一致，并间距均匀，精铣的齿表面粗糙度在Ra0.8～1.6之间，达到或超过产品图纸要求，经码合着色检验，接触到点均匀，其面积达到80％以上；另因采用高转速、高进给的加工方式以及合理的切削余量、走刀次数，其加工效率也非常高。总体来说，用铣削方式加工连杆齿形的质量和效率完全可以和强力磨床媲美，其效率甚至超过强力磨床。

(2)本发明中所用的加工机床为通用的立式或卧式加工中心、数控铣床等，这在机械加工厂很常见，减少了专用磨齿或滚齿设备的昂贵投入，且通用机床的维护简单，维修成本低。另外，数控加工中心可实现柔性加工，例如可方便的加工出连杆体与连杆盖的结合面不在同一平面内的连杆齿形，同一款成型刀还可方便的加工同角度但深浅不同、齿间距不同的齿形，而这些对于专用磨齿或滚齿机床是难于实现的。

(3)本发明中的专用加工刀具为专用成型球头锥铣刀，由于专用成型球头锥铣刀是由性能稳定、高耐磨性的超细微粒硬质合金(例如：M612)刀体及在其切削刃部位涂覆于刀体表面的TiAlN涂层制成，而该种专用硬质合金涂层刀具制造技术在目前属于很成熟的技术，其价格低廉，定购周期短，而且由于工厂里柴油机的连杆产品多样化，且其齿形不一，因此，不需像专用成型滚刀、专用成型砂轮进行一次性大笔投入，刀具投入风险较小，改进容易。

(4)本发明中使用的机床为通用数控机床，又因其使用的专用刀具制造周期短，因此齿形加工反应迅速，节省了大量的准备及试制时间。

综上所述，采用该种铣削方式加工连杆齿形，其质量和效率与强力磨床相当，优于滚齿或线切割，完全能达到产品图纸要求；而且其前期投入比磨齿、滚齿低，且加工成本低，大约是是磨削加工的1/5，因此柴油机连杆齿形的该种铣削加工方法颇具有市场竞争力，能为大多数大中型柴油机制造企业所采用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明：

图1是本发明所述柴油机连杆结构示意图；

图2是上述图1中I处连杆体及连杆盖的齿形示意图；

图3是上述图1中II处连杆体及连杆盖的齿形示意图；

图4是本发明中成型球头锥铣刀结构示意图；

图5是上述图4的俯视图；

图6是本发明中柴油机连杆齿形铣削加工过程示意图；

图7是本发明中齿形铣削夹具主视图；

图8是上述图7的俯视图；

图9是上述图7的侧视图。

具体实施方式

本发明所述的柴油机连杆齿形加工方法，主要是用铣削加工的方法替代现有技术中的强力磨削加工方法及滚齿加工方法，其具体的加工步骤是：

(1)按照如图2及图3所述的柴油机连杆的连杆体1及连杆盖2的材料及齿形参数设计专用铣削刀具，该铣削刀具为成型球头锥铣刀3(如图4、图5所示)，其刀体材料选用性能稳定、高耐磨性的超细微粒硬质合金，例如：M612硬质合金，且在其切削刃部位涂有TiAlN涂层，槽型为35°螺旋形，切削刃与刀柄同轴度0.01mm，共有两个切削刃，其中一切削刃过中心，所述成型球头锥铣刀3的周齿参数可以是：径向前角为6°、刃带宽度≤0.5mm、第一后角为8°的圆弧铲背；成型球头锥铣刀3的端齿参数是：端刃前角为6°、蝶形角为1.0°、端刃中心方式为一切削刃过中心、齿隙角为35°、第一后角为6°、第二后角为13°、第一后角宽0.2mm。该专用的铣削刀具由专业厂家制造并涂层。

(2)按连杆盖2和连杆体1配对铣削方式，利用前工序加工的基准面和孔设计制造专用夹具4(如图7～9所示)，要求连杆体1与连杆盖2对拆放置后将盖水平旋转180°安装，以确保连杆体1和连杆盖2的齿形完全一致，方便加工。

