发动机短轴铰孔工艺改进与工装设计

李国庆

摘要：燃气发动机的减震器和曲轴通过短轴进行连接，为了保证曲轴与减震器的同轴度，必须在短轴和曲轴上进行铰孔，安装定位螺栓。工艺改良前通过人工进行手动铰孔，精度无法保证，通过对铰孔工艺进行改进，制作铰孔工装，实现了半自动铰孔工作，提高了铰孔质量，降低了工人的劳动强度，同时保证了机组运行的稳定性。

关键词：铰孔;发动机短轴;工艺;工装

0  引言

发动机曲轴与减震器之间的连接件称为短轴，是发动机的重要组成部分。机组运行的稳定性与短轴的连接精度有直接的关系。为保证曲轴和减震器的同轴度要求，在安装短轴时需保证其定位止口与曲轴的同轴度，需要找正后用定位螺栓相互固定，因此就要求安装短轴和曲轴时找正后同铰6处定位螺栓孔。但铰孔时一般采用手动铰孔，进给方式为敲击进给，手动旋转铰刀，无法保证铰孔的圆度和直线度，达不到图纸要求，而且操作量大，耗时多，经常损坏铰刀，因此为了减少操作者的劳动强度，制作一种专用工装对短轴铰孔工艺进行改良，从而实现高效铰孔加工，提高铰孔质量，保证铰孔的圆度和直线。

1  影响铰孔质量的原因分析

1.1 铰孔后孔的孔径过大的原因分析

孔径过大的主要原因是在铰孔时，一般先用锥形手用铰刀放入底孔进行粗铰，这一过程中用铜棒敲击铰刀进行进给，无法保证铰刀与工件同心，退刀时采用反转退刀，也会挤伤孔壁，导致孔的圆柱度达不到要求，呈椭圆形。精铰时直接将铰刀放入粗铰的孔中进行铰孔，导致精铰后的孔直径偏大。

1.2 铰孔后孔的粗糙度差的原因分析

表面粗糙度差的原因是在铰孔时敲击进给，进给量过大，易发生卡刀，需要退刀后重新铰孔，在敲击时容易使铰刀的刀刃磨损，如不能及时更换，就会导致孔的表面粗糙度达不到图纸要求。

2  工艺改进与工装设计

2.1 提出工艺改进方案

为了解决铰孔质量不高的问题，技术、生产和车间相互配合组建一个研发小组。针对这个问题提出了以下三个方案。

2.1.1 方案一

发动机短轴铰孔仍采用手动铰孔方式，选用新型硬质合金铰刀，由原来的粗铰、精铰两个工步完成，改进到粗铰、半精铰、精铰三个工步完成铰孔工序。减少每一工步的切削量，提高铰孔质量。

2.1.2 方案二

发动机短轴铰孔仍采用手动铰孔方式，设计一种铰孔专用钻套，可以保证铰刀在进给时的直线度不会产生偏差，提高铰孔质量。

2.1.3 方案三

发动机短轴铰孔采用半自动铰孔方式，设计一套专用铰孔工装，替代手动加孔方式，保证孔的圆度与直线度，同时提升孔的表面粗糙度。

方案一、方案二均为手动铰孔，优点是经济性较高，容易实现，两种方案分别是通过增加工步降低每一工步切削量和设计专用铰刀导套，这两种方案都只是在一定程度上提高铰孔质量，手动铰孔的缺点很明显，进给时需要铜锤敲击铰刀，进给量过大，易损害铰刀，孔的直线度得不到保证，倒转退刀会对孔壁造成伤害，从而达不到图纸粗糙度的要求，同时手动铰孔效率低，工作量也比较大。方案三为半自动铰孔，优点是可以高效的实现短轴与曲轴的同铰孔加工，并能够提高其加工质量，避免手动铰刀的频繁损坏。缺点是工装结构较复杂，设计生产周期长。为了彻底解决铰孔问题，选用方案三实施。

2.2 铰孔工装设计过程简述

铰孔工装设计初期去现场测量采集数据，短轴两法兰间可利用的空间有限，通过对照图纸，对铰孔工装结构进行了初步的设计，主要从动力装置、进给方式、定位方式、铰刀的连接方式等几个方面着手。

