主軸承孔采用加工中心加工的質(zhì)量和效率研究分析

梁 娟

(寧夏民族職業(yè)技術(shù)學院，寧夏 吳忠 751100)

主軸承孔采用加工中心加工的質(zhì)量和效率研究分析

梁 娟

(寧夏民族職業(yè)技術(shù)學院，寧夏 吳忠 751100)

針對發(fā)動機缸體主軸承孔加工精度高，公差規(guī)定嚴的要求，加工中采用缸體底面及底面兩定位銷孔定位的方式，選擇合適的加工方式和刀具在加工中心上進行加工，可有效保證其加工精度。

主軸承孔；加工中心；鏜孔；珩磨

1主軸承孔的加工特征和工藝要求

主軸承孔是缸體中的重要部位，如圖1，表1所示，其孔的尺寸精度、形位公差及表面粗糙度均有較高的要求，且屬于多檔的間斷長孔，缸體本體和軸承蓋兩者之間存在材料的硬度差異，加工難度較大。一般加工時采用缸體底面及底面兩定位銷孔定位加工。

圖1 主軸承孔加工示意簡圖

名稱主要項目技術(shù)要求主軸承孔尺寸精度表面粗糙度(UM)圓柱度同軸度φ90H7(H6)Ra0．80．01φ0．015

2主軸承孔的加工工藝路線分析

主軸承孔的工藝路線主要有傳統(tǒng)加工工藝路線和高速加工工藝路線兩種模式。

主軸承孔傳統(tǒng)的加工工藝路線為：粗鏜主軸承半圓孔→合蓋→半精鏜主軸承孔→精鏜主軸承孔→研磨，另一種工藝是“粗鏜→合蓋→半精鏜→精鏜→珩磨”，第二種方式加工后主軸孔的精度較第一種方式有較大的提高。加工設備采用專用機床，刀具采用雙支承線鏜刀形式。這種加工方式的最大特點是機床、鏜模、夾具、刀具都為特定產(chǎn)品的主軸承孔量身定做，以實現(xiàn)最大生產(chǎn)量為目標。它的局限性在于一旦產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，機床、鏜模、夾具、刀具無法適應產(chǎn)品變化的需求而閑置甚至廢棄。

高速加工工藝路線為：粗鏜主軸承半圓孔→合蓋→半精鏜主軸承孔→精鏜主軸承孔→珩磨。加工設備采用高速加工中心，刀具采用單支承鏜刀。這種加工方式在產(chǎn)品換型時，只需更換夾具、刀具即可滿足要求，節(jié)省了設備的重新投資，加快了產(chǎn)品的更新速度，更適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。

3主軸承孔采用加工中心加工的質(zhì)量和效率研究分析

3.1粗鏜主軸承半圓孔。

毛坯尺寸:φ82,共五檔,每檔寬度為30mm,全長530mm；

工藝要求:φ87,Ra12.5，工進速度fv不低于250mm/min。

設備選用：高速加工中心，轉(zhuǎn)速n=12500r/min,快進速度為60m/min；定位精度為0.01mm，重復定位精度為0.005mm，加速度為1g；與刀柄連接方式為HSK結(jié)構(gòu)。

刀具選用:刀桿直徑φ80,加工懸伸340mm。鏜頭采用3片刀片切削,刀片型號:CCMM120408EFM,刀片材質(zhì):涂層硬質(zhì)合金,刀片可用刃數(shù)2刃,鏜頭和刀片形成90°主偏角。

加工方式：一面加工三個檔,B軸旋轉(zhuǎn)180°,調(diào)頭加工另一面兩個檔。

切削參數(shù)選用:v=150m/min,fz=0.15mm,fv=300mm/min。

3.1.1過程研究。

實施初期，采用以上切削參數(shù)進行加工,振動太大,通過不斷降低切削速度,直到v=60m/min左右,加工開始穩(wěn)定。在考核刀片耐用度期間，發(fā)現(xiàn)加工到80個工件左右，刀片尚未達到磨損極限，主軸承孔邊緣出現(xiàn)較大崩邊而更換刀片。研究表明，較小主偏角，刀具出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，較大主偏角，未能有效解決崩邊問題，80°主偏角則收到較好的效果，刀片耐用度提高到了150件左右。此時，選擇的刀片型號為SCMM120408EFN，刀片材質(zhì)不變，刀片可用刃數(shù)為4刃，刀片消耗成本下降了70%左右。

