鎮(zhèn)江中船設(shè)備有限公司 （江蘇 212011） 汪培宏

近20年來在船舶市場需求的驅(qū)動下，世界航運業(yè)以及相應(yīng)的造船工業(yè)持續(xù)旺盛發(fā)展。中國的船舶工業(yè)已成為最具國際競爭力的產(chǎn)業(yè)之一。但在船舶動力配套方面，國內(nèi)自主開發(fā)的柴油機技術(shù)還比較落后，根本無法滿足出口遠洋船舶在大型化、智能化、模塊化、高可靠性和經(jīng)濟性、低污染排放等方面的要求，只能用于國內(nèi)近海和江河航運的船舶，出口遠洋船配套用柴油機的先進技術(shù)完全被國外公司所壟斷。由于出口遠洋船的航行條件特點，對配套柴油機的要求，特別是在可靠性、經(jīng)濟性、智能化和排放方面的要求愈來愈高。因此，國外新型柴油機技術(shù)的發(fā)展趨勢和產(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)計技術(shù)的研究，提高柴油機零部件的可靠性，降低使用成本；通過對高增壓技術(shù)、高噴射壓力燃油系統(tǒng)的設(shè)計和試驗技術(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，降低運行成本，提高柴油機的經(jīng)濟性；通過對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，使柴油機向智能化方向發(fā)展；通過對降低NOX排放及煙度技術(shù)的研究，滿足國際海事組織日趨嚴格的排放法規(guī)的要求。

因此，當(dāng)今加快“綠色造機”、“數(shù)字化造機”和“現(xiàn)代化總裝造機”是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。近幾年來，我公司圍繞上述三個“造機”，進一步推進以節(jié)能減排為主要目標的設(shè)備更新和技術(shù)改造。下面就我公司針對柴油機機架加工設(shè)備的選型和凸輪軸加工、裝配精度技術(shù)改進談一些體會。

通過設(shè)備更新，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保柴油機產(chǎn)品質(zhì)量

機械加工設(shè)備的好壞，直接影響到柴油機零件的加工精度，從而影響到柴油機的性能。隨著計算機技術(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)達國家都對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(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數(shù)控加工中心機床得到了廣泛應(yīng)用。企業(yè)在選購數(shù)控機床的類型時，是否能真正充分發(fā)揮數(shù)控機床的潛力，取得最佳性價比，是每個企業(yè)面臨的選擇難題。

1.數(shù)控加工中心機床的選擇

選擇數(shù)控加工中心機床，要考慮生產(chǎn)上適用、技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理且符合安全節(jié)能的要求。在確定數(shù)控機床類型時，首先要考慮的就是明確加工對象，然后進行歸類，再選擇相應(yīng)的數(shù)控機床。針對柴油機機架的結(jié)構(gòu)形狀分析，屬箱體類復(fù)雜零件，一般加工柴油機機架采用數(shù)控落地鏜銑加工中心機床和數(shù)控龍門五面加工中心機床。數(shù)控龍門機床從機架裝夾形式、加工方法、加工質(zhì)量的穩(wěn)定性比數(shù)控落地鏜銑機床要好，因此選用數(shù)控龍門加工中心機床更適合。接下來選購數(shù)控機床生產(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)控機床是否能正常工作的重要問題。廠家不合適會使設(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、細選和終選幾個過程，廣泛征求各方面專家意見；還要考慮選擇的數(shù)控機床應(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、配件提供的及時性和產(chǎn)品的信譽情況等。通過多方面比較后選擇理想的機型和廠家，簽定合同和技術(shù)協(xié)議，這些都對今后企業(yè)的正常生產(chǎn)有很大的影響。

（1）美國、德國和日本三國是在數(shù)控機床科研、設(shè)計和使用上技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家，歐美數(shù)控機床普遍精度高，設(shè)備加工質(zhì)量穩(wěn)定，使用壽命長，如企業(yè)有購買歐美數(shù)控機床的實力，這些國家的機床應(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，特別是數(shù)控機床使用一段時間后，如遇到維修更換配件，提供周期就會較長，容易影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。

進口臥式加工中心

德國曲軸車銑中心

德國車銑中心

（2）臺灣數(shù)控機床精度普遍也比較高，設(shè)備加工質(zhì)量穩(wěn)定，但數(shù)控機床企業(yè)建立快，同時倒閉也快，有時甚至?xí)霈F(xiàn)工廠已經(jīng)倒閉，數(shù)控機床仍有推銷商在銷售的現(xiàn)象。如果不注意這些問題，就會出現(xiàn)機床在交機驗收時和保修期內(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，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)備配件市場上難以采購。

