摘要：某新型發動機結構新穎，主機匣分左右安裝，其內部關鍵件凸輪軸的安裝孔屬於一種特殊深孔形式，通過優化方案自主設計了一套用於深孔加工的刀具方案，通過試製完成了首件的加工，為系列化研製該類機型積累了加工經驗。
關鍵詞：機匣深徑比深孔刀具間斷形封閉結構
前言
某型發動機是我國水平對置式發動機的首次研製類型，比早期的發動機更容易實現系列化、標準化發展，有極大的市場前景。該發動機的左、右機匣是發動機的主體，由鋁合金鑄造后經機加而成。
機匣結構複雜，外形為非規則的殼體件，擁有特殊的散熱片，難以按迴轉件的方式實現高精度內孔加工，尤其多個安裝孔的長徑比都大於20，屬於深孔加工，用以往的鏜削加工無法達到要求，是機型試製中亟待解決加工問題。
1零件的工藝特點及難點分析
該機型研製周期短，機匣中凸輪軸安裝孔的尺寸位置精度高，若採用外購刀具其採購周期約為三個月，研製周期太長，成本也偏高。試製中必須結合工廠自身的刀具製造能力自行擬定工藝方案和刀具設計，完成關鍵工序的加工。
1.1機匣件的結構特點
發動機凸輪軸安裝孔結構如圖1所示，型面分為4段，深度最大處574毫米，各間段上的孔尺寸精度相同均為φ26.2+0.038+0.01毫米，孔的圓柱度不大於0.025mm，相對於三個基準要素的的位置度要求為φ0.05毫米。零件材料為ZL105，為可熱處理強化的鋁－硅－銅－鎂系鑄造合金，具有良好的鑄造工藝性能和較高的氣密性，屬中等熱強鋁合金，其高溫力學性能和切削加工性能均優於ZL101、ZL104等鑄造合金。
1.2工藝分析
在航空發動機零件製造中深孔鑽削被廣泛使用，為得到穩定的加工質量,工廠已配備有多種深孔機床和刀具實現槍鑽、BAT深孔鑽、噴射鑽等等工藝方法，但凸輪軸的安裝孔直徑大小和零件結構的非封閉不便於廠內專用深孔鑽床上採用帶內或外排屑的鑽、鏜工藝，同時零件結構的間斷性使刀具的切削要形成多次切入和切出，常規深孔刀具的加工過程不穩定，各種精度難以保證。因此決定在鏜床或加工中心上另行制定一套切實可行的加工方案，由夾具對零件進行精確定位，刀具旋轉進給完成加工。
最後選定的設備為DIXI公司的DHP80數控卧式四軸加工中心，水平工作台尺寸800×800mm，線性軸X/Y/Z的工作行程分別為200mm/1100mm/1100mm，X、Y、Z軸的定位精度≤0.005mm，主軸轉速可達12000rpm，主軸錐孔採用ISO50標準，冷卻液流量50L/min，最大刀具長度大於600min，完全可滿足該零件的加工。
左、右機匣最終是通過定位銷和螺紋實現對半聯結，兩邊機匣的凸輪軸安裝孔都是不完整的孔，在完成組合加工孔后，左、右機匣還要拆開進行其他工序加工。在進行孔加工前可以不再依循傳統的孔粗加工方法，試製中以精密螺栓安裝孔和曲軸支靠面為定位基準，分別對左、右機匣凸輪軸安裝孔進行兩道銑削加工，底孔的直線度、位置度比鑽削更好，有利於精加工刀具的最終加工質量。
1.3刀具方案分析
汽車變速箱排擋孔的結構有類似該機匣之處，變速箱為非完全封閉箱體，雖然內孔也存在間斷，各型面孔之間仍然能安排刀具的引導裝置，減少刀具的振動，這樣可以彌補擴孔、鉸孔對前工序位置度校正能力弱的缺點。但左、右機匣在粗加工后再次用定位銷和螺紋組合一起，各段孔型面之間無法安置刀具引導，在這種情況下刀具的多次切入切出、刀具外徑的跳動都會破壞零件孔的精度，如何有效的去除擴孔余量、保證刀具的剛性實現精加工是保證工藝要求的關鍵，專用刀具是保證該工藝方案的主要手段。
2工藝加工方案選擇及刀具設計
2.1整體解決方案
結合以往各種加工方法的優點採取鏜削和鉸削相結合的方法加工左、右機匣，由於左、右機匣之間有定位誤差、加工精度和組合精度的影響，粗加工孔后留下的余量有不均勻情況，必須安排一道鏜削工序來校正被加工孔的位置度，為鉸削留下均勻的余量。凸輪軸安裝孔尺寸精度為IT7，表面粗糙度為Ra0.8微米，鉸削完全可以滿足加工要求。