3.1.2結(jié)果。

經(jīng)過一系列實驗，最終確定采用抗震刀桿，3刃鏜刀，選用型號為SCMM120408EFN，韌性和耐磨性兼?zhèn)涞腡iN涂層硬質(zhì)合金刀片，80°主偏角，v=120m/min，fz=0.19mm進行粗鏜主軸承半圓孔，加工質(zhì)量符合工藝要求，加工效率完全滿足大批量生產(chǎn)的要求。

3.1.3小結(jié)。

通過粗鏜主軸承半圓孔的實驗，可以得出結(jié)論：用加工中心實施粗加工，采用準高速,大進給加工方式能實現(xiàn)高效加工。這一過程中，高剛性的抗震刀桿是實現(xiàn)準高速,大進給以及使用產(chǎn)生徑向力小主偏角刀片的關(guān)鍵因素。

3.2半精鏜主軸承孔。

前工序尺寸:87,Ra12.5；

工藝要求:φ89.3±0.1，圓柱度0.06，同軸度φ0.1，工進速度fv不低于360mm/min。

3.2.1過程研究。

設備選用：與上工序一樣。

刀具選用:刀桿直徑φ85,加工懸伸340mm。鏜頭采用3片刀片切削,刀片型號: CCMT09T308N,刀片材質(zhì):涂層硬質(zhì)合金,刀片刃數(shù)2刃,鏜頭和刀片形成90°主偏角。

加工方式：一面加工三個檔,B軸旋轉(zhuǎn)180°，加工另一面兩個檔。

切削參數(shù)選用:v=180m/min,fz=0.15mm,fv=371mm/min。

實施初期，在上述條件進行加工，從加工表面看，存在不均勻波紋。通過多次試驗切削速度，采用v=220m/min，刀片加工218個工件達到磨損極限，剛好換刀，而此時已獲得了454mm/min的工進速度，為生產(chǎn)節(jié)約了時間。如果從提高表面質(zhì)量的角度考慮，為后工序創(chuàng)造更好條件，保持v=220m/min不變，降低每齒進給量fz為0.13mm，工進速度為363mm/min，仍滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求，而表面粗糙度由原來的Ra4.5提高到Ra3.0，對主軸承孔的精加工非常有利。

3.2.2 結(jié)果。

確定采用抗震刀桿，3刃鏜刀，選用型號為CCMT09T308N，耐磨性較好的ALTiN涂層硬質(zhì)合金刀片，90°主偏角，v=220m/min,fz=0.13mm進行半精鏜主軸承孔，加工質(zhì)量符合工藝要求，加工效率完全滿足大批量生產(chǎn)的要求。

3.2.3 小結(jié)。

涂層技術(shù)使硬質(zhì)合金刀片的耐磨性和紅硬性大大改善(涂層刀具的壽命比未涂層的刀具高2～5倍)，切削速度得以提高，縮短了生產(chǎn)時間。在主軸承孔半精鏜的研究中，可以看出，由于現(xiàn)代刀具的高速化發(fā)展，使原制定的工藝節(jié)拍出現(xiàn)偏差，導致加工時間富余，產(chǎn)生節(jié)拍不平衡的現(xiàn)象。通過對高速化刀具的理解和研究，確定出準確的切削參數(shù)，為今后工藝規(guī)劃的節(jié)拍準確性提供了很好的依據(jù)。

3.3精鏜主軸承孔。

前工序尺寸:φ89.3±0.1,園柱度0.06，同軸度φ0.1，Ra6.3；

工藝要求:φ90H7,園柱度0.01，同軸度φ0.015，粗糙度Ra0.8，工進速度fv不低于180mm/min。

3.3.1過程研究。

設備選用：與上工序一樣。

加工方式：一面鏜削五檔加工方式。

過程實施中，采用一面鏜削五檔加工方式，刀具懸伸達到460mm，要高速實現(xiàn)主軸承孔精加工，對刀具結(jié)構(gòu)、剛性、動平衡提出了很高的要求。生產(chǎn)實踐中，選用自支承鏜刀作為加工刀具。

