譚東芳 張習國

摘要：12V180是濰柴集團公司推出的一款新型大馬力高速發(fā)電及船用柴油機。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合鏜桿，設計制造難度均較大。目前，我公司各機型的氣缸體鏜削曲軸孔及止推面用鏜桿大多采用國外進口，自主設計制造氣缸體曲軸孔及止推面復合鏜桿尚屬首次。在鏜桿設計過程中，打破傳統(tǒng)的設計思路，采用了許多新結構及新思路。本文就 12V180 氣缸體曲軸孔及止推面復合鏜桿的設計過程展開論述。

關鍵詞：曲軸孔;止推面;拉鏜;復合鏜桿;分級;分段;可漲式滑塊機構;斜齒;斜鍵

1? 鏜桿技術要求

①設計一套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品圖紙;

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

④刀具調整方便，配備刀具調整工具;

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。

2? 產品加工要求分析

12V180氣缸體外形龐大，長×寬×高=1914mm×640mm×1005mm，曲軸孔直徑202H6（）mm，是我公司各系列產品中外形較大的機型。各曲軸孔對相鄰兩孔跳動要求為0.04mm;對兩端孔公共軸線跳動要求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? 設計方案

3.1 鏜削方式的確定

鏜桿鏜削方式有兩種：推鏜和拉鏜。目前國內外大多采用推鏜形式，我公司設計的鏜桿鏜削均采用推鏜形式。推鏜加工時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，產生孔加工的直線度誤差。拉鏜形式有其不可比擬的優(yōu)點，鏜桿不容易變形，孔的加工精度較高。在180鏜桿設計過程中，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

鏜刀選用微調精鏜單元，尺寸方便調節(jié)，精度高，最小調節(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;鏜刀間錯排布，避免共振，提高孔表面加工質量。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 鏜桿的分級設計

結合鏜模鏜套及鏜桿直徑的設計原則，鏜桿直徑確定為180mm。鏜桿采取分級結構，根據(jù)實際的使用情況來看，鏜桿的分級結構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 可漲式滑塊機構的設計

3.4.1 滑塊機構設計要求

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構?？蓾q式滑塊機構的設計是整根鏜桿的核心。鏜刀固定在滑塊機構上，在加工止推面之前，高度低于鏜桿外徑，防止推進鏜桿時損壞鏜刀。當鏜桿推進到既定位置，鏜刀滑塊機構隨著鏜桿的旋轉向外漲出，邊漲出邊鏜削，鏜削到要求的孔徑的尺寸。完成鏜削之后，鏜刀滑塊機構再縮回，直到退回鏜桿外徑以里，避免退出鏜桿時鏜刀劃傷已加工曲軸孔表面。

3.4.2 滑塊機構兩種形式的對比設計

在研究了大量相關設計資料，總結出目前國內外滑塊機構大多采用斜齒齒塊和斜鍵兩種結構。兩種結構的設計原理是相同的，都是通過推拉斜塊拉桿，拉桿在鏜桿內部做軸向運動，帶動相配合的滑塊做伸縮運動。不同的是斜齒齒塊結構由多齒組成，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。斜鍵結構相當于單齒結構，滑動過程中單面接觸，較易磨損，耐磨性差，但設計制造相對簡單，如圖4所示。在設計過程中，分別對兩種結構都進行了設計，經過反復對比分析，最終選用了斜齒齒條結構。

3.4.3 鏜桿滑塊布置及加工余量的分配

鏜桿共設有四個滑塊，單邊止推面由兩個滑塊完成鏜削。結構見圖5。每個滑塊安裝一把鏜刀。止推面單側面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，兩個滑塊同時漲出，拉桿前推，滑塊縮回，完成半精鏜削。拉桿為雙面斜齒結構，一面兩排斜齒，能同時帶動4個滑塊伸縮。鏜桿軸向移動1.5mm，重復上述動作，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，單面鏜削和兩側面同時鏜削，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，再完成另一側面鏜削。同時鏜削即止推面兩側面同時進行鏜削。如果加工余量較小，同時鏜削效率較高，拉桿拉動、推動一次即完成鏜削。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。兩側面同時鏜削需要鏜桿退出，重新對刀，輔助時間較長。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，注意一側鏜削時，另一側鏜刀不出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象。

3.5 鏜桿的分體設計

止推面位于氣缸體中間一檔兩側，所以止推滑塊的位置設置在鏜桿中間部位。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。所以內部拉桿采用分體形式，分為三段，把合在一起，共同組成內部拉桿。鏜桿全長2800mm，為方便安裝拉桿，同時提高加工工藝性，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計，制造方便，工藝性好。

4? 小結

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

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