超大型低速柴油機機架加工

大連船用柴油機有限公司 （遼寧 116021） 高 波 徐國成 侯新華

隨著制造技術的不斷進步和市場需求的越發迫切，低速柴油機的工作轉速不斷接近螺旋槳的最高效推進轉速，其設計指標向著更低的轉速、更輕的重量和更緊湊的結構靠攏。為了降低工作轉速，低速柴油機的沖程缸徑比不斷提高。曼恩公司最新開發出的G機型和瓦錫蘭公司推出的X機型，其沖程缸徑比提高到了4.65，最低轉速降至66r/min。這種變化給其大型結構部件的加工帶來了一定挑戰，其中機架的加工對沖程的變化最為敏感。

1.機架加工難點

（1）機架為大型箱體類零件，其尺寸較大，像G90和X92機架尺寸達到長15～22m×寬5.65m×高5m，其上孔洞和開口較多，工件在翻個過程中會發生較大變形（見圖1）。

圖1 機架俯視圖

（2）整個機架由多片鋼板焊接而成，焊道多且縱橫交錯，內應力較大，加工后易發生內應力釋放變形。

（3）機架導滑板的尺寸和形位精度要求高，是機架加工的最大難點。主機超長的沖程會使機架高度增加、導板變長，需要解決機床滑枕懸伸過長引起的剛性下降、加工振動問題。

（4）機架兩端底部的開口較大，剛性差，在加工過程中易產生振顫、崩刀，導致表面粗糙度差和刀片損耗嚴重。

2.機架加工難點的工藝解決方案

針對以上加工難點，可以采取如下解決方案：

（1）因機架在翻個過程中會發生形變，所以最重要的加工面（例如導滑板的加工）必須在最后一個工位成品，即最重要面成品后，不允許再對工件進行180°翻轉。

（2）如果有條件，在機架焊接完成后，要進熱處理爐，做去應力退火處理。如沒有熱處理條件，則工件應粗加工后放置一段時間進行時效，將內應力釋放出，再進行成品加工。

（3）機架導板加工方案。加工超大型機的機架，首先機床硬件參數要達到以下要求：①數控龍門銑機床工作臺的長度和寬度尺寸要足夠，工作臺寬度需達到6m。②機床橫梁升起后到工作臺面的高度要達到7m（大于等高墊高度＋工件高度＋銑頭長度）。③機床滑枕的行程最好能達到3.5m，使滑枕行程和銑頭長度之和要大于機架導板加工高度值5m（見圖2）。

導板加工工序安排：機架導滑板首先要在底面成品前進行粗加工，留2mm余量。待底面成品，工件翻個后，將底面調平在0.05mm以內，進行半精加工，留0.1mm余量，最后使用光刀進行精整加工。

圖2 大型數控龍門銑

解決導板表面加工質量方案：同一檔內的四塊導板切削狀態不同，一條對角線上的兩塊導板為順銑加工，另一條對角線上的兩塊為逆銑加工（見圖3）。加工后觀察順銑加工的導板工件表面質量好，排屑流暢，刀尖磨損輕微，尺寸穩定性好。逆銑加工相反，振動大，表面質量差，刀具磨損嚴重。

圖3 機架導板切削狀態示意圖

解決此問題的方法是將兩塊處于逆銑切削狀態的導板變成順銑，軟件上通過主軸反轉M04指令實現，硬件上要有反向切削刀盤和能安裝正、反向刀盤的雙面銑頭。

減小導板加工時工件振動的方法：加工前，要在機架四周和每個導板下部安放等高墊，等高墊的高差控制在0.03mm以內。工件底面放在等高墊上之后，檢查導板下的每個等高墊是否壓實，如有用手能推動的則用塞尺檢測間隙，加相應厚度的銅皮使墊墊實，否則加工導板時振動會很大（見圖4）。

減小機床滑枕懸伸過長時振動的方法：從上往下加工機架導板的過程中，機床滑枕伸出量不斷增加，機床的共振頻率不斷變化，接近切削加工的激發頻率時，機床振動加劇。這時可以通過改變切削參數來調整，使切削激發頻率遠離機床頻率。一般可降低刀盤轉速，適當增加進給量。

圖4 機架導板加工等高墊布置

（4）解決機架兩端法蘭面剛性低、難加工的問題。在加工機架兩端底部法蘭時，使用輔助支撐增加剛性的方法，會因支撐變形使成品尺寸超差。可從切削刀具和切削參數上解決此問題，建議使用45°主偏角刀盤（見圖5），切屑的寬度會增加而厚度變薄，配合增大前角刀片，切削抗力小。在切削參數上選用高轉速、小的背吃刀量和快進給，能遠離工件的振動頻率，切削平穩，表面加工質量非常好。

圖5 45°大前角刀盤

3.機架尺寸及形位精度的檢測

機架尺寸精度的檢測可以通過千分尺完成，但其形位精度最有效的保證和檢測方式還是使用機床檢驗。在工件加工前，首先要對機床精度進行檢測，需檢測三個方面內容：①使用激光干涉儀測量機床跑位的尺寸精度，一般要控制在0.02mm/1000mm以內。②使用理石角尺測量機床各軸間的垂直度，一般要控制在0.01mm/1000mm以內。③檢測機床各軸的重復定位精度，一般要小于0.01mm。

檢測機架時，在機床銑頭上安放百分表，在要檢測的平面上拖動，表針的變化量加上機床的形位誤差量，就是工件加工面的實際加工精度。對于機架導板0.1mm/5000mm的平面度和0.2mm/5000mm的垂直度要求，百分表針的變化量需小于0.15mm，突變量小于0.01mm/1000mm。