Design of processing craft of complex-structure crankcase and nc programming
姜永梅JIANG Yong-mei
（哈尔滨理工大学 工程训练中心，哈尔滨 150080）
摘 要：曲轴箱零件作为箱体部件装配时的基准零件，对该机器的工作精度、使用性能和寿命都有直接
的影响。本文首先论证了应用先进制造技术加工结构复杂曲轴箱的必要性，然后对某曲轴箱零件加工特点进行分析，设计出该曲轴箱的加工工艺路线。在此基础上，确定了加工刀具及切削用量。最后对该曲轴箱部分孔加工进行了相应的数控程序编制。实践表明：采用先进制造技术大大提高了曲轴箱的加工效率与产品的综合性能。
关键词：结构复杂；曲轴箱；工艺；数控编程
中图分类号：TP182 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2011)5(上)-0047-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(上).17
1 应用先进制造技术加工复杂曲轴的 必要性
传统的制造生产系统本着为“大规模”生产服务的思路，其生产组织方式落后，设备与操作工人的存在着分工协调问题，严重影响新产品的开发制造质量及进度，生产周期较长。由于传统制造系统的制造工序之间缺乏严格的检验监督，加工产品只有在终检时才能发现产品质量问题，一次成功率低下，废品率次品率较高。
目前国内箱体类零件制造和产品加工相对独立化，往往不经过市场需求分析，对项目往往缺乏可行性和经济效益评估。而国内外曲轴箱体加工行业已朝着高速、高效、高精度、全数控功能复合，柔性，智能化，绿色环保制造网络化方向发展。
数控机床以及由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础。数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。数控加工的本质就是为解决复杂零件的加工而出现的。早在20世纪60年代，国外航空工业在加工一些具有连续平滑而复杂的自由曲面大件时，就已开始采用了。为此，本文利用数控技术，以加工中心为制造依托工具，形成了自主核心曲轴箱加工技术。应用先进制造技术加工复杂衢州能够提高加工企业的竞争力。
2 零件技术条件与加工特点分析
本文所举的曲轴箱零件实例如图1所示，为了方便叙述对各孔进行了编号。首先对曲轴箱的轴孔精度、轴孔位置精度和平面精度技术条件进行分析。1）轴孔精度:箱体轴孔的尺寸精度、粗糙度和形状精度要求都相对比较高，期中曲轴轴承孔（即1号孔）要求最高：尺寸精度为IT6，其余轴承孔为IT6和IT7。2）轴孔位置精度:各轴承孔的位置度对于曲轴轴承孔为0.04mm。3）平面精度：合箱面和侧盖接合面平面度要求为0.05mm，保障发动机工作时的密封性，防止润滑油渗漏。
图1 零件正反两面外观、各孔编号图
该曲轴箱零件加工特点如下：1）各孔之间的相互位置要求比较高，1-4孔之间为±0.03mm，其余各孔要求为±0.05mm，同时各孔光洁度要求为Ra1.6，椭圆度为0.005mm。2）1孔与7孔(凸轮轴孔)实际上分别各为2孔：1孔为φ68孔与φ50孔,
收稿日期：2010-12-25
作者简介：姜永梅（1963 -），女，山东人，工程师，本科，研究方向为机械设计制造与数控技术应用研究。
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7孔为φ25孔与φ12孔。这四个孔的同心度要求为0.03mm，且φ68孔与φ12孔，φ25孔与φ12孔之间距离公差为0.02mm。
因此，加工该复杂的曲轴箱这四个孔（φ68、 φ12、φ25和φ12孔）时必须要求所采用的机床精度高，装夹必须采取一次装夹。而一次装夹，常规的刀具无法满足切削要求，因而必须设计专用刀具（型号CCMT060204LF-K313的美国肯纳公司刀片）。而其他孔的加工其余刀具大量采用复合刀具，对各孔只用一把刀具加工，不进行粗加工，但虽然是一把刀具加工，一把刀具上同时具有粗精刀片，粗精刀具在同一刀体上，对刀具结构设计要求更高。
轴孔中心距离）的工艺方案：利用第四轴加工中心一次装夹加工：先将φ68与φ50加工完后，旋转180°，同时机床进行换刀动作，工作台移动，走位到φ25及φ12处进行加工。
4 切削用量的选择
确定合理的切削深度、进给量和切削速度，在保证曲轴箱加工质量的前提下，降低加工成本和提高劳动效率。目前许多加工工厂在选择切削用量的时候仍然凭借经验确定，已经不能适应现代切削加工的需求，造成很大的生产浪费或导致生产事故。因此，本文应用切削理论、试验设计与数据分析方法，确定切削用量的组合。
1）进给量：机床功率许可的最大进给量：
；机床主轴转矩许可的最大进给量：
；
