探讨数控铣床在发动机轴类零件粗加工中的运用

胡文玲

摘 要：发动机零件具有易变形振动、形状结构复杂、加工精度高的特点，发动机轴类零件的粗加工技术直接关系着整体设备的运行效率，现阶段发动机轴类零件粗加工过程中主要为数控铣床加工模式，在数控系统发动机轴类零件粗加工过程中出现了一些问题，在一定程度上影响了整体发动机的稳定运行，因此本文就数控铣床在发动机轴类零件粗加工过程中出现的特点，对数控铣床粗加工工艺的应用进行了适当的分析。

关键词：数控铣床；发动机轴类零件；粗加工

前言

轴类零件是发动机的核心构件，其主要是由碳素结构钢、球磨铸铁等材质构成，对于发动机而言，由于轴类零件曲拐臂较长且开档宽度较大，对粗加工精度具有较高的要求，这就导致曲轴成为发动机工件加工过程中难度较大的加工工件之一，因此结合数控铣削加工工序对发动机轴类零件的粗加工工艺进行优化分析具有非常重要的意义。

1.数控铣床在发动机轴类零件粗加工特点

在20世纪初期进行发动机轴类零件加工过程中，大多选择多把车刀一次对轴颈圆角、侧面、外圆、台阶加工的形式，但是由于发动机轴类零件的特异性，在实际加工过程中需根据零件的不同部位采用多种加工工序，而多刀铣削加工余量较大且平衡块侧面不连续加工的形式，也导致各种问题的产生，如打刀、振动等，这就导致了整体铣刀工具不良概率多发，对整体轴类零件加工工具的使用年限造成了一定的影响。随后在发动机轴类零件粗加工工艺中有出现了了内铣削工艺、车削工艺、车拉工艺等、高速外铣削等相关工艺，其中数控外部铣削主要包括十字滑台、跟踪中心、润滑系统、油雾处理系统、数控系统等相关构件，通过相关构件的联动作用，可进行插补仿形铣削措施，便于轴类零件连杆颈、主轴颈的有效加工处理；而数控轴类零件内铣削则可分为数控十字滑台、摇臂偏心结构等两种类型。摇臂偏心结构主要是在主体工件固定的情况下，将所需的铣刀头在某个滑台单元出进行安装，从而保证整体平面位置插补联动铣削措施的稳定进行。摇臂偏心结构独特的固定支点摆动的方式，可在提升轴类零件加工刚性的同时，促使其进给量精度得到有效的控制。

基于发动机轴类零件对铣床加工效率及粗加工精度的要求，车削零件加工工艺一般应用与主轴颈加工工序，而轴向沉割槽一般可采用车——车拉加工工艺进行，且在轴类零件内铣削、高速外铣削加工过程中应尽量控制其在轴向沉割槽中的应用，铣削工艺可应用与轴类零件侧面加工工艺。在实际应用中数控铣床轴类零件加工具有柔性好、温升地、效率高、换刀次数少等优良特点[1]。

2.数控铣床在发动机轴类零件粗加工中的应用措施

2.1数控铣床在发动机轴类零件加工过程中的加工调整

数控铣床在发动机轴类零件粗加工过程中的质量控制主要包括轴向尺寸、外圆跳动两个方面。其中在外圆跳动控制过程中，需保证主轴颈正常跳动，如在凸轮轴类零件加工过程中应控制中间位置主轴颈跳动距离小于0.21mm，避免加工后凸轮轴类零件轮廓误差大、相位不稳对键槽质量的影响。在实际凸轮轴类零件加工环节，大多在加工28件后，依据相关工件加工标准，对内部检测数据进行综合分析，从而得出最终差异数值，将其转化为极坐标方式后可通过在数控系统中的综合导入分析，进行适当数据补偿措施。若在轴类零件加工过程中，出现曲轴跳动误差，不仅会影响相位测量、相位加工及曲柄半径，而且会对相关轴类零件磨削质量造成一定的影响，基于内铣削干加工的特点，在其加工工序进行过程中会产生一定的铣削热量，从而导致铣削加工过程中局部轴类工件温度可在690℃以上，这就在很大程度上会阻碍内部毛坯工件应力的释放，继而促使内铣削工件出现瞬时跳动误差。针对这种情况可利用数控系统内部轴类零件误差数据的集中统计，进行轴颈偏心方位的适当调整，在获得具体的工艺跳动误差后进行参数补偿措施[2]。

轴类零件粗加工工序进程中，轴向尺寸可直接影响整体轴类工件的加工效果，基于轴类零件轴向公差数据较大的特点，可首先采用工件试加工的形式确定具体的加工零件坐标系位置。在止推轴径端面位置，可确定轴类零件加工轴向尺寸标准，然后在以往轴类加工工艺基准变化的基础上，利用测量系统、数控系统等将加工工艺标准与产品工艺标准进行有机整合，然后对轴类零件后续加工热处理变形影响情况进行综合分析，确定最终内铣削变形补偿数据。同时可通过设备系统温度变化曲线的设置，对工件加工变形与加工时间之间的变化趋势进行综合分析，便于整体热加工补偿措施的有效实施。

