柴油机机体主油道孔的加工

万传广，沙明学

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116022

1 序言

6265柴油机是我公司新开发研制的中速柴油机，气缸直径265mm，活塞行程300mm，气缸为6缸，标定功率为1700kW。该柴油机为燃油电子控制直接喷射、开式燃烧室、废气涡轮增压、活塞振荡冷却、增压空气中间冷却的四冲程柴油机，具备良好的燃油经济性和排放性，综合技术性能达到国际先进水平，可用于内燃机车和调车机车，装备265L6型机体如图1所示。机体的主油道孔主要用于柴油机的润滑，该主油道孔的设计是加工好底孔后，镶套不锈钢油管，若是底孔加工质量不好，则会影响油管的装配精度，造成安装不牢或润滑油的渗漏，属于精密难加工的深孔。在现代深孔加工技术的发展中，面临着多品种、小批量、新型工程材料及越来越高的精度要求的挑战，如何进一步提高劳动生产率、降低生产成本成为深孔加工技术的中心课题之一。柴油机机体主油道孔对深孔加工技术的挑战，在于要求提高传统深孔加工的水平，开发新的制造技术与工艺方法。

图1 265L6型机体

2 加工方案分析

2 6 5 L 6型机体毛坯为整体铸造，其材质为QT550-6，在进行加工前的工艺分析时，发现主油道孔的加工是该机型的加工难点，主油道孔如图2所示。其他机型的主油道孔轴线都是和主轴承盖结合面垂直，而该机型的主油道孔轴线与主轴承盖结合面垂直线夹角为22.5°。柴油机机体主油道孔安排在型号为ATLAS2PML的龙门加工中心进行加工，该机床产自意大利英赛（INNSE）公司，操作系统为SINUMERIK 840D sl。

图2 主油道孔

在机械加工中，通常会遇到长径比＞9的深孔加工，深孔加工主要有如下几个特点。

1）由于孔的深度与孔径比例较大，刀杆细长、刚性差，故在钻孔时容易偏斜，产生振动，导致孔的表面粗糙度和尺寸精度不易保证。

2）钻头的工作环境差，热量不易排出，排屑困难，使刀具磨损加剧。

主油道孔的长径比达到19，加工难度更大。针对其特点，分析当前机体主油道孔的加工方案，有两种方法可以选择。

第一种方案，使用22.5°角度附件头加工，如图3所示。角度附件头只能进给至起刀点，否则会发生干涉，造成角度附件头碰撞，在此情况下需要使用加长刀具。经过计算，制作完成后的刀具长1248mm，刀杆切削部分尽量缩短，这就需要加长刀柄，刀柄长达690mm，属于非标刀柄，因刀柄太长还需做动平衡试验，费用非常高。钻削时会产生振动，排屑不畅，造成刀体与工件孔壁的粘连，使刀具报废，机体无法修复，效率也会非常低。

图3 22.5°角度附件头加工

第二种方案，使用22.5°胎具、延伸附件头加工。将机体装夹在22.5°胎具上，主油道孔轴线与工作台面垂直，如图4所示。延伸附件头可以伸到机体瓦口内部，附件头有效长度为390mm，刀柄长度缩短了390mm，可以大大提高刀具的刚性，消除刀杆在钻削时的振动，保证孔的表面质量和尺寸精度。综合各方面因素，经过分析研究决定采用第二种方案加工主油道孔。

图4 22.5°胎具、延伸附件头加工

3 加工工艺方案

3.1 胎具的制作

利用废弃的25°斜胎（见图5）改制22.5°胎具。卸下原25°斜胎定位垫块，按照柴油机机体缸台面的宽度尺寸重新加工定位面，25°和22.5°角度不同，相同的定位面长度，高度差也不同。由于原胎具内部是空心，没有太大的加工余量，因此加工安装面时，只需加工出垫块所需的平面即可，记录好两个安装面的高度差值，钻削出相应的M12螺纹孔。按照设计好的图样加工出平垫（见图6）和L形定位垫块（见图7），将垫块安装在胎面上，改制完成后的胎具如图8 所示。

图5 25°斜胎

图6 平垫

图7 L形定位垫

图8 改制后胎具

3.2 工件的装夹

将斜面胎具安装在工作台，并靠在侧面顶子上，用压板、螺栓预紧胎具。将机体调整好角度吊至胎具上方，轻轻下落，将其左侧工艺基准面紧靠在L形挡块上，以实现机体的粗定位（见图9）。调整胎具两侧的顶子打表找正机体侧面的基准，用螺栓、压板压紧，此夹具定位准确，可实现机体的快速装夹（见图10）。

