鎮(zhèn)江中船設(shè)備有限公司 （江蘇 212011） 汪培宏

近20年來在船舶市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，世界航運(yùn)業(yè)以及相應(yīng)的造船工業(yè)持續(xù)旺盛發(fā)展。中國(guó)的船舶工業(yè)已成為最具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)之一。但在船舶動(dòng)力配套方面，國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的柴油機(jī)技術(shù)還比較落后，根本無法滿足出口遠(yuǎn)洋船舶在大型化、智能化、模塊化、高可靠性和經(jīng)濟(jì)性、低污染排放等方面的要求，只能用于國(guó)內(nèi)近海和江河航運(yùn)的船舶，出口遠(yuǎn)洋船配套用柴油機(jī)的先進(jìn)技術(shù)完全被國(guó)外公司所壟斷。由于出口遠(yuǎn)洋船的航行條件特點(diǎn)，對(duì)配套柴油機(jī)的要求，特別是在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、智能化和排放方面的要求愈來愈高。因此，國(guó)外新型柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)也緊緊圍繞上述幾方面展開：通過模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，提高柴油機(jī)零部件的可靠性，降低使用成本；通過對(duì)高增壓技術(shù)、高噴射壓力燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)技術(shù)、燃用劣質(zhì)燃料技術(shù)和全工況性能優(yōu)化技術(shù)的研究，降低運(yùn)行成本，提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性；通過對(duì)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)、電控噴射泵、電子控制系統(tǒng)（ECS）等技術(shù)的研究，使柴油機(jī)向智能化方向發(fā)展；通過對(duì)降低NOX排放及煙度技術(shù)的研究，滿足國(guó)際海事組織日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求。

因此，當(dāng)今加快“綠色造機(jī)”、“數(shù)字化造機(jī)”和“現(xiàn)代化總裝造機(jī)”是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。近幾年來，我公司圍繞上述三個(gè)“造機(jī)”，進(jìn)一步推進(jìn)以節(jié)能減排為主要目標(biāo)的設(shè)備更新和技術(shù)改造。下面就我公司針對(duì)柴油機(jī)機(jī)架加工設(shè)備的選型和凸輪軸加工、裝配精度技術(shù)改進(jìn)談一些體會(huì)。

通過設(shè)備更新，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保柴油機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量

機(jī)械加工設(shè)備的好壞，直接影響到柴油機(jī)零件的加工精度，從而影響到柴油機(jī)的性能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式，高速、高效、高精度及高可靠性的先進(jìn)數(shù)控加工中心機(jī)床得到了廣泛應(yīng)用。企業(yè)在選購(gòu)數(shù)控機(jī)床的類型時(shí)，是否能真正充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的潛力，取得最佳性價(jià)比，是每個(gè)企業(yè)面臨的選擇難題。

1.數(shù)控加工中心機(jī)床的選擇

選擇數(shù)控加工中心機(jī)床，要考慮生產(chǎn)上適用、技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理且符合安全節(jié)能的要求。在確定數(shù)控機(jī)床類型時(shí)，首先要考慮的就是明確加工對(duì)象，然后進(jìn)行歸類，再選擇相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床。針對(duì)柴油機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)形狀分析，屬箱體類復(fù)雜零件，一般加工柴油機(jī)機(jī)架采用數(shù)控落地鏜銑加工中心機(jī)床和數(shù)控龍門五面加工中心機(jī)床。數(shù)控龍門機(jī)床從機(jī)架裝夾形式、加工方法、加工質(zhì)量的穩(wěn)定性比數(shù)控落地鏜銑機(jī)床要好，因此選用數(shù)控龍門加工中心機(jī)床更適合。接下來選購(gòu)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)，首先要考慮生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模大小和技術(shù)力量，有一定知名度品牌的設(shè)備，這是關(guān)系到數(shù)控機(jī)床是否能正常工作的重要問題。廠家不合適會(huì)使設(shè)備存在許多先天缺陷和不合理的地方，通過設(shè)備使用說明書和設(shè)備樣品是根本無法深入了解的，可通過預(yù)選、細(xì)選和終選幾個(gè)過程，廣泛征求各方面專家意見；還要考慮選擇的數(shù)控機(jī)床應(yīng)為成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品生產(chǎn)供貨情況、維修服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)、配件提供的及時(shí)性和產(chǎn)品的信譽(yù)情況等。通過多方面比較后選擇理想的機(jī)型和廠家，簽定合同和技術(shù)協(xié)議，這些都對(duì)今后企業(yè)的正常生產(chǎn)有很大的影響。

