一种曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法

摘要

一种曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，本发明通过将曲轴固定在加工中心的工作台上，然后在加工中心上依次进行钻底孔、粗镗孔、精镗孔、成型铣削孔底过渡圆角和修磨减重孔交叉处圆角等工序，进而完成V型贯通式减重孔的加工，本发明不仅可以高效的加工出V型贯通式减重孔，而且加工的V型贯通式减重孔质量好等，本发明具有操作简便，使用效果明显等优点，适合大范围的推广和应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间通孔的加工方法，具体涉及一种曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法。

背景技术

已知的，曲轴是柴油机中最为重要的运动部件，其结构复杂并承受较大载荷，曲轴在制造时，往往会通过在曲柄销内设置减重孔，用于减轻曲轴重量，减小旋转质量的离心惯性力，从而减轻轴瓦的负载，降低过渡圆角处的应力集中，提高曲轴强度等。

以某型V20高速大功率柴油机曲轴为例，曲轴连杆颈内设计了相互交叉的V型贯通式减重孔结构，减重孔轴线与曲轴轴向夹角为30°，孔径为Φ54，交叉处使用R20、R5圆角过渡。

而现有曲轴减重孔结构的加工方法主要有以下两种：一种是依靠铸造直接成型，但是该型V20曲轴采用整体式锻钢毛坯，不能使用铸造方法实现减重孔的造型；另一种方式为采用镗床钻直孔或者单侧斜孔，无法进行孔底部交叉圆角的加工等。

发明人经过检索发现，中国专利：公开号为CN104314966A；公开日为2015年01月28日；专利名称为一种减重孔曲轴及减重孔的加工方法，该专利中公开了减重孔的机加工方法，但是该方法只适用于结构形式为盲孔的减重孔的加工，对V型贯通式减重孔以及孔交叉处圆角的加工方法并未涉及。

同时由于某型V20高速大功率柴油机曲轴中间两个曲臂相位相同，为防止钻孔时机床主轴与相邻曲臂干涉，要求加工刀具有效长度≥400mm，刀具长径比达到8:1，均属于深孔刀具，现有技术方法无法加工该型曲轴的减重孔。所以急需寻求一种新的加工方法来解决该型曲轴减重孔的加工问题。

发明内容

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，本发明可以高效的加工出V型贯通式减重孔，且加工的V型贯通式减重孔质量好等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述加工方法具体包括如下步骤：

第一步、装夹曲轴：

将待加工的曲轴放在加工中心的工作台上，曲轴两端的短端法兰和长端法兰分别通过加工中心上的三爪卡盘夹持，定位夹紧后，曲轴中间的第六主轴颈使用中心架辅助托持，防止曲轴弯曲造成减重孔位置偏差，然后使用加工中心上无线电测头测量曲轴第一主轴颈的中心位置轴向坐标作为减重孔轴向位置定位基准，测量第一连杆颈的角度位置作为减重孔角向定位基准；

第二步、钻、镗减重孔：

接上步，首先在加工中心上使用大长径比的内冷刀具依次在曲轴上完成钻底孔、粗镗孔、精镗孔、成型铣削孔底过渡圆角的工序，具体如下：

A、钻底孔：

首先将加工中心的主轴绕机床B轴摆动设定角度后与曲轴轴线成设定角度，然后沿着该方向进给，内冷刀具内部通入高压切削液对切削部位进行冲洗冷却、同时排出铁屑，钻孔深度根据设计需求设定，依次钻完全部曲轴连杆颈同一侧的减重孔后，旋转加工中心的主轴再钻另一侧面减重孔，两侧减重孔连通后形成v型减重孔；

B、粗镗孔：

待底孔钻取结束后，在加工中心主轴上安装镗刀，对已经钻好的底孔逐一粗镗，粗镗孔的切削量为单边2～5mm；

C、精镗孔：

待粗镗孔完成后，在加工中心主轴上安装镗刀，对已经粗镗后的孔逐一精镗，精镗孔的切削量为单边2～5mm；

D、成型铣削孔底过渡圆角：

待粗镗孔完成后，在加工中心主轴上安装成型铣刀，对精镗后底孔剩余的底部圆弧逐一进行铣削加工，加工出达到设计要求的圆弧；

第三步、修磨减重孔：

接上步，用砂轮头对V型减重孔底部交叉处圆弧进行打磨后便完成了对V型贯通式减重孔的加工。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第一步中加工中心为车铣复合加工中心。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第一步中中心架为液压自定心中心架。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第二步中内冷刀具的长径比为（6～10）:1。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第二步中内冷刀具为U钻。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第二步中高压切削液的压力为50～100bar。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第二步中钻底孔时，两底孔接近钻通时将内冷刀具的转速以及进给量均降低1/3，防止内冷刀具损坏。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第二步中镗刀的刀杆为防震刀杆，减小切削过程中的让刀与振纹。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第二步中成型铣刀为R20铣刀。

