V型柴油机机体精加工顶面孔工艺
2022-06-20张志强刘桂行
张志强,刘桂行
潍柴重机股份有限公司 山东潍坊 261108
1 序言
V型柴油机是气缸以一定的夹角对称排列在曲轴两侧的柴油机,相对L型直列柴油机来说,V型柴油机具有振动小、运行平稳、占用空间小和便于布置等优点。但V型柴油机结构复杂、制造成本高,特别是机体加工比L型复杂很多,这就要求在工艺设计过程中,应根据V型机体的形状特点进行设计;同时在夹具设计、工件定位和坐标系的建立等方面,要因地制宜、勇于创新,使加工出的产品完全达到图样要求。据此,在试制我公司新产品12V170柴油机机体时,在精加工顶面孔的工艺设计中,摒弃了直列工艺设计理念,经过多次生产试验和整改,获得了正确的加工方法,加工出合格的机体。下面对12V170机体精加工顶面孔工序的加工工艺进行探讨和分析。
2 12V170机体形状
图1为12V170柴油机机体后端,图2为机体侧面。机体气缸孔共12个,以90°夹角对称排列在主轴孔的两边,每排6个气缸孔,与之对应的顶面A和顶面B夹角也为90°。主轴孔共有7个,第1、第7主轴孔间距为1600mm。
图1 12V170柴油机机体后端
图2 机体侧面
3 机体顶面孔原精加工工艺
机体顶面孔的精加工是最后一道精加工工序,是关键工序。这两顶面上有上下缸孔、挺杆孔、销孔和缸盖螺栓孔等,为保证基准统一,定位基准和前面精加工工序一样,采用底面和底面上2个φ25H7销孔定位,设计基准是机体两端第1、第7主轴孔公共轴线和止推面[1]。该工序在龙门加工中心上完成,夹具为45°斜胎。原精加工工艺为:①夹具装在工作台上,定位、找正和夹紧。②机体吊放在夹具上,插入两定位销,夹紧。③找出主轴孔和止推面坐标原点,建立坐标系。④加工顶面A孔系。⑤松开机体压板,吊起机体,旋转180°,吊放在夹具上,插入两定位销,夹紧。⑥找出主轴孔和止推面坐标原点,建立坐标系。⑦加工顶面B孔系。⑧卸下工件。
4 原工艺存在的问题
机体定位夹紧后,用百分表检测第1和第7主轴孔位置度,发现水平方向误差为0.18mm,垂直方向误差为0.20mm,理论上这两项均在0.02mm之内为合格,实测值与理论值相差较大。于是,从人、机、料、法、环和测6个方面入手,查找位置度超差原因[2],得出如下结论。
1)2个φ25mm定位销插入底面定位孔很困难。原因是机体的重心垂线与两定位销中心线成45°角,再加上机体很重,即使插入定位销,销和孔也不是自由状态定位,而是定位销和机体产生变形,形成定位误差。
2)机体装在45°斜胎夹具上,其重心垂线远远偏离底面,产生了倾覆力矩,使机体底面与斜胎定位块不能很好地接触,从而产生缝隙,也形成了定位误差。经多次试验,这个误差很难消除[3]。
5 解决方案
针对以上问题,提出如下解决方案。
1)取消底面和底面上2个φ25H7销孔定位方式,采用底面(3点)、底部侧面(2点)和底部端面(1点)定位。
2)因倾覆力矩导致定位误差很难消除,故增加找正两端主轴孔位置工步,确保两端主轴孔位置误差在0.02mm合理范围之内。
6 整改措施
具体的整改措施如下。
1)在夹具上增加2个可调侧面定位块和1个端面定位块,2个可调侧面定位块在机体底部侧面两端,用它调整机体第1、第7主轴孔Z方向位置。机体的定位、找正如图3所示。
图3 机体的定位、找正
2)夹具在工作台上定位、找正和夹紧后,在夹具右侧,机体第1、第7主轴孔对应的位置,水平方向和垂直方向上各精铣2个找正面,以此作为参照面找正主轴孔的位置。
7 找正第1、第7主轴孔位置的方法和步骤
找正第1、第7主轴孔位置的方法和步骤如下。