图9 机体粗定位

图10 机体快速装夹

3.3 基准点的设定

使用3D寻边器设定Y、Z轴基准点。将3D寻边器安装在机床主轴上（见图11），主轴中心可以精确地定位在工件孔内，只需确定工艺孔φ80mm的3个点，就可以快速设定基准点。

图11 安装3D寻边器

当指针指示为零时，表示机床主轴轴线与工件边重合。然后调用编制的自动传输数据程序L6265，该程序利用数控系统程序进行内部参数传递的方法，可快速、准确地实现测量数据自动传送给可设置的零点偏置数据区域，避免了因操作不当、误操作或抄数错误等人为因素影响计算精度，导致工件零点设定不准确，造成不必要的损失。这种方法比打表找正的方法快，准确率高。

自动传输数据的程序如下。

此程序存放在机床程序管理目录下，运行此程序，机体确定原点坐标工作的完成将十分方便。程序中R[108]和R[109]赋的参数值是机体倾斜22.5°后，φ80mm孔至曲轴孔心相对应的Y、Z坐标值（见图12），该孔作为工艺孔在前一道工序已经精加工出来。

图12 φ80mm孔坐标值

3.4 钻削刀具的选择

（1）导孔复合钻的选择 在高精度的数控深孔加工中，导孔的精度很重要。在使用深孔复合钻钻削主油道孔之前，必须先加工出引导孔，引导孔的孔径与深孔钻φ25.7mm同径，孔深为2倍的孔径，第二台阶刀体为φ28.6mm，钻引导孔φ25.7mm的同时将主油道孔第三台阶的φ28.6mm孔一起加工完成，如图13所示。

图13 导孔复合钻钻孔

（2）深孔复合钻的选择 在设计复合钻时，将阶梯刀体φ25.7mm和φ26.3mm的外圆铣削4条直槽，刀体直径比刀片直径小0.03～0.04mm，相当于镶了6条支撑导条（见图14），目的是为了刀具进入工件后，进行强制性导向，保证孔的直线度，并能校正钻孔时所造成的一些轴线偏差。支撑导条附着孔壁的支撑，吸收了切削阻力，减少了刀杆所承受的力矩和切削阻力，防止并消除了刀杆的挠曲和颤动。经过计算，刀柄长度为300mm就可以满足使用要求，此长度刀柄不需要做动平衡试验，可降低刀具的购置费用。

图14 深孔复合钻加工

3.5 设定深孔复合钻的切削参数

在钻削深孔时，钻削速度对钻削温度的影响最大，切削速度增加1倍，温度增加29%；进给量影响稍小，进给量增加1倍，温度约增加15%；由于钻削速度增加，使切削热增多，进给量增加，使钻削变形产生的切削热较少，因此降低切削速度、提高进给量，就能有效降低深孔钻在钻削时的热量。在实际加工中，转速设定为260r/min，进给量设定为70mm/min，在进入引导孔、正式钻削深孔之前将主程序编制的转速降低58%，进给量由原来恒定的70mm/min提高为140mm/min，然后再降低进给量到70mm/min，以编程的转速进行钻孔。经过生产测试表明，刀片的耐用度能够满足生产加工的节拍。

3.6 编写钻削加工程序

钻好引导孔后，为了提高效率、保护刀具，编写了带有报警保护功能的钻削循环程序CYCLE850，使用变量R给循环提供参数。程序如下。

该循环的功能是降低转速、提高进给量快速进到引导孔内。该钻削循环可以在任意一个主程序中调用和执行。如果参数R输入错误就会产生故障报警信息，钻削循环不执行。钻削循环中参数注释见表1。

表1 钻削循环中参数注释

3.7 合理使用切削液

为了提高主油道孔的加工质量和刀具寿命，深孔加工必须使用内冷切削液。切削液及时渗透到切削刃上，可消除由变形及摩擦产生的热量，抑制积屑瘤的生成，减少切削刃及支撑的摩擦磨损，保证刀具在钻削区的高温下保持良好的润滑状态，使切屑能顺利排出，进一步提高工件表面质量，保证尺寸公差。

4 结束语

通过对主油道孔加工工艺的研究，用报废的胎具设计并改制了斜面胎具，设计了非标准刀柄、复合刀具，对刀具钻切削参数进行了调整试验，编制带保护功能的循环程序，选用合适的切削液进行润滑，使主油道孔加工合格率达到100%，不仅能满足企业的生产需求，而且工件表面质量和刀具耐用度都有显著提高，综合各项指标可为企业节省费用50余万元。