（1）美國(guó)、德國(guó)和日本三國(guó)是在數(shù)控機(jī)床科研、設(shè)計(jì)和使用上技術(shù)最先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家，歐美數(shù)控機(jī)床普遍精度高，設(shè)備加工質(zhì)量穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，如企業(yè)有購(gòu)買歐美數(shù)控機(jī)床的實(shí)力，這些國(guó)家的機(jī)床應(yīng)為首選。但也要了解到，一般情況下，歐美企業(yè)提供的維修服務(wù)周期長(zhǎng)，特別是數(shù)控機(jī)床使用一段時(shí)間后，如遇到維修更換配件，提供周期就會(huì)較長(zhǎng)，容易影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。

進(jìn)口臥式加工中心

德國(guó)曲軸車銑中心

德國(guó)車銑中心

（2）臺(tái)灣數(shù)控機(jī)床精度普遍也比較高，設(shè)備加工質(zhì)量穩(wěn)定，但數(shù)控機(jī)床企業(yè)建立快，同時(shí)倒閉也快，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)工廠已經(jīng)倒閉，數(shù)控機(jī)床仍有推銷商在銷售的現(xiàn)象。如果不注意這些問題，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)床在交機(jī)驗(yàn)收時(shí)和保修期內(nèi)，生產(chǎn)廠家倒閉的問題，設(shè)備正常工作后，出現(xiàn)故障無法維修，生產(chǎn)廠家根本無法兌現(xiàn)一年保修期的規(guī)定。同時(shí)，這樣的廠家一定是各種設(shè)備原始資料和維修資料不全的，用戶自己維修將很困難，設(shè)備配件市場(chǎng)上難以采購(gòu)。

（3）國(guó)產(chǎn)品牌數(shù)控機(jī)床發(fā)展稍晚，但在船舶制造廠也有一定的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床相比歐美、日本和中國(guó)臺(tái)灣來講，精度和穩(wěn)定性需進(jìn)一步改進(jìn)，但價(jià)格便宜，有許多擁有一定實(shí)力的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)都有自己的成名產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床選型時(shí)要知道該企業(yè)的名牌設(shè)備，目前有的企業(yè)為提高市場(chǎng)占有率和競(jìng)爭(zhēng)力，從而取得更高利潤(rùn)，就擴(kuò)大和涵蓋各種設(shè)備的生產(chǎn)和開發(fā)。有的數(shù)控機(jī)床剛開發(fā)還不成熟穩(wěn)定，采購(gòu)企業(yè)原先需要某企業(yè)擁有著名品牌的數(shù)控加工設(shè)備，而實(shí)際上采購(gòu)到的是一種剛開發(fā)的不成熟產(chǎn)品，造成用戶在設(shè)備投入到生產(chǎn)中時(shí)產(chǎn)生許多無法克服的缺點(diǎn)。這也就是許多買進(jìn)設(shè)備無法正常使用而閑置的主要原因之一。

上海機(jī)床廠曲軸數(shù)控磨床

武漢重型機(jī)床廠落地鏜銑床

北京第一機(jī)床廠數(shù)顯龍門銑床

2.機(jī)床附件選擇的重要性

選購(gòu)數(shù)控機(jī)床除了正確選擇合適的設(shè)備型號(hào)、精度、功能等外，機(jī)床的附件、夾具的正確選擇對(duì)加工產(chǎn)品的質(zhì)量精度有較大的影響。柴油機(jī)機(jī)架較大而且復(fù)雜，即使你選擇了正確的設(shè)備型號(hào)和精度，而機(jī)床的附件、夾具選擇不正確或精度達(dá)不到技術(shù)要求，則會(huì)直接影響到產(chǎn)品的加工質(zhì)量，導(dǎo)致加工零件產(chǎn)品精度超差，柴油機(jī)的性能降低。機(jī)架是柴油機(jī)的主要零部件之一，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，精度要求較高，特別是主軸承孔、凸輪軸、氣缸套孔的尺寸、形位公差要求高，且柴油機(jī)機(jī)架幾路高精度孔的加工都需要機(jī)床配制特殊的附件，附件的正確選擇和精度的高低直接影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量，因此在配制機(jī)床附件時(shí)，要注意以下內(nèi)容應(yīng)在技術(shù)協(xié)議中反映出來。

