[发明专利]用于精加工曲轴轴承孔的方法和机械加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述用于精加工内燃发动机气缸曲轴箱内的曲轴轴承孔的方法。本发明还涉及一种如权利要求13的前序部分所述适合用于实现上述方法的机械加工装置。

背景技术

经常被简单称为“曲轴箱”或“发动机缸体”的气缸曲轴箱是例如在客车或卡车、飞机、轮船或固定装置中使用的燃烧式发动机或内燃发动机的一体部件。最常见的设计是多气缸发动机，其活塞通过连杆被连接至旋转的曲轴，曲轴将由发动机产生的功率输送至车轮、推进器、发电机等。

曲轴在直列式发动机或V型发动机中位于气缸下方，而在对置气缸式发动机中则位于气缸之间，并且在曲轴轴承孔的轴承点处被支撑在气缸曲轴箱上。轴承点通常采用滑动轴承的形式，有时也采用抗摩轴承的形式。为了确保曲轴的高度同心性并且因此最小化工作期间不合需要的摩擦和振动的影响，曲轴必需满足很高的尺寸公差要求。轴承点在它们的尺寸以及在气缸曲轴箱内的位置方面也具有紧公差。

内燃发动机和气缸曲轴箱中重要部件相对紧的公差是这些部件复杂功能的结果。气缸孔的形状、尺寸和表面形貌因此决定性地确定了燃烧式发动机的磨损量、摩擦和油耗以及排放值，并且还由于摩擦而决定性地确定了输出和效率。被压缩的燃烧室容积具体确定了发动机的压缩。这对输出有影响，并且还通过燃烧序列而对排放值和发动机噪音有影响。

除了其他的原因以外，曲轴相对于活塞或气缸孔的精确定位对于减少承受高负荷的发动机部件的磨损来说十分重要。这些部件具体地说是活塞/活塞销、连杆和曲轴上的连杆轴承并且还有在气缸曲轴箱内的曲轴安装件。就孔轴线的位置而言，不仅是绝对的空间位置，而且还有其角位置或取向都起到一定的作用。例如，在装有离合器的手动变速箱的情况下，曲轴和变速箱的输入轴彼此一起运行。因此，两轴的同轴性在此对于长期的使用寿命来说是决定性的。

就曲轴的安装件而言，轴承点相对于彼此的同轴性也很重要。轴承点应该尽可能保持共线，目的是使曲轴能够同心地运行并且基本一致地安置在所有的轴承点处。

曲轴轴承孔周围的工件区域通常由两个独立部件构成。这两个部件通常在一方面是气缸曲轴箱上的轴承腹板，而在另一方面是螺接在其上的轴承盖。可选地，曲轴轴承孔例如在对置气缸式发动机的情况下也可以位于两个气缸曲轴箱半部的界面处。独立部件通常在未装配状态下预先进行机械加工，其中在气缸曲轴箱的轴承腹板和轴承盖上分别加工出半圆形的表面部分。在随后的加工步骤中，独立部件被螺接在一起，以使得在轴承点区域内相应地由半圆形的表面部分获得基本为圆柱形的孔部。然后一个接一个地顺序间隔开放置的多个孔部就提供了整体的曲轴轴承孔。

用这种方式制成的孔随后要经过多级精加工处理。为了能够达到气缸曲轴箱的生产公差，目前通常要使用一种或多种钻孔操作和/或摩擦操作以及一种或多种后续珩磨操作的组合。提供多重操作的原因在于例如由于铸造气缸曲轴箱造成的不规则使得必须要去除相对大量的十分之几毫米或更多的材料，但是与此同时尺寸和位置公差还要处于较低的微米级范围内，并且因此需要高精度的机械加工。

借助具有确定几何形状的切削刃的工具(钻孔工具或摩擦工具)进行的机械加工阶段在此情况下有两项主要任务。一项任务是参照相对于工件固定的坐标系例如参照气缸曲轴箱上的对应基准面确定整体曲轴轴承孔的位置。因此，通过用确定几何形状的切削刃进行精加工，即可得到对于该工件来说规定的孔轴线的期望位置。借助具有确定几何形状的切削刃的工具进行精加工的另一项任务是各个轴承点相对于彼此的定位，这在本领域技术人员中也被称为曲轴轴承孔的“同轴性”。在这些操作的情况下相对于孔径去除的材料总量通常处在十分之几毫米的范围内，有时也可能是一毫米或更多。

借助具有确定几何形状的切削刃的工具进行精加工之后是曲轴轴承孔的珩磨，也就是用具有不确定几何形状的切削刃的一件工具或多件工具进行精加工。珩磨具体实现了关于直径公差、圆柱形状和表面粗糙度的最终要求质量，以使得能够保持关于孔内表面可规定的期望尺寸和可规定的期望结构的公差。

期望曲轴轴承孔的位置和同轴性在珩磨期间不应该改变，原因在于它们已经通过先前的操作而被确定。因此，在珩磨工具和珩磨心轴之间提供铰接耦合或顺从性耦合以用于珩磨，目的是为了使珩磨工具能够遵循已经在其位置方面已经被规定的孔而不会主动改变其位置。在珩磨操作中相对于孔径去除的材料量通常处在远低于100μm的范围内。

EP0968069B2介绍了一种能够在批量生产气缸曲轴箱时用于钻出曲轴轴承孔的钻孔机。