超大型低速柴油机机架加工

大连船用柴油机有限公司 （辽宁 116021） 高 波 徐国成 侯新华

随着制造技术的不断进步和市场需求的越发迫切，低速柴油机的工作转速不断接近螺旋桨的最高效推进转速，其设计指标向着更低的转速、更轻的重量和更紧凑的结构靠拢。为了降低工作转速，低速柴油机的冲程缸径比不断提高。曼恩公司最新开发出的G机型和瓦锡兰公司推出的X机型，其冲程缸径比提高到了4.65，最低转速降至66r/min。这种变化给其大型结构部件的加工带来了一定挑战，其中机架的加工对冲程的变化最为敏感。

1.机架加工难点

（1）机架为大型箱体类零件，其尺寸较大，像G90和X92机架尺寸达到长15～22m×宽5.65m×高5m，其上孔洞和开口较多，工件在翻个过程中会发生较大变形（见图1）。

图1 机架俯视图

（2）整个机架由多片钢板焊接而成，焊道多且纵横交错，内应力较大，加工后易发生内应力释放变形。

（3）机架导滑板的尺寸和形位精度要求高，是机架加工的最大难点。主机超长的冲程会使机架高度增加、导板变长，需要解决机床滑枕悬伸过长引起的刚性下降、加工振动问题。

（4）机架两端底部的开口较大，刚性差，在加工过程中易产生振颤、崩刀，导致表面粗糙度差和刀片损耗严重。

2.机架加工难点的工艺解决方案

针对以上加工难点，可以采取如下解决方案：

（1）因机架在翻个过程中会发生形变，所以最重要的加工面（例如导滑板的加工）必须在最后一个工位成品，即最重要面成品后，不允许再对工件进行180°翻转。

（2）如果有条件，在机架焊接完成后，要进热处理炉，做去应力退火处理。如没有热处理条件，则工件应粗加工后放置一段时间进行时效，将内应力释放出，再进行成品加工。

（3）机架导板加工方案。加工超大型机的机架，首先机床硬件参数要达到以下要求：①数控龙门铣机床工作台的长度和宽度尺寸要足够，工作台宽度需达到6m。②机床横梁升起后到工作台面的高度要达到7m（大于等高垫高度＋工件高度＋铣头长度）。③机床滑枕的行程最好能达到3.5m，使滑枕行程和铣头长度之和要大于机架导板加工高度值5m（见图2）。

导板加工工序安排：机架导滑板首先要在底面成品前进行粗加工，留2mm余量。待底面成品，工件翻个后，将底面调平在0.05mm以内，进行半精加工，留0.1mm余量，最后使用光刀进行精整加工。

图2 大型数控龙门铣

解决导板表面加工质量方案：同一档内的四块导板切削状态不同，一条对角线上的两块导板为顺铣加工，另一条对角线上的两块为逆铣加工（见图3）。加工后观察顺铣加工的导板工件表面质量好，排屑流畅，刀尖磨损轻微，尺寸稳定性好。逆铣加工相反，振动大，表面质量差，刀具磨损严重。

图3 机架导板切削状态示意图

解决此问题的方法是将两块处于逆铣切削状态的导板变成顺铣，软件上通过主轴反转M04指令实现，硬件上要有反向切削刀盘和能安装正、反向刀盘的双面铣头。

减小导板加工时工件振动的方法：加工前，要在机架四周和每个导板下部安放等高垫，等高垫的高差控制在0.03mm以内。工件底面放在等高垫上之后，检查导板下的每个等高垫是否压实，如有用手能推动的则用塞尺检测间隙，加相应厚度的铜皮使垫垫实，否则加工导板时振动会很大（见图4）。

减小机床滑枕悬伸过长时振动的方法：从上往下加工机架导板的过程中，机床滑枕伸出量不断增加，机床的共振频率不断变化，接近切削加工的激发频率时，机床振动加剧。这时可以通过改变切削参数来调整，使切削激发频率远离机床频率。一般可降低刀盘转速，适当增加进给量。

图4 机架导板加工等高垫布置

（4）解决机架两端法兰面刚性低、难加工的问题。在加工机架两端底部法兰时，使用辅助支撑增加刚性的方法，会因支撑变形使成品尺寸超差。可从切削刀具和切削参数上解决此问题，建议使用45°主偏角刀盘（见图5），切屑的宽度会增加而厚度变薄，配合增大前角刀片，切削抗力小。在切削参数上选用高转速、小的背吃刀量和快进给，能远离工件的振动频率，切削平稳，表面加工质量非常好。

图5 45°大前角刀盘

3.机架尺寸及形位精度的检测

机架尺寸精度的检测可以通过千分尺完成，但其形位精度最有效的保证和检测方式还是使用机床检验。在工件加工前，首先要对机床精度进行检测，需检测三个方面内容：①使用激光干涉仪测量机床跑位的尺寸精度，一般要控制在0.02mm/1000mm以内。②使用理石角尺测量机床各轴间的垂直度，一般要控制在0.01mm/1000mm以内。③检测机床各轴的重复定位精度，一般要小于0.01mm。

检测机架时，在机床铣头上安放百分表，在要检测的平面上拖动，表针的变化量加上机床的形位误差量，就是工件加工面的实际加工精度。对于机架导板0.1mm/5000mm的平面度和0.2mm/5000mm的垂直度要求，百分表针的变化量需小于0.15mm，突变量小于0.01mm/1000mm。