（1）必須明確附件銑頭的精度和功能以及主要參數(shù)，如加工產(chǎn)品的材料、所能達(dá)到的加工精度及效率，所需的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、剛性等。如附件的強(qiáng)度剛性不足，鏜孔精度不能保證，容易產(chǎn)生表面振紋或孔圓度超差，最終影響柴油機(jī)的質(zhì)量性能。

（2）附件銑頭的傳動(dòng)比最好為1∶1，有利于精加工刀具的準(zhǔn)確定位，提高精鏜孔的精度。

（3）柴油機(jī)主軸承孔、凸輪軸孔、缸套孔精度要求高，且加工工藝都需要采用機(jī)床附件銑頭，附件銑頭的熱變形精度要求很高，如果不注意這一點(diǎn)，容易導(dǎo)致柴油機(jī)機(jī)架加工尺寸、形位公差超差。目前亞洲數(shù)控機(jī)床附件銑頭精度普遍比歐美精度低，亞洲數(shù)控機(jī)床附件銑頭在設(shè)計(jì)上采用軸承油脂潤(rùn)滑，齒輪是附件頭箱內(nèi)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，根本沒有考慮附件銑頭熱變形的冷卻。因此，加工柴油機(jī)機(jī)架質(zhì)量不穩(wěn)定，精度難以控制。而歐美機(jī)床附件銑頭設(shè)計(jì)是采用通過機(jī)床滑枕的潤(rùn)滑油進(jìn)入附件頭進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，然后流回到機(jī)床潤(rùn)滑油箱，潤(rùn)滑冷卻效果相當(dāng)好，附件頭熱脹冷縮變形小，完全能滿足柴油機(jī)機(jī)架的加工精度要求。因此，在選擇機(jī)床附件時(shí)，要明確附件的熱變形要求。

附件銑頭加工機(jī)架瓦蓋面

通過技術(shù)改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)節(jié)能減排

凸輪軸是柴油機(jī)中非常重要的傳動(dòng)軸，柴油機(jī)的進(jìn)、排氣閥的啟閉，噴油泵和空氣分配器的驅(qū)動(dòng)，都是通過凸輪軸進(jìn)行的。凸輪軸是由柴油機(jī)的曲軸采用齒輪傳動(dòng)來帶動(dòng)的，兩者保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，其制造和裝配精度要求非常高，以保證配氣、噴油定時(shí)的準(zhǔn)確性。凸輪在頂動(dòng)滾輪過程中，在工作表面上產(chǎn)生摩擦和很高的接觸應(yīng)力。當(dāng)接觸應(yīng)力過高時(shí)，工作面會(huì)發(fā)生疲勞，產(chǎn)生麻點(diǎn)或金屬剝落。因此，凸輪要有很好的耐磨、耐疲勞性能。以前，為了使柴油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制進(jìn)、排氣閥和燃油泵的凸輪一般都設(shè)計(jì)在同一根軸上；近年來，為了更好地控制柴油機(jī)的進(jìn)、排氣過程和燃燒過程，滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，我公司引進(jìn)的MAN—B&W系列新型中速柴油機(jī)，均采用了燃油凸輪與進(jìn)排氣凸輪分開的結(jié)構(gòu)。如果凸輪軸加工精度較低、安裝相位不正確或凸輪使用磨損都會(huì)使定時(shí)與給定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值不符，直接影響柴油機(jī)的排放性能。通過近幾年對(duì)凸輪軸從材料、零件加工精度到整機(jī)裝配精度的反復(fù)試驗(yàn)，進(jìn)行跟蹤、檢查，發(fā)現(xiàn)凸輪軸加工、裝配精度對(duì)柴油機(jī)的排放影響較大。因此，我公司通過技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步提高凸輪軸材料、加工、裝配產(chǎn)品質(zhì)量，提高柴油機(jī)的性能，把節(jié)能減排向國(guó)際高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的方向目標(biāo)推進(jìn)。