3.3.2結(jié)果。

確定采用自支承鏜刀，單刃切削方式，選用CBN含量高的刀片，前角-3°，刃口負倒棱幾何角度為0.1mmX(-20°)，60°X3°復合主偏角，v=400m/min,fz=0.14mm進行精鏜主軸承孔，取得良好的加工質(zhì)量，加工效率適應滿足大批量生產(chǎn)的要求。

3.3.3小結(jié)。

(1)自支承鏜刀的高精度、高剛性、良好的動平衡打破了深長孔精加工必須由雙支承線鏜刀加工的單一模式；

(2)PCBN刀具的高硬度、耐磨性、耐熱性為高速加工主軸承孔創(chuàng)造了有利的條件；

(3)由于PCBN刀具材料的脆性特點，使用時，必須注意刃口強化與主偏角和前角的配合，通過0.1mmX(-20°)負倒棱強化，PCBN刀片實際加工中起著切削和磨削作用，以達到較高的表面粗糙度和提高刀具耐用度的目的；

(4)采用支承鏜刀的加工方式，刀具費用高，零件表面質(zhì)量較難滿足圖紙Ra0.8要求，若孔加工精度等級6級以上，將難以滿足，挑刀頻次較高，而且效率較低。

3.4主軸承孔珩磨加工工藝。

主軸承孔珩磨一般采用立式珩磨和臥式珩磨兩種工藝，對于缸體長度在600以內(nèi)的一般采用臥式珩磨工藝；若工件尺寸較長，由于刀具較重，一般采用立式珩磨工藝，但夾具較為復雜。

3.4.1珩磨加工余量的選擇(見表2)。

表2 主軸孔珩磨加工余量

3.4.2 珩磨加工工藝參數(shù)(見表3)。

表3 珩磨加工工藝參數(shù)

3.4.3珩磨后的加工質(zhì)量(見表4)。

表4 珩磨加工后氣缸體主軸孔的加工質(zhì)量

從上表中可以看出，經(jīng)過珩磨加工后，尺寸精度可以穩(wěn)定在6級精度以上、圓柱度可以穩(wěn)定在0.007以內(nèi)、粗糙度可以穩(wěn)定在Ra0.8以內(nèi)，同軸度沒有變化，因此珩磨加工可以明顯改善孔的尺寸精度和形狀精度，而不能改善位置精度。同時采用珩磨加工可以大大節(jié)約成本，一套金剛石砂條刀具壽命可以滿足10萬件缸體的主軸承孔加工，并對前工序精鏜主軸承孔要求較低。

4總結(jié)

綜合考慮效率及質(zhì)量成本，目前國內(nèi)外轎車發(fā)動機缸體主軸承孔的加工還是采用以加工中心和最終珩磨加工為主的加工工藝路線。普通商用車發(fā)動機缸體主軸承孔的加工還是采用以專機鏜模和最終珩磨加工為主的加工工藝路線，較少數(shù)廠家采用加工中心并用自支承鏜刀來最終精加工的工藝。

[1]孟少龍 機械加工工藝手冊：第1卷，第2卷[M].機械工業(yè)出版社，1991.

[2]喬世民 機械制造基礎[M].高等教育出版社，2010.

[3]蔡興旺，付曉光.汽車構(gòu)造與原理實訓(第2版)[M].機械工業(yè)出版社，2009.

ClassNo.:TH161DocumentMark：A

(責任編輯：宋瑞斌)

AnalysisofProcessingQualityandEfficiencyofMachiningHolesonthePrincipalAxiswithMachiningCenter

Liang Juan

(Ningxia Vocational and Technical College for Minorities, Wuzhong, Ningxia 751100，China)

The thesis makes a detailed description about processing holes on the principal axis, which requires higher machining precision and to be in the range of tolerance. The paper also explains how to choose and use proper fixed position, machining methods, cutters and quality monitoring. Besides, the ways to improve the machining accuracy are discussed in the thesis.

holes on the principal axis; machining center; boring hole; grinding

梁娟，講師，寧夏民族職業(yè)技術(shù)學院。研究方向：機電專業(yè)課程教學。

1672-6758(2013)11-0051-2

TH161

A