柴油发电机飞轮壳孔系和结合面的加工办法

摘要：柴油发电机飞轮壳产品为典型壳类产品，本文以详细产品为例推荐了产品功用、加工难点及加工办法；规划了智能化、柔性化程度不一样的三种加工工艺措施，并简述各自特征。飞轮壳装配于柴油发电机缸体与发电机之间，外接缸体、启动马达、油底壳，内置飞轮总成，起到连接缸体、防护和载体的功能。

       如图1所示是康明斯柴油发电机组飞轮壳典型关键尺寸技术数据简图康明斯发电机型号参数。为保证各孔及机油盘面至定位销孔孔距尺寸，必须将2-φ18+0.018mm的定位销孔、机油盘面、中心孔φ140mm（即曲轴装配孔）安排在同一道工序内完成，减小二次装夹带来的定位误差，特别是中心孔φ140+0.063mm的加工，此中心孔除了位置精度要求过高外同，此孔还是一个阶梯孔，与机体结合面不在同一个方向上。应φ140+0.063mm的中心孔与2个φ18+0.018mm的定位销孔在一道工序内完成，减小二次定位带来的误差。

      中心孔即主轴油封安装孔，因为中心孔是阶梯孔，结构如图2所示。为了保证产品的精度要求，刀具只能从机体结合面方向进入，因为产品结构的特性，加工上只能选定特殊的刀具：用阶梯铣刀粗铣φ140mm孔；用精镗刀背镗φ140mm的中心孔。背镗加工原理如图3所示，刀具中心至B点后，主轴准停，主轴沿刀尖的反方向偏移Q，然后快速定位至孔底Z点，再沿刀尖正向偏移Q至E点，主轴正转，刀具向上工进至R点，在R点曲轴再准停，刀具反向偏移Q，快退离开工件。

      两定位销孔孔径及中心孔距要求较为严格，精加工刀具有两种方案：铰孔和镗孔。

       在镗刀选取上应采用具有高精度微调机构的刀具，较小可调刻度1μm/φ。加工程序中，如孔径尺寸产生变化，可通过调节图片中的微调机构对孔径进行调整。

      综合论述并结合现有刀具的制造水平康明斯发电机官方网站，应优先采用精镗孔工艺完成两销孔加工。经验证，加工精度满足产品要求，Cpk步骤能力达到1.62。参数浅谈如图4所示。

      缸体结合面即为基准A面，该面表面粗糙度要求为Ra1.6，采用主用的铣削工艺即可满足粗糙度要求，关键是0.05mm的平面度要求较为严格。因为产品平面度精度要求较高，如果通过铣削加工程序来保证，还需要通过铣削工艺试验进行验证中国发电机组十大厂家，表1是工艺试验数据说明。

      通过验证，装置能够满足产品加工精度要求，但产品平面度与工装夹紧变形关系密切，只要减轻夹紧变形，铣削工艺即可满足产品要求（夹具构成如图5所示）。为此通过试验，工艺上采用“铣两遍”的程序，清除了夹紧变形对平面度的危害，即：平面A预留0.1mm的加工余量，待该工序（即A面及其上孔系）加工完成后，松开夹紧，重新用较小的夹紧力压紧，对A面再次进行精铣。结果验证，这样加工后的产品能够满足图样样要求，参数分析如图6所示，通过讲述，Cpk步骤能力达到1.87。

      由于产品精度要求过高，只有±0.02mm，为了保证加工过程中刀具替换的稳定性、减少刀具摆差以及提升刀具的刚性，应采用液压刀柄，以获得高的夹持回转精度（＜0.003m m）和重复夹紧精度（＜0.002mm）、稳定可靠的夹紧力，并具有阻尼减振性能等。采用

