分段加工工艺

柴油机分段式凸轮轴联接孔加工方式的改进

一、问题的提出

XXX柴油机有限公司是一家有着四十余年历史的船用柴油机生产厂家，是与我校有着多年良好关系的校企合作单位。2007年底，该公司编制下一年度生产计划，确定公司2008年柴油机生产目标是全年完成400台，同时还有顺利实施公司当年整体搬迁任务。这将是在2007年生产柴油机突破200台基础上的又一次翻番，同时又是该公司自2004年以来柴油机总量一直处于高速增长状态下的又一个历史性突破。公司分管生产的领导组织生产部和各分厂对次年的生产任务总量进行分析，对因设备搬迁、安装所需要的周期进行分解和测算，分别召开了关键件、主要件的生产策划专题会。其中凸轮轴为柴油机五大件之一，其生产进度的能否保证直接关系到年度整机任务的完成节点，按原来的加工方式根本无法满足年产400台的需求。

2007年12月，该公司分管生产的主要领导带领生产部、人力资源部来我校洽谈新一轮的合作事宜，其中分段式凸轮轴加工方式的改进是合作项目中的重中之重，并且公司要求2008年元月15日前就必须完成加工方式的改进方案根据使用情况分整体式和分段式二种，其加工方法基本相同，唯一区别的是，分体式中间增加一个联接法兰。联接法兰孔由T611卧式镗床加工，且没有T611单独用于加工凸轮轴，当时整个机加分厂只有2台T611，还要承担柴油机其他零件的镗工序生产任务。所以我们通过分析认为，制约分体式凸轮轴加工进度的瓶颈工序就是联接法兰孔的加工。08年公司柴油机预排产量为400

台，其中凸轮轴60%为分体式，合计240根，以现有的设备能力，其加工进度无法满足装机的需求，急需解决该工序在凸轮轴整个生产线流程中的瓶颈现象。常规解决办法是增加设备、人力、提高产能。换个思路考虑：能否通过工艺和加工方法改进提高工效呢？

二、解决方案

凸轮轴是控制进排气阀的关键件，质量好坏直接影响柴油机整机质量。联接法兰由2-φ17H7孔和8-φ16.7孔及φ50H7、φ50h7配合组成。因此需增加联接法兰孔的加工工序，其工序内容直接影响后续钳工合拢装配的质量和磨削精度。

公司原加工方法比较保守，采用普通镗床加工各孔，具体工艺如下：

10、工件装夹于V型支承垫块上，校正大法兰面端面P、Q与主轴

回转中心垂直，夹紧工件。

20、装钻模、钻2-φ15（对角）工艺孔，再校正φ50H7凹台孔（或

φ50h7凸台）与钻模定位中心同心，紧固。

30、校正主轴与钻套孔同心，钻、扩、铰2-φ17H7孔，倒角。

40、改用φ17定位销紧固钻模，钻、扩8-φ16.7孔，倒角。50、在与钻模上“O”标记对应的大端面背面打印“O”标记。（防止后期装配反向）。

钻模制作，严格保证其2定位孔的位置误差，其两侧台孔和凸台尺寸采用φ50H7、φ50h7分别与凸轮轴两孔构成定位孔进行加工。

按此工艺加工后，凸轮轴基本满足装配精度要求，后续可加工余量都在可控范围以内。但存在一些问题：其中2-φ17H7铰制孔钳装过程中较吃力，位置精度存在误差。分析认为：镗床找正主轴与钻套孔同心、卧式加工和机床自身存在微量误差而形成的累积误差，导致位置误差。

一根凸轮轴两单件，镗工序定额工时为6H*2=12H，08年公司柴油机所需分体式凸轮轴合计240根。能否通过工艺和加工方法改进提高工效呢？我们考虑，凸轮轴在此工序前预留0.88mm磨削余量，是否可以考虑改用经济型普通钻床加工，利用专用工装在精度保证的情况下可以达到工序要求呢？如何解决单根轴过长而无法直立装夹加工问题；如何保证凸轮轴加工后法兰孔的垂直度是关键所在。装夹向上不能发展，换个思路，就向下发展，掘地开槽，将轴插入地下，解决不能直立加工问题，设计专用夹具保证凸轮轴的定位精度。于是，设计如下加工工作台，利用给T611工序用的钻模，实现想法。以下是对各组成进行各项细节设计和

说明：

1、定位夹具的选择

由于要加工的凸轮轴外径为φ90mm，考虑经济性和加工的安全性，选用内孔为φ100mm的C630车床三爪卡盘用作夹具，卡盘安装前需上车床进行该前后两面的修和三爪精镗工序，保证其垂直度和平面度在0.02mm以内，以减少其装夹形位误差对工件加工精度影响。

2、支承架（本体）选择

本体结构选用上下两平面，中间加焊三个支承板联接，为保证整体强度和加工的稳定性、舒适性，两平面选择厚度δ30mm 钢板，支承选用厚度δ20mm钢板，总体高度保持在450mm左右，上下两面预留φ120mm中孔。按上图焊接后，上铣床进行上下两面加工，重点保证上面的平面度0.05mm以内。

3、地槽施工

凸轮轴设计长度1112mm，考虑预留400mm存屑空间和对凸轮轴的防护，地槽深度1000mm，直径φ120mm，孔壁植入φ120mmPVC管进行防护。

4、安装校调

如上图，通过上述操作安装结束后，用框式水平仪放置卡盘上表面A面，通过在支承架下面放置的可调垫铁进行校调，保证A面平面度0.02mm以内。

5、等高垫块

凸轮轴装夹过程中需使用三个长方形等高垫铁，放置卡盘上表

面A面（整体高度于卡盘三爪面），材质选用45#钢，淬火后

进行同步磨削制作。

6、起吊、装夹

①松开三爪，在三爪间隔处等分放置等高垫铁；②行车起吊

凸轮轴轻插入工装卡盘内，当凸轮轴表面接近等高铁面时

停车；③用δ5mm铜板防护轻紧三爪紧凸轮轴；④点降停

车，松三爪，凸轮轴自重落下贴合等高垫铁面，夹紧工件。

最终工序变更为：

10、上钻模、校正，夹紧工件，钻、扩、铰2-φ17孔、倒

角。

20、用φ17定位销定位，钻、扩、8-φ16.7孔、倒角。

30、在与钻模上“O”标记对应的大端面背面打印“O”标

记。

7、吊装改进

由于没有专用吊具，实际起吊过程自选一根麻绳一人启动行车，一人扶持凸轮轴，双人操作。麻绳锁紧起吊易发生倾斜，极易造成凸轮轴外表面刮伤现象。针对这一情况，采用活动夹头结构，设计制作如下简易工装。该工装起吊、装夹一人就能操作，凸轮轴一直处于垂直状态，表面不易刮伤，实施效果较好。

三、实施效果