2.2数控铣床在发动机轴类零件加工过程中的运动形势

在曲颈内铣削加工工序中，主要以两端轴颈外圆为径向定位标准，然后结合曲柄臂侧、端口位置的位置确定，在三爪卡盘夹紧控制的基础上可为整体铣刀进给结构的在水平、竖直方向的往复加工工序提供动力。现阶段应用于发动机轴类零件粗加工工艺的数控铣床主要有摇臂机床、偏心机床、数控十字滑台三种类型[3]。其中摇臂铣床主要利用轴类零件内铣削的方式进行，其在实际加工工艺中可利用独特的摇臂式铣削头部，结合导向滑块运行，在铣削头部不同端口分别采用大口径轴承支撑、丝杠螺母驱动的方式，从而在维持轴类零件固定的情况下，实现动力头沿螺母方面进行上下重复加工措施，然后在水平螺母的带动下进行左右反复加工措施。

偏心机床结构主要是将整体铣刀盘安装在偏心体上，主轴为主要控制方面，而小轴承为主轴颈运行支撑机构，而偏心体则主要有齿型大偏心轴承为支撑结构，然后在旋转进给机构的驱动下可促使铣刀盘进行进给运动。

十字滑台机构的内铣削机床主要在軸类零件颈部表面切入时，利用刀盘对铣刀进给量进行控制，然后在轴类加工工件旋转360度后，可在数控系统的引导下进行圆周进给加工工序，在圆周进给刀盘再次旋转360度后即可获得粗加工完毕的轴类零件。

在上述数控铣床铣削加工类型中十字滑台加工工序经济较高，但是设备操作复杂程度也远大于其他两种类型，而偏心铣床结构操作较为简便，但是加工精度也较其他两种类型低。

2.3数控铣床在发动及轴类零件加工过程中的加工要点

在发动机轴类零件数控铣床加工过程中，数控轴类零件铣床主要包括主轴颈铣削头径向进给轴、主轴颈铣削头轴向进给轴、连杆轴颈铣削头轴向进给轴、连杆轴颈铣削头径向进给轴、工件旋转进给轴等几个部分[4]。在轴类零件铣床加工初期需要进行工件毛坯铣削两端、中心打孔措施，在轴类零件飞轮端及自由度加工完毕后可进行轴类零件铣床加工位面固定措施，然后从主轴颈、连杆轴颈、曲臂外形等几个方面开展粗加工工序。在具体的施工过程中可根据具体程度利用连杆轴颈铣刀、主轴颈铣刀进行相关轴径的铣削措施。其中中心支架需控制在连杆轴颈铣刀、主轴颈铣刀中心位置，然后通过已支撑完毕的主轴颈进行相关轴类工件刚性提升措施，最大程度的降低轴类零件铣削变形程度。由于轴颈铣削、曲颈外形铣削在实际加工过程中具有不同的形状，其在外部宽度、尺寸等方面具有适当区别，而不同的铣刀宽度直接决定了相关轴类零件的开档宽度，而铣削轴颈与曲拐臂侧面在实际加工作业过程中具有同步性，因此在实际加工过程中为了保证轴类零件粗加工的开档宽度符合需求，可控制主轴颈铣刀、连杆轴颈铣刀直径宽度在100.0mm，同时在铣刀刀盘位置可装设适当组数的不重磨硬质合金刀片，并利用机夹式立式加填措施降低轴类零件移动变形概率。在整体铣床加工过程中应控制铣削速度在每分钟110米左右，控制进给量再来每齿0.18毫米，为了保证铣削头稳定运行可在数控铣床外部进行刀片的及时更改安装。

此外，针对拐臂外形、轴颈铣削过程，需在数控铣床加工过程中选择不同的加工工序，结合相关轴类零件加工影响因素，需控制铣床铣削用量的变化，在三相电机运行的基础上，可通过铣削速度的调节调整轴类零件的加工余量，一般应控制铣刀加工速度在每分钟120.0米以下。

3.总结

综上所述，发动机轴类零件数据铣床加工的形式，受到了社会各界的极大关注。发动机轴类零件数据铣床加工工艺的有效应用，可弥补以往多铣刀加工模式效率低、加工精度不足的情况，为了进一步保证数据铣床加工工艺的有效应用，可根据具体零件加工基准，在热补偿原理的指导下，采取相应的参数补偿措施，保证发动机轴类零件粗加工質量。

参考文献：

[1]李阳. 数控车床加工铝合金零件的刀具研究[J]. 科教导刊：电子版， 2017（16）：173-173.

[2]穆宁. 机械螺纹类零件的数控机床加工技术探讨[J]. 中国新技术新产品， 2016（18）：69-70.

[3]刘永清， 杨志， 王辉. 数控机床加工工艺在橡胶零件生产中的创新性探究[J]. 橡塑技术与装备， 2016（18）：31-32.

[4]董玉杰， 曲海霞. 数控铣削中刀具半径补偿指令的应用[J]. 河南科技， 2016（23）：89-90.