中速柴油机曲轴孔精镗质量控制

李思乐 陈 根 卞露英

（共享智能机器（苏州）有限公司，苏州 215000）

中速柴油机曲轴孔精镗质量控制

李思乐 陈 根 卞露英

（共享智能机器（苏州）有限公司，苏州 215000）

大型中速内燃机尺寸大，加工、装配要求精度高，需配备专用设备加工，且其工艺流程涉及内容较多，检测方法特殊。因此，对设备、技术、质量管控等综合条件的要求非常苛刻。曲轴孔精镗是柴油机机体加工的关键工序之一，形位公差精度要求严格，对加工设备、刀具、工艺及过程质量要求较高，其最终尺寸影响因素也较多。针对中速柴油机曲轴孔高精度要求，本文通过多次切削试验及激光测量，从工艺及程序角度对测量结果进行分析和控制，最终得到了良好的加工结果。

柴油机机体 曲轴孔 精镗

引言

中速大型内燃机机体精加工难度非常大：关键部位曲轴孔、凸轮轴孔、汽缸孔、中间齿轮孔的精度等级要求高，且易发生刀具和产品的碰撞；曲轴孔作为柴油机的动力输出部位，装配精度直接影响产品的功效；而加工精度是装配精度的主要影响因素。中速柴油机曲轴孔尺寸精度为H7级，曲轴孔过大或者过小都会对机体装配产生不良影响。此外，机床的稳定性，工艺参数如温度等，也均会对该精度产生影响。因此，保证各个因素在其合理的范围内变动，是保证曲轴孔精镗质量的关键。

1 曲轴孔精加工过程及结果分析

柴油机机体曲轴孔加工一般经过以下几个工序：粗加工曲轴孔-装配轴承盖-精加工曲轴孔-激光检测曲轴孔直线度。在曲轴孔粗加工阶段，粗铣曲轴孔半圆弧面，单边余量1～2mm。机体装配轴承盖后，曲轴孔需要配合轴承盖一起加工精加工。本文主要以材料为QT400的L型中速柴油机曲轴孔为研究对象，孔的尺寸为360H7，该柴油机机体长度为4000mm。

加工该中速柴油机曲轴孔时，从1号曲轴孔到最后一个档位的曲轴孔加工时，由于该L型7缸柴油机体第1号位与第2号位间距过小，所以将加工顺序定为2～8号位，然后翻转机床附件，按已加工的3号曲轴孔中心为坐标零点，再加工1号位。

更换任何一附件头后，必须根据曲轴孔来重新校正坐标系，以此消除附件头因综合误差而导致的偏差，要求小于等于5μm。精镗曲轴孔刀具采用铝合金材质的轻质刀具，刀片为T型精加工刀片。按照程序执行到相应位置放上校正表盘，手动根据需要增加补偿值，填到程序中的R参数。要求盘圆精度小于等于5μm，表1是加工该曲轴孔的切削参数。

表1 切削参数

曲轴孔精加工刀具如图1所示。精镗曲轴孔采用窄铣头，在曲轴孔空档之间按程序指定顺序加工。

图1 曲轴孔精加工

通过该工艺加工出来的曲轴孔，经过一段时间的生产，发现实际测量结果与预期结果偏差较大，每档曲轴孔的直径尺寸不稳定。测量结果具体如下（单位mm）：1号位+0.03；2号位+0.04；3号位+0.04；4号位+0.05；5号位+0.05；6号位+0.05；7号位+0.03；8号位+0.03；9号位+0.03。从测量结果可以看出，虽然加工前机床操作人员按照+0.03mm调整精镗刀的加工尺寸，但是随着加工距离的变化，尺寸呈抛物线式变化。可见，实际曲轴孔直径尺寸不与精镗刀的调整尺寸一致，这样的加工结果有超出上差的风险。

为了将尺寸控制在图纸公差范围内，精镗刀的精加工尺寸调整至+0.02。对曲轴孔进行精加工试切，测量结果具体如下（单位mm）：1号位+0.02；2号位+0.02；3号位+0.03；4号位+0.04；5号位+0.02；6号位+0.03；7号位+0.01；8号位+0.01；9号位+0.02。这样的加工结果依然不稳定，容易造成尺寸偏小超出下差。

2 改进加工工艺

为了使曲轴孔尺寸稳定，在图纸公差内进一步监测每台机体的曲轴孔尺寸，同时分析加工工艺的不合理之处。由于该精镗刀采用的铝合金材料，刚性较通常的铁质刀具差，热膨胀系数大，受热影响大，前期精镗曲轴孔一直采取无冷却方式。因此，为了防止加工过程中产生的热量对刀具尺寸造成影响，采用外冷方式对曲轴孔精加工，并对最终尺寸进行跟踪，得到如下结果：1号位+0.03；2号位+0.03；3号位+0.04；4号位+0.02；5号位+0.02；6号位+0.02；7号位+0.01；8号位+0.01；9号位+0.01。

这次的测量结果较之前的结果有所改善，但是仍然不够理想。在加工至4号档位时，尺寸忽然变小。通过分析加工过程发现，外冷虽然有助于精镗刀加工过程中的稳定性，但是会加剧刀具的磨损。刀片在加工最后几个档位的曲轴孔时，由于磨损而造成尺寸偏小。

为了得到更加理想的结果，按照改进后的加工工艺，将曲轴孔的精加工余量减小，降低切削力及振动，提高精加工后直径尺寸的稳定性。同时，对程序补偿值进行修正，保证曲线的最低点在中间档位附近，且在峰值两侧始终有下降和上升的趋势。最终，将优化后的补偿值写入程序，通过激光测量得到以下结果（单位mm）：1号位+0.03；2号位+0.04；3号位+0.03；4号位+0.03；5号位+0.03；6号位+0.03；7号位+0.03；8号位+0.04；9号位+0.04。将改进前后三组数据进行对比，结果见图2。

图2 曲轴孔直接尺寸测量数据

可见，工艺及程序改进后的曲轴孔直径尺寸达到了理想结果，曲轴孔的加工质量和尺寸都符合图纸要求。

3 结论

通过对某中速L型柴油机的曲轴孔进行批量切削试验，分析其曲轴孔的尺寸变化趋势，逐个排除影响曲轴孔精度尺寸的因素，最终将目标锁定在冷却方式上。通过分别优化改进加工工艺及切削参数，最终使曲轴孔精镗尺寸保持稳定。期间没有更改刀具，没有增加额外的生产成本，以同样的加工效率达到了控制曲轴孔精镗质量的目的。

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The Essence of Medium Speed Diesel Engine Bent Axle Hole Boring and Quality Control

LI Sile, CHEN Gen, BIAN Luying
（Shared intelligent machine （suzhou） co., LTD，Suzhou 215000）

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