①动力装置的选用考虑到空间有限，传统的电动马达体积过大不符合要求，同时铰孔时要求低转速和高输出扭矩，最终选定了一种微型气动马达作为动力输出。

②导向与进给方式选用了两个导柱导向，滚珠丝杠手动进给。滚珠丝杠可以充分发挥它刚性强、传动效率高、灵敏度高的特点。在滚珠丝杠的一端安装手轮，用手旋转手轮带动滚珠丝杠前进，更加轻松和稳定。采用导柱导套相互配合的方式进行导向，将导柱大头端和导套分别过盈配合液氮冷装入固定板和导向板中，在使用中两根导柱和一根滚珠丝杠共同配合实现铰刀的水平方向的前进和后退，保证了铰孔时的直线度。

③定位方式选用可调节的V形铁进行定位，铰孔工装需要固定在发动机短轴上，唯一可以进行定位的地方是短轴的轴颈，对轴类零件定位一般采用V形块进行定位，考虑到铰孔工装要适配不同的机组，不同机组的短轴轴径不同，为做到不同机组之间的通用型将铰孔工装的结构设计成四块可以移动的三角形铁，两两组合成两对可调节V形块，分别用螺栓固定在铰孔工装的前端和后段。在使用时只需要将螺栓松开，通过打表调整到合适位置再将螺栓拧紧即可，换机组实用时需重新调整V形块的位置。

④固定方式采用螺栓紧固，铰孔工装与短轴的固定通过在固定版U形孔和短轴螺栓孔之间穿入螺栓进行固定;气动马达的固定是将气动马达放入移动板预留的孔中，在斜下方擰入两个螺栓，靠挤压力将气动马达固定到移动板上。

⑤铰刀与输出轴的连接是通过设计专用的套筒进行刚性连接，将机用铰刀的连接轴与气动马达的输出轴分别打定位孔，套入套筒后后用圆锥销进行固定，当机用铰刀磨损严重时只需将圆柱销取出即可进行更换铰刀。

⑥半自动气动铰刀使用方法：

使用时将气动铰刀工装放到短轴上，将固定板和短轴用螺栓固定，打表调节V形块后固定，气动马达通压缩空气，手动旋转手轮，即可开始铰孔。

2.3 现场安装调试

短轴铰孔工装零部件到齐后在现场按照图纸技术要求进行装配调试，在上机铰孔时发现短轴与减震器相连接的孔位与固定板的三个U形孔容易产生错孔的现象，经过现场测量对固定板上三个U形孔进行改进，用铣床将三个U形孔连接成一个，这样就解决了孔位对不准的问题。

后期在使用时又发现气动马达固定不牢固，在铰孔时阻力过大导致气动发达发生转动，针对这一问题，制作了马达防转套，一段固定在气动马达尾部另一端用螺栓固定到移动块上，解决了气动马达在铰孔时转动的问题。

3  总结

通过对铰孔过程中发现的问题的进行分析，找到影响铰孔质量的原因，针对其进行工艺改进，然后制定初步改进方案，并查阅相关资料，成立设计小组设计新型工装，联系生产厂家制作，进行现场安装调试，根据现场反馈对图纸进行修改，对短轴铰孔工装进行改良，再进行现场测试，最终使铰的孔能满足图纸要求。

4  发展方向

在日常生产过程中，很多工序依赖着工人们的实践经验，生产装配的过程中难免会出现偏差，会遇到一些孔位偏差，定位不准确，装配过程中发生干涉，很多诸如此类的问题，这时候我们就需要考虑如何去解决这些问题，能否通过采用新工艺，选用新材料，制作新工装，使一些工序由人工完成转变为机器与人工相互配合完成，甚至是完全替代人工去生产。能否对老旧的生产工艺进行改进，多参观多学习新的制造工艺，将先进技术融合到其中，根据企业情况制定出最适合自己生产的工艺来，这才是一个企业发展的必然趋势。

参考文献：

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[3]王淑坤.滚珠丝杠进给系统定位精度分析[D].大连理工大学，2006.