CN101462178B - 中速机曲轴加工工具及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中速机曲轴加工工具及加工方法。加工工具有加工泄荷槽的刀具，加工平衡块面的R40专用成型刀和枪钻交叉孔的堵头。加工方法是，先按传统的方法一次TR墩锻成形中速机曲轴毛坯，再进行主轴颈、拐颈、泄荷槽及输出端、自由端法兰，铣平衡块、拐臂外形、钻法兰端面均布孔及螺孔的机加工，磨主轴颈、拐颈，精整，而后用用加工泄荷槽的刀具由外向内每次加工，分层加工出泄荷槽。用R40专用成型刀加工，用垂直下刀的方式，加工平衡块面。枪钻钻削导向孔、油孔，到交叉孔，采用堵头。用钻头钻和莫氏加长钻套加工φ700法兰孔。采用本发明的工具及方法加工，既能保证产品质量，又能大大提高生产效率。

Description

中速机曲轴加工工具及加工方法

技术领域

本发明涉及一种中速机曲轴加工刀具及加工方法。

背景技术

船舶上主要部件是柴油机，柴油机核心部件是曲轴，而加工曲轴工序多，路线长已成为造船业的瓶颈。曲轴加工进度和质量直接影响新船的出厂。例如6PC2-6曲轴以前都是从国外进口，加工设备用的是车铣复合加工中心，而我公司普通数控机床，没有可以借鉴的加工方案。6PC2-6曲轴属于中速柴油机曲轴中最大的一种曲轴该曲轴加工精度较高金属去除率多、孔的数量多，孔小且深等特点。该型曲轴批量大，不同以往单件小批量生产，受设备状况的限制，要在保证质量的前提下提高生产效率需合理选用刀具及合适的加工方法。

中速机曲轴主要有自由端，输出端，主轴颈，拐颈，拐臂等部分构成，毛坯都是一次TR墩锻成形。主要机加工工序有车主轴颈、拐颈、泄荷槽及输出端、自由端法兰，铣平衡块、拐臂外形、钻法兰端面均布孔及螺孔，磨主轴颈、拐颈，精整等。PC曲轴加工主要有4个方面难点：

1、泄荷槽圆弧

拐颈、主轴颈泄荷槽(见图5)均为深20mm内凹圆弧槽16，主轴颈10、连杆颈11直径为φ315，下刀空间狭窄，前刀面、后刀面容易产生干涉，适合加工角度非常小。由于小直径圆弧刀片切削力小，采用R4的圆弧切槽刀片，通过走圆弧插补的方法加工出理想的圆弧面。而加工内圆弧面时前刀面和后刀面都存在严重的刀体干涉，尤其是加工到深槽时刀体就擦到工件上。

2、φ20斜油孔

曲臂上斜油孔长710mm，长径比为35∶1，φ20的斜油孔以往采用加长钻头加工，孔钻到一定深度后需用钻孔循环的方式加工，钻3mm就要退出来清理铁屑，转数n＝120，走刀量s＝0.02，钻一个孔需用8小时。孔口还需用铰刀铰，才能保证φ20H10，粗糙度Ra 3.2。按传统方法加工一个孔用时约为10个小时，一根曲轴单钻孔就需用时10~12天，远不能满足生产进度需要。孔口φ20+0.080，表面粗糙度Ra3.2，口部M27×2螺纹孔与孔间还有一个15度的过渡锥面。另同一曲柄两斜油孔正交与相邻曲柄斜向交叉14(见图6)，在交叉孔处加工钻头易折断，枪钻硬质合金只有40长，交叉部位45长，不能钻削。

3、平衡块面

平衡块面(见图7)是曲轴关键部位，同一曲臂两平衡块角度误差为0.05，槽深50mm，20度的斜面及R40和R5的两个大、小弧面17、18，均不易加工，因设备原因需多次装夹，刀具如果能够设计合理能够显著的提高工作效率。

4、推力端φ700法兰孔

φ700法兰上均布24-φ21±0.1法兰孔(见图8)，位置度要求为0.2mm，XKA2420附件头只有从第一个法兰外侧走程序才能加工φ21的孔。加工时必须从第一个法兰外侧进给，才能加工φ21的孔19，第一个法兰外侧到第二个法兰的内端面长为505mm，必须用φ20.8×505加长钻头加工，悬伸长、刚性差，易钻偏而导致位置度超差。

