缸體止推面加工方式選擇及優(yōu)化

銀佳和

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

發(fā)動機(jī)缸體作為發(fā)動機(jī)核心部件之一，其加工質(zhì)量直接影響著發(fā)動機(jī)的性能。缸體止推面，顧名思義是用于止推片的安裝[1]。而缸體止推面的加工質(zhì)量直接影響著曲軸的裝配，對發(fā)動機(jī)的工況、排放及其性能有著緊密的關(guān)系。缸體止推面加工工藝一般經(jīng)粗加工、精加工兩次加工后最終達(dá)到圖紙要求[2]。本文主要介紹了缸體止推面的工藝過程、刀具及加工參數(shù)選擇，以及兩種止推面加工質(zhì)量問題和解決方法。

1 缸體止推面加工工藝簡介

1.1 缸體止推面結(jié)構(gòu)

以直列四缸發(fā)動機(jī)為例，缸體止推面一般位于缸體五檔曲軸孔的中間一檔上，如下圖1所示。代號為#990和#991的止推面位于中間檔曲軸孔的兩側(cè)，安裝止推片后，用于限制曲軸的軸向竄動。止推面主要的加工控制尺寸為面輪廓度、與曲軸孔連線的垂直度、半徑和肩部位置度（肩部輪廓度）、到基準(zhǔn)的距離及兩側(cè)止推面的寬度等。

圖1 缸體止推面結(jié)構(gòu)

1.2 加工方式選擇

以所在的工廠為例，所有CNC均為B軸夾具的四軸加工中心，如圖2所示。故加工止推面時只能從前后端面進(jìn)刀，再徑向加工。采用傳統(tǒng)的單面銑刀加工時，需要加工完單面后旋轉(zhuǎn)B軸再從另一端面進(jìn)刀加工另一面，加工節(jié)拍長。使用長懸空刀具加工面易產(chǎn)生震紋，難達(dá)到0.06 mm的圖紙要求輪廓度，并且兩側(cè)止推面寬度和肩部位置度存在調(diào)整困難，不對稱等問題。

圖2 缸體夾具示意圖

故需選擇一把可以一次進(jìn)刀后即可完成兩側(cè)止推面加工的刀具，保證兩側(cè)止推面肩部位置度一致性，減少一半的加工時間。刀具設(shè)計(jì)及加工余量設(shè)計(jì)需注意：

（1）選擇一把長懸空對稱布置刀片的刀具，并配備減震棒，如下圖3所示。

圖3 止推面加工方式

（2）這兩側(cè)刀片的寬度比止推面寬度大3 mm，單邊加工以減小加工負(fù)載，并方便現(xiàn)場按需補(bǔ)償止推面寬度。

（3）減震棒的尺寸需比曲軸孔直徑小3mm避免干涉，根據(jù)加工質(zhì)量、負(fù)載及刀具的懸長，按刀具供應(yīng)商推薦選擇。

（4）刀桿的尺寸需要比曲軸孔直徑小2 mm，避免干涉影響加工。

（5）兩側(cè)止推面的單邊加工余量為2 mm，分為粗銑和精銑兩次加工。粗銑刀片半徑比精銑半徑小0.2mm，即精加工的單面加工余量為0.3mm，肩部加工余量為0.2 mm。

粗銑和精銑兩次加工使用的刀具類似，粗銑加工面及倒角，精銑繼續(xù)加工面及肩部。止推面倒角由粗銑控制，止推面面尺寸及肩部要求由精銑控制，如圖4所示。

圖4 止推面粗銑和精銑過程

1.3 止推面加工工藝過程

如圖3所示，該U型刀具對缸體止推面加工過程有以下幾個步驟：

（1）將待加工工件推進(jìn)機(jī)床到位（或機(jī)器人上料），工件通過一面兩銷定位（保證設(shè)計(jì)、加工及測量基準(zhǔn)一致）。

（2）兩側(cè)止推面分開銑，工件Z向向主軸移動，刀具從曲軸孔半圓下端進(jìn)刀到U型刀的遠(yuǎn)端刀片到位，然后Y向豎直向上進(jìn)刀加工#990面，如圖3上圖箭頭所示。

（3）#990面加工完成后，Y向退刀下來。

（4）工件Z向向遠(yuǎn)離主軸移動，U型刀的近端刀片到位，然后Y向豎直向上進(jìn)刀加工#991面。

（5）#991面加工完成后，Y向退刀下來。

（6）工件Z向移動回原位，刀具退出工件，收刀。

2 缸體止推面常見加工問題及解決方法

2.1 加工止推面倒角及肩部震紋問題

缸體止推面位于曲軸孔中間，需采用懸臂刀具進(jìn)行加工，刀具長度長無支撐，受力會易產(chǎn)生震動，從而產(chǎn)生震紋，這種加工方式對設(shè)備的硬件精度要求較高。可疑原因及解決方案如表1。

