V型柴油机机体精加工顶面孔工艺

2022-06-20张志强刘桂行

金属加工(冷加工) 2022年5期

张志强，刘桂行

潍柴重机股份有限公司山东潍坊 261108

1 序言

V型柴油机是气缸以一定的夹角对称排列在曲轴两侧的柴油机，相对L型直列柴油机来说，V型柴油机具有振动小、运行平稳、占用空间小和便于布置等优点。但V型柴油机结构复杂、制造成本高，特别是机体加工比L型复杂很多，这就要求在工艺设计过程中，应根据V型机体的形状特点进行设计；同时在夹具设计、工件定位和坐标系的建立等方面，要因地制宜、勇于创新，使加工出的产品完全达到图样要求。据此，在试制我公司新产品12V170柴油机机体时，在精加工顶面孔的工艺设计中，摒弃了直列工艺设计理念，经过多次生产试验和整改，获得了正确的加工方法，加工出合格的机体。下面对12V170机体精加工顶面孔工序的加工工艺进行探讨和分析。

2 12V170机体形状

图1为12V170柴油机机体后端，图2为机体侧面。机体气缸孔共12个，以90°夹角对称排列在主轴孔的两边，每排6个气缸孔，与之对应的顶面A和顶面B夹角也为90°。主轴孔共有7个，第1、第7主轴孔间距为1600mm。

图1 12V170柴油机机体后端

图2 机体侧面

3 机体顶面孔原精加工工艺

机体顶面孔的精加工是最后一道精加工工序，是关键工序。这两顶面上有上下缸孔、挺杆孔、销孔和缸盖螺栓孔等，为保证基准统一，定位基准和前面精加工工序一样，采用底面和底面上2个φ25H7销孔定位，设计基准是机体两端第1、第7主轴孔公共轴线和止推面[1]。该工序在龙门加工中心上完成，夹具为45°斜胎。原精加工工艺为：①夹具装在工作台上，定位、找正和夹紧。②机体吊放在夹具上，插入两定位销，夹紧。③找出主轴孔和止推面坐标原点，建立坐标系。④加工顶面A孔系。⑤松开机体压板，吊起机体，旋转180°，吊放在夹具上，插入两定位销，夹紧。⑥找出主轴孔和止推面坐标原点，建立坐标系。⑦加工顶面B孔系。⑧卸下工件。

4 原工艺存在的问题

机体定位夹紧后，用百分表检测第1和第7主轴孔位置度，发现水平方向误差为0.18mm，垂直方向误差为0.20mm，理论上这两项均在0.02mm之内为合格，实测值与理论值相差较大。于是，从人、机、料、法、环和测6个方面入手，查找位置度超差原因[2]，得出如下结论。

1）2个φ25mm定位销插入底面定位孔很困难。原因是机体的重心垂线与两定位销中心线成45°角，再加上机体很重，即使插入定位销，销和孔也不是自由状态定位，而是定位销和机体产生变形，形成定位误差。

2）机体装在45°斜胎夹具上，其重心垂线远远偏离底面，产生了倾覆力矩，使机体底面与斜胎定位块不能很好地接触，从而产生缝隙，也形成了定位误差。经多次试验，这个误差很难消除[3]。

5 解决方案

针对以上问题，提出如下解决方案。

1）取消底面和底面上2个φ25H7销孔定位方式，采用底面（3点）、底部侧面（2点）和底部端面（1点）定位。

2）因倾覆力矩导致定位误差很难消除，故增加找正两端主轴孔位置工步，确保两端主轴孔位置误差在0.02mm合理范围之内。

6 整改措施

具体的整改措施如下。

1）在夹具上增加2个可调侧面定位块和1个端面定位块，2个可调侧面定位块在机体底部侧面两端，用它调整机体第1、第7主轴孔Z方向位置。机体的定位、找正如图3所示。

图3 机体的定位、找正

2）夹具在工作台上定位、找正和夹紧后，在夹具右侧，机体第1、第7主轴孔对应的位置，水平方向和垂直方向上各精铣2个找正面，以此作为参照面找正主轴孔的位置。

7 找正第1、第7主轴孔位置的方法和步骤

找正第1、第7主轴孔位置的方法和步骤如下。

1）垂直方向（Z向）找正原理如图4所示。用百分表分别找出第1、第7主轴孔与之对应的水平找正面1、2在Z轴方向的落差AD和BC，移动工作台，找出水平找正面1、2的落差EC（EC为定值）。微微松开机体压板，以第1主轴孔端可调定位块为支点，调整第7主轴孔端可调定位块，使第7主轴孔在Z轴方向向上移动位移FE，重新检测落差AD和BC，若（BC－EC）和AD之差在±0.02mm之内，则为合格，否则继续调整[4]。完成后，夹紧机体。注意，若C点比D点低，则（BC－EC）应为（BC＋EC）。

图4 垂直方向找正原理

图4说明如下：第1、第7主轴孔与之对应的两水平找正面的落差AD、BC和两孔间距AB、两水平找正面间距CD组成一个梯形ABCD，机床工作台X轴轴线（图4中的点划线）交BC于E点，过D点作DF平行于AB，因FC很小，故平行四边形ABFD近似于矩形，EC为水平找正面1、2在X轴方向的落差，FE就是第7主轴孔在垂直方向向上移动的位移。

2）水平方向（Y向）找正原理如图5所示。垂直方向找好后，用百分表分别找出第1、第7主轴孔与之对应的垂直找正面3、4在Y轴方向的落差G K和H J，移动工作台，找出垂直找正面3、4的落差MJ。微微松开夹具压在工作台上的压板，以第1主轴孔端的水平调整装置为原点，调整第7主轴孔端水平调整装置，使第7主轴孔在水平方向向右移动位移NM，然后移动机床工作台，检测垂直找正面3、4的落差，若找正面4比找正面3高（NM＋MJ）±0.02mm，则为合格，否则继续调整。完成后夹紧夹具压板。注意，若J点比K点低，（NM＋MJ）应为（NM－MJ）。

图5 水平方向找正原理

图5说明如下：第1、第7主轴孔与之对应的两垂直找正面的落差GK、HJ和两孔间距GH、两垂直找正面间距JK组成一个梯形GHJK，机床工作台X轴轴线（图5中的点划线）交HJ于M点，过K点作KN平行于GH，因NJ很小，故平行四边形KGHN近似于矩形，MJ为垂直找正面3、4在Y轴方向的落差，NM就是第7主轴孔在水平方向向右移动的位移。

需要说明的是，两端主轴孔垂直方向找正调整的是机体，而水平方向找正调整的是夹具，因工作台平面度精度较高，夹具在工作台上的微小位移不会引起两端主轴孔垂直方向位置变化[5]，所以两个方向调整顺序不能改变。在松开压板调整时，操作人员一定要掌握松开压板的尺度，不能完全松开，以使机体（或夹具）能轻微移动为好。

8 改进后的精加工工艺

改进后的精加工工艺为：①夹具装在工作台上，定位、找正和夹紧。②机体吊放在夹具上，定位、夹紧机体。③找正第1、第7主轴孔垂直、水平方向位置，确定第1、第7主轴孔和止推面坐标原点，建立坐标系。④加工顶面A孔系。⑤松开机体压板，吊起机体，旋转180°，吊放在夹具上，定位、夹紧机体。⑥找正第1、第7主轴孔垂直、水平方向位置，确定第1、第7主轴孔和止推面坐标原点，建立坐标系。⑦加工顶面B孔系。⑧卸下工件。