故用原来传统加工刀具生产效率低下，质量难以保证，已不能适应现在批量生产的要求，需要提出新的加工工具及加工方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种加工质量好、效率高的中速机曲轴加工工具及加工方法。

本发明目的的实现方式为，加工中速机曲轴加工工具，加工泄荷槽的刀具，为非标车刀，刀体弯头部分有与泄荷槽圆弧形状相似的圆弧，刀体弯头部分支撑刀片，弯头部分长20±1mm，

加工平衡块面的R40专用成型刀，刀体上装夹刀片及斜刀片，两个刀片成R40形状，在R40圆弧切点上到20度的斜边上加斜刀片，圆弧刀片和斜刀片与平衡槽形状一致，

枪钻交叉孔的堵头前面有α4＝31°的斜角，斜边与交叉孔斜度一致。

用中速机曲轴加工工具加工中速机曲轴的方法，一次TR墩锻成形毛坯，再进行主轴颈、拐颈、泄荷槽及输出端、自由端法兰，铣平衡块、拐臂外形、钻法兰端面均布孔及螺孔的机加工，磨主轴颈、拐颈，精整，其特征在于加工泄荷槽，用加工泄荷槽的刀具，刀体弯头部分由外向内每次加工2mm，直至车到20mm槽深处，采用分层加工方式加工出泄荷槽，

加工平衡块面，先用φ50玉米机夹铣刀铣出有20度的斜面及R40和R5的两个大、小弧面的毛坯，向内平移3mm，使斜面及圆弧放出锯齿形台阶，R40圆弧及斜面用R40专用成型刀加工，用垂直下刀的方式，通过圆弧刀片及斜刀片一次将20度的斜面及圆弧加工出来。

加工φ20斜油孔，采用长径比为30∶1枪钻钻削，枪钻钻削过程包括钻削导向孔、钻削油孔，导向孔比枪钻直径大0.01～0.02mm，孔深为枪钻直径的2倍，导向孔钻削过程中用高压混合冷气，喷雾降温、除尘，分级钻削油孔，先用短枪钻加工深度300～310mm过交叉孔后，换长枪钻加工到709mm，枪钻到交叉孔，用堵头堵塞先加工好的斜油孔，堵头用螺纹固定，封住交叉孔的破口处，

加工φ700法兰孔，用φ19加工钻头钻和莫氏加长钻套，莫氏4#锥柄与机床主轴端、钻头联接，钻套直径D9＝φ40，长L11＝450mm，单边有5mm富余空间，先用定心钻运行圆程序将24-φ21±0.1定圆心，然后用普通φ19的钻头钻，再用φ21的扩孔钻扩孔。

本发明加工既能保证产品质量，又能大大提高生产效率。

附图说明

图1是加工泄荷槽刀杆形状示意图，

图2是加工平衡块面R40成形刀形状示意图，

图3、图4是中速机曲轴结构主、侧视简图，

图5是泄荷槽剖面构造图，

图6是φ20交叉斜油孔剖视图，

图7是平衡块面形状示意图，

图8是法兰上均布孔形状示意图，

图9是堵φ20交叉斜油孔工装示意图，

图10是锥套形状示意图。

具体实施方式

参照图3、图4，中速机曲轴主要由自由端8、推力端9、主轴颈10、拐颈11、拐臂12等部分构成。其上还有泄荷槽13、φ20交叉斜油孔14、平衡块面15。

本发明的加工方法是，先按传统的方法一次TR墩锻成形中速机曲轴毛坯，再进行主轴颈、拐颈、泄荷槽及输出端、自由端法兰，铣平衡块、拐臂外形、钻法兰端面均布孔及螺孔的机加工，磨主轴颈、拐颈，精整。而后用本发明的中速机曲轴加工刀具加工泄荷槽、平衡块面、φ20斜油孔和φ700法兰孔。

参照图1，加工图5所示的泄荷槽的刀具，为非标车刀，刀体弯头部分2有与泄荷槽圆弧形状相似的圆弧3，刀体弯头部分2支撑刀片4，弯头部分长20±1mm，α1＝115°，弯头部分的端头为斜面，斜面中心到刀体1长25±1mm，斜面端头到刀体长50±2mm。

