[發明專利]用于精加工曲軸軸承孔的方法和機械加工裝置

在審

• 申請號: 201210263093.8
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102896576A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: B.納格;M.馬耶;G.旺克米勒;G.瓦塞曼恩
• 申請（專利權）人: 納格爾機械及工具制造廠有限責任公司;格羅布－工程有限責任兩合公司
• 主分類號: B24B33/02
• 分類號: B24B33/02;B24B33/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳超;傅永霄

技術領域

本發明涉及一種如權利要求1的前序部分所述用于精加工內燃發動機氣缸曲軸箱內的曲軸軸承孔的方法。本發明還涉及一種如權利要求13的前序部分所述適合用于實現上述方法的機械加工裝置。

背景技術

經常被簡單稱為“曲軸箱”或“發動機缸體”的氣缸曲軸箱是例如在客車或卡車、飛機、輪船或固定裝置中使用的燃燒式發動機或內燃發動機的一體部件。最常見的設計是多氣缸發動機，其活塞通過連桿被連接至旋轉的曲軸，曲軸將由發動機產生的功率輸送至車輪、推進器、發電機等。

曲軸在直列式發動機或V型發動機中位于氣缸下方，而在對置氣缸式發動機中則位于氣缸之間，并且在曲軸軸承孔的軸承點處被支撐在氣缸曲軸箱上。軸承點通常采用滑動軸承的形式，有時也采用抗摩軸承的形式。為了確保曲軸的高度同心性并且因此最小化工作期間不合需要的摩擦和振動的影響，曲軸必需滿足很高的尺寸公差要求。軸承點在它們的尺寸以及在氣缸曲軸箱內的位置方面也具有緊公差。

內燃發動機和氣缸曲軸箱中重要部件相對緊的公差是這些部件復雜功能的結果。氣缸孔的形狀、尺寸和表面形貌因此決定性地確定了燃燒式發動機的磨損量、摩擦和油耗以及排放值，并且還由于摩擦而決定性地確定了輸出和效率。被壓縮的燃燒室容積具體確定了發動機的壓縮。這對輸出有影響，并且還通過燃燒序列而對排放值和發動機噪音有影響。

除了其他的原因以外，曲軸相對于活塞或氣缸孔的精確定位對于減少承受高負荷的發動機部件的磨損來說十分重要。這些部件具體地說是活塞/活塞銷、連桿和曲軸上的連桿軸承并且還有在氣缸曲軸箱內的曲軸安裝件。就孔軸線的位置而言，不僅是絕對的空間位置，而且還有其角位置或取向都起到一定的作用。例如，在裝有離合器的手動變速箱的情況下，曲軸和變速箱的輸入軸彼此一起運行。因此，兩軸的同軸性在此對于長期的使用壽命來說是決定性的。

就曲軸的安裝件而言，軸承點相對于彼此的同軸性也很重要。軸承點應該盡可能保持共線，目的是使曲軸能夠同心地運行并且基本一致地安置在所有的軸承點處。

曲軸軸承孔周圍的工件區域通常由兩個獨立部件構成。這兩個部件通常在一方面是氣缸曲軸箱上的軸承腹板，而在另一方面是螺接在其上的軸承蓋。可選地，曲軸軸承孔例如在對置氣缸式發動機的情況下也可以位于兩個氣缸曲軸箱半部的界面處。獨立部件通常在未裝配狀態下預先進行機械加工，其中在氣缸曲軸箱的軸承腹板和軸承蓋上分別加工出半圓形的表面部分。在隨后的加工步驟中，獨立部件被螺接在一起，以使得在軸承點區域內相應地由半圓形的表面部分獲得基本為圓柱形的孔部。然后一個接一個地順序間隔開放置的多個孔部就提供了整體的曲軸軸承孔。

用這種方式制成的孔隨后要經過多級精加工處理。為了能夠達到氣缸曲軸箱的生產公差，目前通常要使用一種或多種鉆孔操作和/或摩擦操作以及一種或多種后續珩磨操作的組合。提供多重操作的原因在于例如由于鑄造氣缸曲軸箱造成的不規則使得必須要去除相對大量的十分之幾毫米或更多的材料，但是與此同時尺寸和位置公差還要處于較低的微米級范圍內，并且因此需要高精度的機械加工。

借助具有確定幾何形狀的切削刃的工具(鉆孔工具或摩擦工具)進行的機械加工階段在此情況下有兩項主要任務。一項任務是參照相對于工件固定的坐標系例如參照氣缸曲軸箱上的對應基準面確定整體曲軸軸承孔的位置。因此，通過用確定幾何形狀的切削刃進行精加工，即可得到對于該工件來說規定的孔軸線的期望位置。借助具有確定幾何形狀的切削刃的工具進行精加工的另一項任務是各個軸承點相對于彼此的定位，這在本領域技術人員中也被稱為曲軸軸承孔的“同軸性”。在這些操作的情況下相對于孔徑去除的材料總量通常處在十分之幾毫米的范圍內，有時也可能是一毫米或更多。

借助具有確定幾何形狀的切削刃的工具進行精加工之后是曲軸軸承孔的珩磨，也就是用具有不確定幾何形狀的切削刃的一件工具或多件工具進行精加工。珩磨具體實現了關于直徑公差、圓柱形狀和表面粗糙度的最終要求質量，以使得能夠保持關于孔內表面可規定的期望尺寸和可規定的期望結構的公差。

期望曲軸軸承孔的位置和同軸性在珩磨期間不應該改變，原因在于它們已經通過先前的操作而被確定。因此，在珩磨工具和珩磨心軸之間提供鉸接耦合或順從性耦合以用于珩磨，目的是為了使珩磨工具能夠遵循已經在其位置方面已經被規定的孔而不會主動改變其位置。在珩磨操作中相對于孔徑去除的材料量通常處在遠低于100μm的范圍內。

EP0968069B2介紹了一種能夠在批量生產氣缸曲軸箱時用于鉆出曲軸軸承孔的鉆孔機。