具體工藝安排如下，首先用進口的通用精密微調鏜刀加工第一段的型面孔，調整加工孔的尺寸到設置值，精確地保證孔徑的精度和較細的表面粗糙度。然後用專用鏜刀鏜餘下的三段型面孔，最後由專用鉸刀完成凸輪軸孔的精加工。精加工時，為提高刀具安裝的準確性，我們要求刀具每次加工前進行跳動檢查；為消除切削過程中的振動，我們將孔壁端面有缺口或交叉的部位補齊，使鏜孔時受力平衡。
2.2鏜刀的結構設計
2.2.1主切削刃
依據ZL105的切削加工經驗，刀片材質選擇YG8硬質合金進行焊接，主切削刃的前角沿刀具的徑向，在切削過程中切削力主要是軸向力，徑向分力較小，這樣可以有效的減小刀具的撓度。前角可以使切削輕鬆，大小值根據工件材料和加工要求取12°。后角根據加工材料和進給量的大小選擇，取12o，如圖二。內孔鏜刀對斷屑的要求較高，必須成「C」狀切屑或扇形切屑，以減少容屑係數，便於排屑，根據試驗數據可以確定斷屑台的尺寸。鏜刀刀頭部分尺寸選取為直徑25.9毫米，製造公差為+0.01毫米。
2.2.2副切削刃
副切削刃對被加工孔有修光作用，所以直接影響加工質量。該零件加工時，副切削刃配合導向塊對零件孔壁有擠光作用，為避免震動引起的刀痕，給副后刀面留有圓柱刃和0.02：1的倒錐。
2.2.3引導部分的結構
由於深孔長徑比大於20，在刀頭部分設置了導向塊，主要作用是引導、支撐、擠壓和防止由於懸臂過長產生震動，但現有資料一致認為，在圖二右邊所示受F2力的導向塊為主導向塊，主要起承受切削力的作用；而受F1力的導向塊為副導向塊，主要是決定孔徑尺寸精度。應特別注意，絕不允許導向塊參加切削，導向塊要比刀尖在鏜刀軸向方向低0.5~1毫米。
2.2.4柄部結構
卧式加工中心的刀柄、轉接座都有自身的標準模塊，若使用通用刀座進行轉接刀具，鏜刀的製造工藝性好，但刀具安裝在機床上刀尖跳動很難控制在0.01~0.02以內。所以採用刀身與刀柄用圓柱定位的螺紋聯結，整體精磨製造，減小轉接引起的誤差。刀柄選擇和機床主軸直接配合的ISO50柄，由於刀具截面變化過大，刀具毛坯採用了鍛造工藝。鏜刀的整體設計和加工狀態見圖三。2.3.鉸刀的結構設計
2.3.1刃口幾何角度
在鉸刀切削部分每個刀齒上具有負刃傾角，迫使切屑從孔前方排出，不致擦傷孔的已加工表面。鉸刀刀齒具有雙重后角的後面與帶負刃傾角的前刀面相交而形成主切削刃。鉸刀磨鈍后，僅需刃磨刀齒的刃傾角前面，而不會影響鉸刀的直徑尺寸和圓柱刃帶的寬度。鉸刀修磨簡便，重磨次數多，使用壽命長。為該零件設計的專用鉸刀選擇了10°的左旋刃傾角。2.3.2外徑公差帶的確定
鉸刀完成最後的精加工，刀頭直徑尺寸取φ26.2+0.028
+0.02毫米，由於刃傾角鉸刀自然形成較小的切削錐角，所以加工時很平穩，另外鉸刀的圓柱刃帶較大，對孔壁有碾平和擠壓作用，使孔壁產生彈性變形，鉸刀走過後，孔壁具有恢復現象，所以開有刃傾角的鉸刀最大極限尺寸較普通鉸刀盡量大些。但該工序的已加工孔要與刀具的后引導配合，零件材料為輕合金，所以將鉸刀最大極限尺寸確定在零件公差的三分之二處。鉸刀公差取零件公差的百分之三十。
2.3.3引導部分與柄部
由於刀具懸臂過長，成為影響孔加工質量的主要因素，設計專用鉸刀時整體引導就非常必要。測得刀頭的實際尺寸之後，減少0.005~0.008毫米，在桿部銑削出四個螺旋狀平面減小與零件孔的接觸面，並形成引導面。
整個刀桿的中心部分是切削液的流道，使切削液能夠到達切削區域，保證在間斷結構的孔加工中前端切削部位有充足的冷卻潤滑，並使得導向部分與工件孔壁間產生潤滑，防止干摩擦。
鉸刀柄部採用與上述鏜刀一致的結構，在滿足刀具要求的同時製造精度也較容易達到，鉸刀整體設計圖五。3結束語
根據原有深孔加工刀具的設計經驗，再結合自身成熟的刀具製造能力，融匯在該刀具的設計方案中，豐富了設計經驗。加工中刀具切削輕快，零件的實測尺寸、孔壁粗糙度達到工藝要求，使該機型的試製工作順利完成，為今後的系列設計提供了實踐支持。