3 加工中心加工曲轴箱工艺路线设计
设计箱体类零件的加工工艺必须遵循先面后孔的工艺原则。 由于本文应用先进制造技术利用加工中心对复杂结构曲轴箱进行加工，设计的时候还得考虑如下几个方面：1）根据曲轴箱的毛坯，在熟悉现有加工中心机床的种类的基础上，确定曲轴箱是否要进行加工中心工序前的预加工以及后续加工。2）设计曲轴箱工艺路线时要照顾各个方向的尺寸，而且留给加工中心的余量要充分且均匀。3）一次定位装夹中尽量完成预加工面在内的所有步骤，否则要留一定的精加工余量。或者，使该预加工面与加工中心工序的定位基准，有一定的尺寸精度和位置精度要求。4）加工质量要求高的面或者孔，应尽量将粗、精加工分开进行。
曲轴箱的加工是先加工平面，再加工孔系，先加工主要面，再加工次要面，并且应提高作为精基面的合箱面的加工精度。
基于以上的设计原则研究与分析，本文对该曲轴箱设计出如下的加工工艺路线（前提是预加工完成），主要说明加工孔的工艺路线：1）精铣合箱面；2）精铣盖面；3）以7和12毛坯孔定位一次精加工2至6孔，粗加工1孔深度尺寸至45.2mm。4）以4号孔（两个）定位，加工盖面1, 7, 8, 9, 10, 11, 12孔（1孔反镗，其余孔正镗）。步骤3）中粗加工1孔式因为1孔精加工是在背面加工，只能反镗。由于反镗刀具可以加工孔壁，对孔的底平面不能加工，因而本文做如此设计。
o
下面详细介绍对54-0.02mm（曲轴孔到凸轮
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机床进给机构的强度许可最大进给量：
；工件刚度许可的最
大进给量：
杆刚性许可的最大进给量：
；刀。以上五个公式反
映了限制进给量的诸因素，min(f1,f2,f3,f4,f5)为可以选用的进刀量。计算出曲轴箱孔中φ50孔进刀量为0.14mm/r, φ68孔进刀量为0.1 mm/r，其余孔进给量同理可以计算（具体符号代表意思这里不在意义赘述，详见机械设计手册）。2）切削深度：在加工曲轴箱各主孔中铝孔加工余量为0.5-0.8mm, 其余铸铁孔余量为0.3-0.4mm。3）切削速度和切削液：为了满足加工要求，有效地冷却、润滑和排屑。确定切削液的施加方法：浇注法；流量1.2/s；压力5Mpa。由于进给速度受许多复杂因素影响，较难给出定量的最优值。影响进给速度与主轴转速比值的因素主要有零件加工精度、表面
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输入的响应特性曲线来进行二者之间的比较。通过运行在Matlab中建立的模型，可以得到如图7的响应特性曲线。相对于常规PID控制来说，模糊PID控制有着响应时间短、更快的反应速度，并且超调小。这表明对于PH值控制系统，采用模糊PID控制可以取得更好的性能，基本实现对控制系统的快速、准确控制。
参考文献：
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行简单修改，就能很好地控制零件的加工精度，而且能够避免了人为输入程序错误，提高了编程效率的同时保障了编程的质量。下面摘取部分曲轴箱孔类加工的数控程序如图2所示。
6 结束语
本文是基于先进制造技术的对结构复杂的箱体类零件的工艺研究用，在确定加工工艺路线和选择
合适的切削参数的基础上，利用数控技术对复杂工艺零件设计开发，对孔类加工进行了数控程序编制。通过实践证明，利用先进制造技术提高产品加工效率和综合性能的同时能为加工企业取得了更好的经济效益。
为了进一步对曲轴箱等复杂结构的箱体类零件的加工创新，可以基于CIMS环境下，把箱体零件扫描测量、零件设计、数控编程及加工等环节集成一个系统，便于使类似箱体零件能精确快速设计与加工出来。参考文献：
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粗糙度、刀具材料、毛坯材料等等。本文根据这几个参数确定主轴转速和切削速度结合ap，f值以及合理的刀具耐用度计算出切削速度，后面的数控程序里面可以看出各步的主轴转速和切削速度，这里不一一计算。
5 曲轴箱孔加工的数控程序编制
在应用数控机床加工复杂结构的曲轴箱零件时，除了设计科学的加工工艺路线和确定合理的切削参数以外，对数控程序也有要求。编制可靠、高效、通用性强的数控加工程序也是保证加工箱体类零件质量的重要一环。
在确定该曲轴箱加工工艺路线后，由于数控机床要实现复杂的动作，编程时往往会采用循环指令，但是循环指令对细微的加工动作无法做到精确，因此本文选择通过简单指令的有效组合来进行编程。同时，本文在进行数控编程时，对所加工零件进行了简要数学分析，尽量使用简单的数学公式去表达各加工参数。编程对各个参数的设定可以不加修改主要程序，而只需要对参数进
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