(3)制定齿形铣削方案(如图6所示)。①确定粗铣、半精铣、精铣的铣削刀具：图中A是采用直径为Φ5的立铣刀进行铣削加工、B是采用Φ4球头铣刀进行铣削加工、C是采用Φ3球头铣刀进行铣削加工，前述的立铣刀及球头铣刀均为通用的标准硬质合金涂层刀具，其目的是高效的、尽可能多的粗加工去除连杆齿形材料；D为本发明所述的用于加工连杆体及连杆盖齿形的成型球头锥铣刀3，即为上述第1点中所述的专用刀具，其目的是高效、高精度、低成本精加工连杆齿形。②根据不同铣削刀具的刚性、材料、涂层合理安排切削余量、主轴转速以及进给速度，同时编制数控工步卡、调刀卡和程序单。

(4)根据铣削方案所使用刀具准备好相应的通用高精度强力夹头刀柄和夹套；根据机床使用要求选定立式加工中心作为加工机床，即机床重定位精度约在0.01mm以内，主轴转速在5000rpm以上。

(5)上夹具、码工件、试切，按照振动、粗糙度及铣削刀具磨损的实际情况来调整和改进切削余量、工艺工步及切削速度，进行粗铣、半精铣、精铣，精铣工序完成后，确保粗糙度应在Ra1.6以上。

(6)去除毛刺、将进行齿形铣削后的连杆体及连杆盖配对码合，齿形面着色检验，所述连杆体及连杆盖配对码合后二者的接触面积必须达到80％以上，完全达到图纸要求。

本发明用一种铣削加工方法替代现有的常用的强力磨削加工方法，连杆齿形加工质量好，效率高，而且由于专用成型球头锥铣刀3的耐磨性好，每把成型球头锥铣刀3可加工6对连杆齿形，其使用寿命长，加工成本低廉，易于推广采用。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (6)

1.大功率中速柴油机连杆齿形加工方法，其特征在于：通过铣削加工方法对柴油机连杆的连杆体及连杆盖齿形进行铣削加工。

2.根据权利要求1所述的大功率中速柴油机连杆齿形加工方法，其特征在于：具体加工步骤是：

(1)选用专用铣削刀具：按照产品图纸的连杆材料及齿形参数设计专用的铣削刀具；

(2)选用专用夹具：按照连杆盖和连杆体配对铣削加工方式，利用前工序加工的基准面和孔设计制造专用夹具；

(3)制定连杆体及连赶盖的齿形铣削方案：确定粗铣、半精铣、精铣的铣削刀具，根据不同铣削刀具的刚性、材料、涂层合理安排切削余量、主轴转速以及进给速度，同时编制数控工步卡、调刀卡和程序单；

(4)选用与铣削刀具配合使用的夹头刀柄和夹套：根据铣削方案所使用铣削刀具准备相应的高精度强力夹头刀柄和夹套；确认机床重定位精度约在0.01mm以内，主轴转速在5000rpm以上；

(5)上机试切削：按照振动、粗糙度及铣削刀具磨损的实际情况来调整和改进切削余量、工艺工步及切削速度，进行粗铣、半精铣、精铣，精铣完成，确保粗糙度应在Ra1.6以上；

(6)去除毛刺、将进行齿形铣削后的连杆体及连杆盖配对码合，齿形面着色检验，所述连杆体及连杆盖配对码合后二者的接触面积达到80％以上。

3.用于大功率中速柴油机连杆齿形加工的专用刀具，其特征在于：该专用刀具是对柴油机连杆体及连杆盖的齿形进行铣削加工的铣削刀具，该铣削刀具具体为切削刃旋转切削形成的型线与连杆齿形型线完全一致的成型球头锥铣刀，所述成型球头锥铣刀的刀头槽型为35°螺旋形，共有两个切削刃，所述切削刃与刀柄同轴度0.01mm。

4.根据权利要求3所述的专用刀具，其特征在于：所述成型球头锥铣刀的周齿参数是：径向前角为6°、刃带宽度≤0.5mm、第一后角为8°的圆弧铲背。

5.根据权利要求4所述的专用刀具，其特征在于：所述成型球头锥铣刀的端齿参数是：端刃前角为6°、蝶形角为1.0°、端刃中心方式为一切削刃过中心、齿隙角为35°、第一后角为6°、第二后角为13°、第一后角宽0.2mm。

6.根据权利要求5所述的专用刀具，其特征在于：所述成型球头锥铣刀包括由性能稳定、高耐磨性的超细微粒硬质合金制成的刀体及在其切削刃部位涂覆有TiAlN涂层。

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