所述的曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述第三步中使用砂轮头进行打磨时，不用手动控制砂轮头轨迹来保证圆角的精确打磨，直接用砂轮头上的圆角接触减重孔底部交接面，沿孔壁移动即可加工出所需圆弧，同时保证了三段圆弧光滑相接。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明通过将曲轴固定在加工中心的工作台上，然后在加工中心上依次进行钻底孔、粗镗孔、精镗孔、成型铣削孔底过渡圆角和修磨减重孔交叉处圆角等工序，进而完成V型贯通式减重孔的加工，本发明不仅可以高效的加工出V型贯通式减重孔，而且加工的V型贯通式减重孔质量好等，本发明具有操作简便，使用效果明显等优点，适合大范围的推广和应用。

附图说明

图1是本发明中曲轴的结构示意图；

在图中：1、短端法兰；2、第一主轴颈；3、第一连杆颈；4、V型贯通式减重孔；5、第六主轴颈；6、长端法兰。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1所述的一种曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工方法，所述加工方法具体包括如下步骤：

第一步、装夹曲轴：

将待加工的曲轴放在加工中心的工作台上，曲轴两端的短端法兰1和长端法兰6分别通过加工中心上的三爪卡盘夹持，定位夹紧后，曲轴中间的第六主轴颈5使用液压自定心中心架辅助托持，防止曲轴弯曲造成减重孔位置偏差，然后使用加工中心上无线电测头测量曲轴第一主轴颈2的中心位置轴向坐标作为减重孔轴向位置定位基准，测量第一连杆颈3的角度位置作为减重孔角向定位基准；本发明在具体实施时，所述加工中心优选为车铣复合加工中心；所述内冷刀具的长径比为（6～10）:1，具体比例按照实际需求选择，其中针对V20曲轴，长径比优选7:1或8:1；其中所述内冷刀具为U钻，因为U钻排削好，效率很高，可以连续钻孔，U钻刀体前端装有可更换的刀片，降低了使用的成本，U钻与普通钻头的区别就是U钻使用刀片-----周边刀片和中心刀片，刀具磨损后无需重磨直接更换刀片即可，使用可转位刀片比整体硬钻要节省材料，并且刀片的一致性更容易控制零件尺寸。U钻的刚性好，可以采用很高的进给率，而且U钻的加工直径要比普通钻头大的多，最大能达到D50～60mm；

第二步、钻、镗减重孔：

接上步，首先在加工中心上使用大长径比的内冷刀具依次在曲轴上完成钻底孔、粗镗孔、精镗孔、成型铣削孔底过渡圆角的工序，具体如下：

A、钻底孔：

首先将加工中心的主轴绕机床B轴摆动设定角度后与曲轴轴线成设定角度，然后沿着该方向进给，内冷刀具内部通入压力为50～100bar的高压切削液对切削部位进行冲洗冷却、同时排出铁屑，钻孔深度根据设计需求设定，依次钻完全部曲轴连杆颈同一侧的减重孔后，旋转加工中心的主轴再钻另一侧面减重孔，两侧减重孔连通后形成v型减重孔；钻底孔时，两底孔接近钻通时将内冷刀具的转速以及进给量均降低1/3，防止内冷刀具损坏；

B、粗镗孔：

待底孔钻取结束后，在加工中心主轴上安装镗刀，对已经钻好的底孔逐一粗镗，粗镗孔的切削量为单边2～5mm；在对底孔粗镗时应精确计算镗孔深度，力求精确控制各级孔镗孔后剩余的台肩高度，保证交叉孔底部过渡圆角铣削余量最小，以减少后续铣刀将各级台肩铣成圆弧的加工量，保证加工稳定性；所述镗刀的刀杆为防震刀杆，减小切削过程中的让刀与振纹；