1)垂直方向(Z向)找正原理如图4所示。用百分表分别找出第1、第7主轴孔与之对应的水平找正面1、2在Z轴方向的落差AD和BC,移动工作台,找出水平找正面1、2的落差EC(EC为定值)。微微松开机体压板,以第1主轴孔端可调定位块为支点,调整第7主轴孔端可调定位块,使第7主轴孔在Z轴方向向上移动位移FE,重新检测落差AD和BC,若(BC-EC)和AD之差在±0.02mm之内,则为合格,否则继续调整[4]。完成后,夹紧机体。注意,若C点比D点低,则(BC-EC)应为(BC+EC)。
图4 垂直方向找正原理
图4说明如下:第1、第7主轴孔与之对应的两水平找正面的落差AD、BC和两孔间距AB、两水平找正面间距CD组成一个梯形ABCD,机床工作台X轴轴线(图4中的点划线)交BC于E点,过D点作DF平行于AB,因FC很小,故平行四边形ABFD近似于矩形,EC为水平找正面1、2在X轴方向的落差,FE就是第7主轴孔在垂直方向向上移动的位移。
2)水平方向(Y向)找正原理如图5所示。垂直方向找好后,用百分表分别找出第1、第7主轴孔与之对应的垂直找正面3、4在Y轴方向的落差G K和H J,移动工作台,找出垂直找正面3、4的落差MJ。微微松开夹具压在工作台上的压板,以第1主轴孔端的水平调整装置为原点,调整第7主轴孔端水平调整装置,使第7主轴孔在水平方向向右移动位移NM,然后移动机床工作台,检测垂直找正面3、4的落差,若找正面4比找正面3高(NM+MJ)±0.02mm,则为合格,否则继续调整。完成后夹紧夹具压板。注意,若J点比K点低,(NM+MJ)应为(NM-MJ)。
图5 水平方向找正原理
图5说明如下:第1、第7主轴孔与之对应的两垂直找正面的落差GK、HJ和两孔间距GH、两垂直找正面间距JK组成一个梯形GHJK,机床工作台X轴轴线(图5中的点划线)交HJ于M点,过K点作KN平行于GH,因NJ很小,故平行四边形KGHN近似于矩形,MJ为垂直找正面3、4在Y轴方向的落差,NM就是第7主轴孔在水平方向向右移动的位移。
需要说明的是,两端主轴孔垂直方向找正调整的是机体,而水平方向找正调整的是夹具,因工作台平面度精度较高,夹具在工作台上的微小位移不会引起两端主轴孔垂直方向位置变化[5],所以两个方向调整顺序不能改变。在松开压板调整时,操作人员一定要掌握松开压板的尺度,不能完全松开,以使机体(或夹具)能轻微移动为好。
8 改进后的精加工工艺
改进后的精加工工艺为:①夹具装在工作台上,定位、找正和夹紧。②机体吊放在夹具上,定位、夹紧机体。③找正第1、第7主轴孔垂直、水平方向位置,确定第1、第7主轴孔和止推面坐标原点,建立坐标系。④加工顶面A孔系。⑤松开机体压板,吊起机体,旋转180°,吊放在夹具上,定位、夹紧机体。⑥找正第1、第7主轴孔垂直、水平方向位置,确定第1、第7主轴孔和止推面坐标原点,建立坐标系。⑦加工顶面B孔系。⑧卸下工件。
9 结束语
改进后的工艺取消了一面两孔定位方式,增加了找正两端主轴孔位置工步,虽然增加了找正时间,但是解决了装夹困难、定位不准确的难题,实现了工序基准与设计基准重合,保证了加工质量。特别是两个方向找正的方法,是经过多次实践得出的经验,图示一目了然、简单易懂,操作人员很容易掌握,具有一定的应用价值。
专家点评
文章针对机体精加工顶面孔工序进行工艺分析,根据V型机体的形状特点,在夹具设计和工件定位方面灵活运用、敢于创新,通过找正两端主轴孔的位置,获得了正确的加工方法。
文章的亮点是机体两端主轴孔在垂直和水平两个方向上的找正方法,图文清晰、简单易懂,具有很强的可操作性和实用性。