非标车刀的刀体弯头部分2有与泄荷槽圆弧形状相似的圆弧3，解决了加工内圆弧面时前刀面和后刀面都存在严重的刀体干涉，尤其是加工到深槽时刀体就擦到工件上的问题。刀头刚性好，解决了振动问题。加工采用由外向内每次加工2mm，直至车到20mm槽深，再分层加工，这样可提高了圆弧槽的表面粗糙度，降低切削应力。

参照图2，加工图7所示的平衡块面的R40专用成型刀，刀体5上装刀片6及斜刀片7，两个刀片6成R40形状，在R40圆弧切点上到20度的斜边上加斜刀片7。

加工时，先通过数控磨床精确分度磨出基准，主轴颈与拐颈对称找正，将主轴颈和拐颈轴线投影到水平面重合，分出平衡块120°角度。先用φ50玉米机夹铣刀铣毛坯形状按图7形状向内平移3mm，使斜面及圆弧放出锯齿形台阶，这比原来φ50整体硬质合金铣刀工效提高4~5倍。R40和R5的两个大、小弧面17、18加工采用图2所示的R40专用成型刀，用垂直下刀的方式，通过圆弧刀片及斜刀片一次将20度的斜面及圆弧加工出来，既减少装卸辅助时间，又减轻工人的劳动强度。采用本R40专用成型刀，将原来的第一曲轴铣用15天，第二根用10天，第三根用8天的时间改为5天，效率明显提高。

加工图5所示的φ20斜油孔，采用枪钻加工长700mm、φ20内孔，用时30分钟即可加工完，尺寸、粗糙度都能满足要求。枪钻钻削过程包括钻削导向孔、钻削油孔两个方面，导向孔在钻削过程中具有导向性的功效，导向孔直径和钻深要求较高，导向孔比枪钻直径大0.01～0.02，孔深为枪钻直径的2倍。作用是支承钻头刀头外部凸筋，推钻头趋向中心，使钻头外表能轻轻抛光孔表面，可以保证很好的表面粗糙度，冷却液提供是被压缩的高压混合气；喷雾系统由空气驱动，需要提供6～7bar(80～100b/m²)空气；冷却液是乳化油和水的混合物。引导孔在枪钻加工过程中的φ20+0.02 0严格的钻孔公差给钻头提供了一个理想的“引导”，因此它不会偏离正确的钻孔轴线。枪钻采用肯纳公司的整体硬质合金钻头，不需钻孔铰孔，表面光洁度0.4，测量尺寸20.02，完全满足枪钻引导孔要求，而且效率很高。

枪钻钻头长40mm，以硬质合金头导向，如枪钻过长，加工时杆身容易产生抖动。用长径比30∶1的枪钻钻孔，孔壁有细微的螺旋线划伤。解决方法为分级加工，先用短枪钻加工深度300～310mm过交叉孔后，换长枪钻加工到709mm。通过分级加工，消除了枪钻加工斜油孔孔壁细小的螺旋线划伤，使孔的表面粗糙度达到1.6。

枪钻加工曲轴斜油孔过程中，有一个最大的难点，就是难以顺利经过交叉孔14，主要原因是：枪钻过交叉位置时，失去了导向孔，所以到了交叉部分，容易折断钻头。通过分析发现枪钻硬质合金只有40mm长，交叉部位长45mm，采用堵头20堵塞先加工好的斜油孔，可解决上述问题。

参照图9，堵图6所示的交叉孔14的堵头20用孔口M27螺纹固定。堵头20前面有α4＝31°的斜角，斜边与交叉孔斜度一致，刚好封住交叉孔的破口处，这样枪钻钻过去既有了支撑，又不会有钻断的残留铁块留在孔中。

本申请人作了以下试验：第一根钻头没有用堵头，过交叉孔时被折断；采用堵头后，钻到交叉孔时虽然有振动，但能够顺利通过，钻头不再折断，证明采用堵头，效果良好。

枪钻加工斜油孔，切削参数选用是一个重要环节，切削参数选用得是否合理，直接影响到孔的加工质量，通过试加工，掌握了枪钻的一些基本参数。加工φ20斜油孔枪钻钻削正常切削参数：S＝400～600r/min，F＝0.05mm/r，接近堵头时，改变加工参数：S＝250～350r/min，F＝0.01～0.03mm/r，加工堵头部份，切削参数，S＝170～350r/min，F＝0.01～0.02mm/r，过了堵头后，才能恢复正常的加工参数S＝500r/min，F＝0.05mm/r。加工实心孔用正常加工参数，铁屑出来是冷的，而且呈灰白色，排出铁屑是片状的，说明冷却充分，排屑顺畅，符合枪钻使用要求，过交叉孔，虽说有震动，并有持续尖叫，通过降低转速和走刀量，可以得到有效控制，最终还是能顺利通过交叉孔。

