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曲軸孔作為發動機缸體的重要孔系和設計及定位基準， 其加工質量直接影響發動機的裝配精度及整體運轉性能。曲軸孔的形狀精度、位置精度要求高，在專用機床上用鏜刀加工曲軸孔或在加工中心上掉頭鏜曲軸孔，存在各種局限性，近來采用帶推拉桿的加工中心展開式鏜刀加工逐漸被關注和應用。

帶推拉桿的展開式曲軸加工方法

帶推拉桿的展開式曲軸孔鏜刀，具有收刀、脹刀加工、自動換刀及直徑自動補償等功能。以某發動機缸體曲軸孔的加工為例， 對采用帶推拉桿的加工中心展開式曲軸孔鏜刀應用進行分析，通過刀具推拉桿的軸向移動，實現半精鏜刀片和精鏜刀片的徑向收刀、脹刀，以及直徑方向刀具補償等功能。

圖1 刀具推拉桿軸向位置

1．刀具推拉桿位置

如圖1、圖2所示，以某具有脹刀功能的曲軸孔鏜刀為例，對刀具推拉桿位置進行說明。

－換刀位置。推拉桿基準距離 HSK 刀柄端面32±0．005 mm。

－正常加工位置。推拉桿基準距離 HSK 刀柄端面 56 mm。

－補償極限位置。

圖2 刀具推拉桿位移量與脹刀量

推拉桿基準距離HSK刀柄端面59mm。刀具推拉桿的軸向位移量是通過控制主軸推拉桿的軸向位移量來實現的。

2．曲軸孔半精鏜、精鏜前后刀片距離孔壁間隙

在展開式曲軸孔鏜刀處于收刀狀態下，半精鏜刀片至孔壁間隙，鏜前尺寸為0．795mm，鏜后尺寸為0．63mm。精鏜刀片至孔壁間隙，鏜前尺寸為1．41mm，鏜后尺寸為1．25mm。可見， 鏜前進刀過程中半精鏜刀片和精鏜刀片不會有磕碰孔壁的情況發生， 為采用加工中心進行曲軸孔鏜削加工并在鏜刀導向端支撐創造了條件。

圖3 脹開式鏜刀結構

3．展開式曲軸孔鏜刀脹刀原理

加工中心主軸推拉桿與刀具推拉桿連接， 通過控制主軸推拉桿往返位移來實現刀具推拉桿的錐度楔塊驅動頂銷作徑向移動，頂銷頂起刀夾。同時，通過刀夾旋轉軸壓縮復位彈簧， 實現刀片的徑向脹刀和直徑補償。

圖4 脹開式刀具工作原理

主軸推拉桿向前移動 ，帶動刀具推拉桿向前移動，彈簧使刀夾復位。刀片徑向收刀到位，在收刀狀態下實現無切削進刀和退刀。主軸推拉桿將刀具推拉桿推至換刀位置，加工中心實現自動換刀。

圖5 展開式曲軸孔鏜刀末端結構

4．換刀結構

展開式曲軸孔鏜刀通過刀具推拉桿與主軸推拉桿連接，主軸推拉桿帶動刀具推拉桿在換刀位置旋轉90°進行換刀。主軸推拉桿末端和刀具推拉桿前端通過鍵與鍵槽連接并固定，以保證連接的穩定性。同時，這一刀具采用內冷方式冷卻，可以保證刀具冷卻的充分性。

圖6 刀具推拉桿末端結構

5．主軸換刀原理

由于展開式曲軸孔鏜刀具有脹刀功能，因此對加工中心主軸結構也有特殊要求，方可滿足展開式曲軸孔鏜刀的換刀需求。

主軸推拉桿與刀具推拉桿結構如圖7所示。在加工狀態下，主軸推拉桿鍵槽和主軸嚙合鍵嚙合，主軸推拉桿帶動刀具與主軸同步旋轉。收刀狀態下，主軸推拉桿向前移動至加工收刀位置， 主軸推拉桿與殼體固定零件嚙合，主軸推拉桿相對于殼體固定零件保持靜止。

圖7 主軸推拉桿與刀具推拉桿結構

主軸換刀時， 刀具推拉桿和主軸推拉桿均處于換刀位置，主軸推拉桿插入殼體固定零件的鍵槽，然后主軸推拉桿旋轉 90°， 刀具推拉桿和主軸推拉桿完全嚙合或脫開，完成換刀動作。由于在換刀狀態下， 主軸推拉桿插入到殼體零件固定的鍵槽中，因此換刀時推拉桿的角度是固定的。

以盤式刀庫為例，運動學換刀方式需要主軸在某個傾斜角度換刀，帶有推拉桿的主軸無法滿足該刀庫的換刀角度要求， 所以需要采用換刀臂式換刀方式換刀臂末端可以旋轉，從而滿足對換刀角度的要求。 

曲軸加工工藝分析

展開式曲軸孔鏜刀加工工藝具有較高的加工生產率，加工精度能滿足要求，因此采用曲軸孔兩刀兩工序加工。為滿足和提升生產效率，在鏜桿上安裝了四組刀片，同時完成半精鏜、精鏜加工。

加工工藝為：主軸推拉桿和刀具推拉桿處于收刀位置→曲軸孔鏜刀軸向進給至加工位置→主軸推拉桿軸向拉動刀具推拉桿至加工位置，半精鏜、精鏜刀片脹刀到位→曲軸孔鏜刀半精鏜、精鏜加工→半精鏜、精鏜加工完成→主軸推拉桿軸向推動刀具推拉桿至加工收刀位置→在刀片處于收刀狀態下退刀。

曲軸孔鏜刀鏜模結構

曲軸孔鏜刀鏜模的結構主要分為四種：單支撐前引導鏜模、單支撐后引導鏜模、雙支撐后引導鏜模、前后支撐引導鏜模。由于加工中心主軸的剛性和定位精度等都較好，因此一般采用單支撐后引導鏜模。

圖8 曲軸孔鏜刀鏜模結構

為使鏜桿能準確、順利地進入鏜套，鏜刀鏜桿導向條上設置有導向鍵，鏜套上開鍵槽，同時通過液壓定位插銷保證鏜套上導向槽的位置固定，從而確保鏜套鍵槽和刀具導向桿上導向鍵之間的相對位置。

工作時，主軸選擇鏜刀并旋轉至固定位置，然后軸向進刀，通過刀具導向桿上導向鍵與鏜套上導向槽配合連接，對刀具精確定位。

由于展開式曲軸孔鏜刀具有直徑補償功能，減小了因刀片磨損而引起的曲軸孔直徑變化，過程能力指數相比傳統曲軸孔加工方式更高，加工穩定性更好。通過與傳統曲軸孔加工方案的比較，并對展開式曲軸孔鏜刀在加工中心進行應用研究，刀具自動補償功能提高了加工效率和加工穩定性，對發動機缸體機加工具有一定的指導意義。