表1 止推面倒角及肩部震紋分析

在考慮主機(jī)廠維修設(shè)備能力與成本投入的前提下，可以通過優(yōu)化工藝分配和加工參數(shù)的方式來匹配老化的設(shè)備，從而降低主軸的負(fù)載，避免大量維修時間及備件更換的成本投入。通常是重新分配粗銑和精銑加工余量，或者降低主軸的轉(zhuǎn)速，提高進(jìn)給，以達(dá)到降低每齒進(jìn)給來降低主軸負(fù)載及震動的目的，使表面光滑無震紋。

例如某設(shè)備出現(xiàn)止推面倒角震紋，如圖5（a）（b），檢查刀具、主軸跳動、拉刀力及反向間隙等指標(biāo)均合格，參數(shù)未變更的情況下，可以確認(rèn)是設(shè)備出現(xiàn)問題，但問題查找需要停機(jī)較長時間或者更換備件驗(yàn)證，成本投入較大，所以通過優(yōu)化加工工藝以達(dá)到解決震紋的目的。在粗銑和精銑加工參數(shù)不變的情況下，重新分配多組加工余量驗(yàn)證，但改善效果不明顯。受加工節(jié)拍要求，先以原加工參數(shù)加工至距離最后0.2mm的位置，暫停0.5 s以降低快速進(jìn)給時主軸的震動。最后0.2mm的距離再以較低的參數(shù)加工，再暫停0.5 s完成加工，解決震紋問題，如圖5（c）。

圖5 震紋優(yōu)化前后示意圖

2.2 精銑止推面肩部位置度波動大導(dǎo)致超差問題

這種無支撐的長刀具加工肩部，尺寸控制困難，且肩部加工面小，不利于測量位置度。可疑原因及解決方案如表2。

表2 精銑止推面肩部位置度波動大分析

以#991面為例，查看精銑止推面抽檢Q-Das數(shù)據(jù)，肩部位置度如下圖 6（a）（b）（c）所示，Ppk 僅為0.43，要求Ppk≥1.33。止推面肩部位置度數(shù)據(jù)波動大，存在超差情況，主要表現(xiàn)為位置度Y向（加工進(jìn)給方向）波動大，導(dǎo)致整個位置度過程能力低。

圖6 止推面肩部位置度

從數(shù)據(jù)上看，位置度X向數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，Y向有突跳波動大，即加工進(jìn)給方向數(shù)據(jù)突跳波動大。檢查刀具，觀察CMM測量肩部過程中是否存在干涉，輸出圖形查看肩部加工是否橢圓，再檢查主軸跳動和拉刀力、工件夾緊力等。以上檢查均符合要求。為節(jié)約成本，快速解決問題，從加工參數(shù)上優(yōu)化。精銑#990#991最后的0.2 mm進(jìn)給距離的進(jìn)給轉(zhuǎn)速由F12S30提高至F24S60、F120S300，進(jìn)給F12不變轉(zhuǎn)速提高至S60、S120、S400時均有震紋，當(dāng)F12不變轉(zhuǎn)速由S30提至S610無震紋，肩部位置度有明顯改善，如圖6（d）所示。當(dāng)最后0.2 mm距離的加工參數(shù)為S610F12，即轉(zhuǎn)速不變僅降低進(jìn)給，可以避開共振區(qū)，使肩部位置度Y向距離穩(wěn)定可控。說明在加工參數(shù)優(yōu)化時，不僅從降低進(jìn)給轉(zhuǎn)速上優(yōu)化，還可以保持進(jìn)給不變提高轉(zhuǎn)速優(yōu)化。

3 結(jié)束語

本文主要介紹缸體止推面的工藝過程、刀具及加工參數(shù)選擇，以及止推面倒角震紋及肩部位置度波動大的解決方法。對于類似特征的加工提供一些參考，均可借鑒這種加工方式及參數(shù)優(yōu)化。所采用的U型刀具一次進(jìn)刀后即可完成兩側(cè)止推面的加工，保證兩側(cè)止推面肩部位置度一致性，減少一半的加工時間。由于選擇一把長懸空對稱布置刀片的刀具，需配備減震棒。刀桿及減震棒的尺寸均需比加工時曲軸孔的尺寸小，避免干涉。兩側(cè)刀片的寬度比止推面寬度大，單邊加工以減小加工負(fù)載，并方便現(xiàn)場按需補(bǔ)償止推面寬度。加工參數(shù)選擇需注意粗銑和精銑加工余量的分配，以及轉(zhuǎn)速進(jìn)給配需，必要時分段加工并暫停，以達(dá)到降低主軸負(fù)載及震動的目的。