C、精镗孔：

待粗镗孔完成后，在加工中心主轴上安装镗刀，对已经粗镗后的孔逐一精镗，精镗孔的切削量为单边2～5mm；

D、成型铣削孔底过渡圆角：

待粗镗孔完成后，在加工中心主轴上安装成型铣刀，所述成型铣刀为R20铣刀，对精镗后底孔剩余的底部圆弧逐一进行铣削加工，加工出达到设计要求的圆弧；

第三步、修磨减重孔：

接上步，用砂轮头对V型减重孔底部交叉处圆弧进行打磨即可，使用砂轮头进行打磨时，不用手动控制砂轮头轨迹来保证圆角的精确打磨，直接用砂轮头上的圆角接触减重孔底部交接面，沿孔壁移动即可加工出所需圆弧，同时保证了三段圆弧光滑相接。

以加工V20曲轴减重孔为例，本发明的实施例如下：

在车铣复合加工中心上，使用长径比7:1的内冷刀具加工V20曲轴减重孔，钻孔过程中使用高压切削液冲洗冷却、排出铁屑，加工过程中使用车铣复合加工中心自带的液压自定心中心架对曲轴进行辅助托持，防止曲轴受力变形；钻、镗孔后使用砂轮头对V型孔底部交叉处R5圆弧进行打磨。减重孔加工过程包括钻底孔、粗镗孔、精镗孔、成型铣削孔底过渡圆角、打磨交叉处圆角R5。先用直径Φ41的U钻钻底孔，然后依次使用Φ47、Φ54直径的镗刀进行粗、精镗孔壁，使用R20铣刀成型铣削孔底交叉处R20圆弧，最后使用砂轮头打磨两侧R20交接处的R5圆弧。通过优化钻孔、镗孔的深度减小了R20铣刀的切削量，提高加工质量以及效率。按照本发明方法加工该型V20曲轴减重孔，能够完成V型贯通式减重孔以及孔交叉处圆角的加工，同时提高了加工质量和效率。

具体步骤如下：

第一步、装夹曲轴：

将曲轴装夹到车铣复合加工中心上，两端采用三爪卡盘分别夹持曲轴短端法兰1、长端法兰6进行定位夹紧，中间使用液压自定心中心架托持第六主轴颈5进行辅助托持，防止工件弯曲造成减重孔位置偏差。使用机床无线电测头测量曲轴第一主轴颈2的中心位置轴向坐标作为减重孔轴向位置定位基准，测量第一连杆颈3的角度位置作为减重孔角向定位基准；

第二步、钻、镗减重孔：

机床主轴安装Φ41加长U钻，U钻具有导向功能，不需要预钻引导孔；主轴绕机床B轴摆动60°后与曲轴轴线成30°，然后沿着该方向进给，刀具内部通入压力位80bar的高压切削液对切削部位进行冲洗冷却、同时排出铁屑，钻孔深度105mm。依次钻完全部连杆颈同一侧的减重孔后，再钻另一侧面减重孔，接近钻通时将钻头转速以及进给量均降低1/3，防止刀具损坏，实际加工后验证此方法合理有效。

钻孔结束后在机床主轴依次安装Φ47、Φ54镗刀，对已经钻好的底孔进行粗、精镗，在操作时精确计算镗孔深度，力求精确控制各级孔镗孔后剩余的台肩高度，保证交叉孔底部过渡圆角铣削余量最小，以减少R20铣刀将各级台肩铣成圆弧的加工量，保证加工稳定性；同时为进一步保证减重孔表面的加工质量，镗孔时采用防震刀杆，减小切削过程中的让刀与振纹，镗孔结束后在机床主轴安装R20成型铣刀，将钻孔、镗孔剩余的底部圆弧铣削到图纸设计要求的R20圆弧。

第三步、修磨减重孔：

孔加工结束后在两侧孔底交叉位置形成了锐边，而图纸要求此处为R5圆角过渡，因此设计了砂轮头用于交叉处R5圆弧打磨，使用砂轮头进行加工时，不用手动控制砂轮头轨迹来保证圆角的精确打磨，直接用圆角接触减重孔底部交接面，沿孔壁移动即可加工出R5圆弧，同时保证了三段圆弧光滑相接。

本发明既保证了曲轴复杂减重孔的加工质量完全满足图纸要求，同时将打磨工序的工作量降到最低，提高了加工效率。

本发明不仅适用于曲轴连杆颈V型贯通式减重孔的加工，同时还可以实现复杂减重孔的加工。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。