      从产品的构造上浅述，因刀具无法从发电机装配面方向进入，只能从机体结合面（基准面A）方向采用“反锪”。

      采用进口专用反锪刀具在立式加工中心上进行加工。

       采用自制专用反向锪刀，在钻床上，人工装卸刀具完成加工。

（1）措施一使用大概，但刀具前期投入成本过高，且刀具刚性较差，当毛坯余量出现变化，特别是毛坯内壁余量变化，存在刀具“单边”切削情形，易产生打刀情况。

（2）方案二操作较方案一繁琐，但是刀具成本低，且刀具刚性好，当毛坯尺寸变化时，不会产生打刀情形。

      综合小议，当毛坯铸造品质较好时，优选办法一；产品批量较小时宜采用措施二。

      止口面及中心孔车削工艺采用立式数控车床加工完成，工装采用两销一面（2-φ18mm孔和基准面A）定位夹紧进行加工，其难点主要是保证0.05mm的平行度，危害平行度的详细因素是工件的装夹及加工变形，因此控制夹紧力和加工步骤中的变形是该工序的关键。定位装夹程序如图7所示。

（2）零件底部近1/2部分悬空，加工时悬空部分易产生震纹及加工变形，必须在悬空部位设置辅助支撑，其辅助支撑是布置关键。辅助支撑的布置也对加工质量有着极大的危害，其中较关键的就是既要起到“支承”的用途又要防止锁紧时将工件“顶起”发生变形。

      如图8所示是杰根斯手动辅助支撑，由于采用精确双锁夹钳从两边夹紧支撑体，发生类似虎钳的动作机制，实践验证锁紧抬起量＜6mm，排除了锁紧夹紧抬起变形问题，稳定可靠。因为此种手动辅助支撑，克服了传统手动辅助支撑的缺陷，又比液压辅助支撑夹具制

造简单，不需要布置专门的液压油路，使用方便，适宜多品种加工。通过辅助支撑的合理应用，防范了刚性不足及夹紧变形对加工精度的危害。

      为保证产品定位销孔、中心孔、油底壳面的加工尺寸要求(±0.02mm），装置（立式加工中心）的合理选型是关键，由于这些尺寸跟装置的精度有很大关系。

      考虑到成本因素，可选型的立式加工中心目前常用的有两种：一种是带光栅尺的全反馈装置；另一种是不带光栅尺的半反馈系统。从价格上来看，第一种装备目前大约100万元左右，而第二种只需要50万元左右。通过实际加工验证国产设备能够满足产品要求：孔中心距250±0.02；208±0.02，步骤能力Cpk均大于1.67，表明不带光栅半反馈装置的设备的精度是能够足产品图样要求的。

      由于飞轮壳尺寸较大、零件较重，为装夹方便宜采用立式数控车床。在机床刀塔选取上应给予重视：较为多发有两种刀塔构成，如图13所示为立式刀塔，该构造刀具的装配数量较多，适宜加工工件高度不高盘类零件；飞轮壳工件高度较大，有些零件构成缸体结合面中心孔也需车削加工，则适宜选型如图14所示的卧式刀塔。

      因为飞轮壳产品组成特征，数控车削内容较少，所需的刀具数量也较少，并且机床刀塔部分是较易产生事故的地方，因此，较好的选择是采用“排刀”举措。采用排刀方案，不仅可取消机床刀塔减少装备采购费用，并且能够提升加工效率，清除了机床发生换刀损坏的隐患。但是必须通过规划布刀图确定刀具规格、加工路径，预防产生超行程以及刀具与夹具、工件出现碰撞。

      随着新一轮产业升级浪潮的来临，智能化、自动化已成为传统制造业继续生存的必由之路。新的工艺设计理念不断产生，将传统组合机工艺特点与数控加工工艺特征相融合，关于不一样分类工件的定制“数控专机”，不仅发挥了传统专机高效的特征，而且具备了数控装置高精度和通用（一定柔性）的特点，并充分考虑机械手自动上下料的方便性。同时，新型刀具、夹具和检验技术也不断涌现，特别是机床在线自动检查与找正技术的应用，大幅减轻了工装定位精度的要求和夹具的复杂程度，甚至颠覆了传统工艺布置的一些禁忌，使得工艺设计更加灵活。在柴油发电机零配件质量要求不断提高、成本不断减轻的市场背景下，零配件制造正朝着自动、高效、主动检测（自动补正）方向快速发展。