24-φ21±0.1孔位置度要求为0.2，用φ20加长抛物线钻头，钻头长度必须在500以上，悬伸长、刚性差、容易钻偏。本申请人用φ19加工钻头钻24-φ21±0.1孔，位置度最大偏差2mm，质量不能有效的控制。通过计算第一个法兰到φ21孔分度圆单边有25mm，如设计采用莫氏加长钻套22可以解决这个问题。

参照图10，左莫氏4#锥柄21与机床主轴端联接，右莫氏3#锥柄23与钻头联接。莫氏加长钻套22直径D9＝φ40，长L11＝450mm，单边还有5mm富余空间，加长钻套加工时不会与法兰相碰。加工前先用定心钻运行圆程序将24-φ21±0.1圆心定出来，然后用普通φ19的钻头钻，再用φ21的扩孔钻扩就可以了。即可以节约成本，又可以保证产品质量。由于刚性好，走刀量转速都相应提高，效率也随之提高。

Claims (4)

1.加工中速机曲轴加工工具，其特征在于加工泄荷槽的刀具，为非标车刀，刀体弯头部分有与泄荷槽圆弧形状相似的圆弧，刀体弯头部分支撑刀片，弯头部分长20±1mm，

加工平衡块面的R40专用成型刀，刀体上装夹刀片及斜刀片，两个刀片成R40形状，在R40圆弧切点上到20度的斜边上加斜刀片，斜刀片与平衡槽形状一致，

枪钻交叉孔的堵头前面有α4＝31°的斜角，斜边与交叉孔斜度一致。

2.根据权利要求1所述的加工中速机曲轴加工工具，其特征在于加工泄荷槽的刀具弯头部分(2)的端头为斜面，斜面中心到刀体(1)长25±1mm，斜面端头到刀体长50±2mm。

3.用权利要求1所述的中速机曲轴加工工具加工中速机曲轴的方法，一次TR墩锻成形毛坯，再进行主轴颈、拐颈、泄荷槽及输出端、自由端法兰的车削，铣平衡块、拐臂外形、钻法兰端面均布孔及螺孔的机加工，磨主轴颈、拐颈，对上述部件精整，

其特征在于加工泄荷槽，用加工泄荷槽的刀具，刀体弯头部分由外向内每次加工2mm，直至车到20mm槽深处，采用分层加工方式加工出泄荷槽，

加工平衡块面，先用φ50玉米铣刀铣出有20度的斜面及R40和R5的两个大、小弧面的毛坯，向内平移3mm，使斜面及R40和R5弧面放出锯齿形台阶，R40圆弧及斜面用R40专用成型刀加工，用垂直下刀的方式，通过圆弧刀片及斜刀片一次将20度的斜面及圆弧加工出来，

加工φ20斜油孔，采用长径比为30∶1枪钻钻削，枪钻钻削过程包括钻削导向孔、钻削油孔，导向孔比枪钻直径大0.01～0.02mm，孔深为枪钻直径的2倍，导向孔钻削过程中用高压混合冷气，喷雾降温、除尘，分级钻削油孔，先用短枪钻加工深度300～310mm过交叉孔后，换长枪钻加工到709mm，枪钻到交叉孔，用堵头堵塞先加工好的斜油孔，堵头用螺纹固定，封住交叉孔的破口处，而后再进行分级钻削，

加工直径为φ700的安装法兰的孔，用φ19加工钻头钻和莫氏加长钻套，莫氏4#锥柄与机床主轴端、钻头联接，钻套直径D9＝φ40，长L11＝450mm，单边有5mm富余空间，先用定心钻运行圆程序将24-φ21±0.1定圆心，然后用普通φ19的钻头钻，再用φ21的扩孔钻扩孔。

4.根据权利要求3所述的中速机曲轴加工工具加工中速机曲轴的方法，其特征在于加工φ20斜油孔枪钻钻削正常切削参数：S＝400～600r/min，F＝0.05mm/r，接近堵头时的切削参数：S＝250～350r/min，F＝0.01～0.03mm/r，加工堵头部份时的切削参数，S＝170～350r/min，F＝0.01～0.02mm/r。

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