（1）我公司是引進(jìn)MAN—B&W船用柴油機(jī)生產(chǎn)廠家之一，其柴油機(jī)凸輪軸材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼、低碳合金結(jié)構(gòu)鋼和高碳合金結(jié)構(gòu)鋼3種。3種材料經(jīng)過實(shí)際的試驗(yàn)應(yīng)用，碳素結(jié)構(gòu)鋼雖然毛坯組織、機(jī)加工、熱處理工藝等方便簡(jiǎn)便，且價(jià)格便宜，但力學(xué)性能和耐磨性和耐疲勞性能稍低。低碳合金結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能及加工工藝性沒有高碳合金結(jié)構(gòu)鋼好。因此，為了確保柴油機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，我公司選擇性能好、價(jià)格高的高碳合金結(jié)構(gòu)鋼材料（50CrMo4V）來制作凸輪軸。經(jīng)過幾年來的實(shí)踐證明，凸輪軸質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)柴油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行、跟蹤，沒有發(fā)現(xiàn)凸輪軸拉毛、拉傷、凸輪表面剝落、開裂等質(zhì)量問題。

（2）我公司引進(jìn)的凸輪軸凸輪型線有凹弧，并且凹弧半徑較小，磨削砂輪直徑受到凸輪凹弧半徑的限制，無法用普通的凸輪軸磨床來加工完成。并且凸輪型線和相位精度要求高，加工凸輪型面和相位磨削精度難以控制。因此我們針對(duì)凸輪軸的技術(shù)要求，利用普通外圓磨床進(jìn)行改造，自行設(shè)計(jì)改造一套采用MCS－51系列單片機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)控凸輪軸磨床。所有傳動(dòng)系統(tǒng)采用無間隙傳動(dòng)，砂輪拖板導(dǎo)軌采用滾動(dòng)線性導(dǎo)軌，傳動(dòng)絲桿采用無隙滾珠絲桿，工件頭架軸承采用消隙軸承，進(jìn)一步改進(jìn)工作臺(tái)的受力平衡。經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)證，凸輪軸加工質(zhì)量穩(wěn)定，凸輪型線、相位、形位公差、表面粗糙度均達(dá)到圖樣要求。

（3）改進(jìn)裝配工藝，提高凸輪軸裝配精度，確保柴油機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量。部裝的凸輪軸總成放在平板的V形鐵上，軸的法蘭端面上夾裝角度測(cè)量?jī)x或采用角度分度頭，按發(fā)火順序各缸進(jìn)行相位角等技術(shù)參數(shù)的測(cè)量和調(diào)整。①我們?cè)瓉硎遣捎冒俜直碇饌€(gè)檢測(cè)和調(diào)整的裝配工藝方法，但由于相位角要求高，此方法有一定的誤差。通過分析研究，改用精度更高的千分表進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整，進(jìn)一步提高了裝配精度。②法蘭端面上采用的角度分度頭，原來是普通精度的角度分度頭，分度精度較低，裝配精度較低，且裝配質(zhì)量難以控制，現(xiàn)改用高精度的角度分度頭，更進(jìn)一步提高了檢測(cè)精度，提高了凸輪軸部裝精度。

我公司通過對(duì)鑄造、熱處理、機(jī)械加工、裝配、試車、檢測(cè)等設(shè)備更新、技術(shù)改進(jìn)等工作的開展，推進(jìn)節(jié)能減排的進(jìn)一步深入，柴油機(jī)質(zhì)量性能得到了進(jìn)一步提高， NOx污染排放較低，滿足IMO國(guó)際海事組織日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)的要求。

結(jié)語

在大力倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)主題的今天，面向環(huán)境和生態(tài)的綠色造機(jī)是現(xiàn)代造機(jī)業(yè)的一種發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)的資源并不豐富，環(huán)境污染問題已非常突出，推行綠色造機(jī)技術(shù)是一個(gè)非常迫切的課題。基于可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)的綠色造機(jī)技術(shù)，是一種以環(huán)境和資源優(yōu)化為目標(biāo)的現(xiàn)代化造機(jī)技術(shù)，其應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)船舶制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)我國(guó)造機(jī)業(yè)的國(guó)際化成長(zhǎng)。