（3）國產(chǎn)品牌數(shù)控機床發(fā)展稍晚，但在船舶制造廠也有一定的應(yīng)用。國內(nèi)數(shù)控機床相比歐美、日本和中國臺灣來講，精度和穩(wěn)定性需進一步改進，但價格便宜，有許多擁有一定實力的數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)都有自己的成名產(chǎn)品。數(shù)控機床選型時要知道該企業(yè)的名牌設(shè)備，目前有的企業(yè)為提高市場占有率和競爭力，從而取得更高利潤，就擴大和涵蓋各種設(shè)備的生產(chǎn)和開發(fā)。有的數(shù)控機床剛開發(fā)還不成熟穩(wěn)定，采購企業(yè)原先需要某企業(yè)擁有著名品牌的數(shù)控加工設(shè)備，而實際上采購到的是一種剛開發(fā)的不成熟產(chǎn)品，造成用戶在設(shè)備投入到生產(chǎn)中時產(chǎn)生許多無法克服的缺點。這也就是許多買進設(shè)備無法正常使用而閑置的主要原因之一。

上海機床廠曲軸數(shù)控磨床

武漢重型機床廠落地鏜銑床

北京第一機床廠數(shù)顯龍門銑床

2.機床附件選擇的重要性

選購數(shù)控機床除了正確選擇合適的設(shè)備型號、精度、功能等外，機床的附件、夾具的正確選擇對加工產(chǎn)品的質(zhì)量精度有較大的影響。柴油機機架較大而且復(fù)雜，即使你選擇了正確的設(shè)備型號和精度，而機床的附件、夾具選擇不正確或精度達不到技術(shù)要求，則會直接影響到產(chǎn)品的加工質(zhì)量，導(dǎo)致加工零件產(chǎn)品精度超差，柴油機的性能降低。機架是柴油機的主要零部件之一，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，且柴油機機架幾路高精度孔的加工都需要機床配制特殊的附件，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，因此在配制機床附件時，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，最終影響柴油機的質(zhì)量性能。

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

（3）柴油機主軸承孔、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，容易導(dǎo)致柴油機機架加工尺寸、形位公差超差。目前亞洲數(shù)控機床附件銑頭精度普遍比歐美精度低，亞洲數(shù)控機床附件銑頭在設(shè)計上采用軸承油脂潤滑，齒輪是附件頭箱內(nèi)潤滑油潤滑，根本沒有考慮附件銑頭熱變形的冷卻。因此，加工柴油機機架質(zhì)量不穩(wěn)定，精度難以控制。而歐美機床附件銑頭設(shè)計是采用通過機床滑枕的潤滑油進入附件頭進行冷卻、潤滑，然后流回到機床潤滑油箱，潤滑冷卻效果相當(dāng)好，附件頭熱脹冷縮變形小，完全能滿足柴油機機架的加工精度要求。因此，在選擇機床附件時，要明確附件的熱變形要求。

附件銑頭加工機架瓦蓋面

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

凸輪軸是柴油機中非常重要的傳動軸，柴油機的進、排氣閥的啟閉，噴油泵和空氣分配器的驅(qū)動，都是通過凸輪軸進行的。凸輪軸是由柴油機的曲軸采用齒輪傳動來帶動的，兩者保持準確的相對位置，其制造和裝配精度要求非常高，以保證配氣、噴油定時的準確性。凸輪在頂動滾輪過程中，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，工作面會發(fā)生疲勞，產(chǎn)生麻點或金屬剝落。因此，凸輪要有很好的耐磨、耐疲勞性能。以前，為了使柴油機結(jié)構(gòu)簡單，控制進、排氣閥和燃油泵的凸輪一般都設(shè)計在同一根軸上；近年來，為了更好地控制柴油機的進、排氣過程和燃燒過程，滿足日益嚴格的排放法規(guī)，我公司引進的MAN—B&W系列新型中速柴油機，均采用了燃油凸輪與進排氣凸輪分開的結(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使定時與給定技術(shù)標準數(shù)值不符，直接影響柴油機的排放性能。通過近幾年對凸輪軸從材料、零件加工精度到整機裝配精度的反復(fù)試驗，進行跟蹤、檢查，發(fā)現(xiàn)凸輪軸加工、裝配精度對柴油機的排放影響較大。因此，我公司通過技術(shù)改進，進一步提高凸輪軸材料、加工、裝配產(chǎn)品質(zhì)量，提高柴油機的性能，把節(jié)能減排向國際高標準、嚴要求的方向目標推進。

（1）我公司是引進MAN—B&W船用柴油機生產(chǎn)廠家之一，其柴油機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)過實際的試驗應(yīng)用，碳素結(jié)構(gòu)鋼雖然毛坯組織、機加工、熱處理工藝等方便簡便，且價格便宜，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，為了確保柴油機產(chǎn)品質(zhì)量，我公司選擇性能好、價格高的高碳合金結(jié)構(gòu)鋼材料（50CrMo4V）來制作凸輪軸。經(jīng)過幾年來的實踐證明，凸輪軸質(zhì)量穩(wěn)定，對柴油機的實際運行、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。因此我們針對凸輪軸的技術(shù)要求，利用普通外圓磨床進行改造，自行設(shè)計改造一套采用MCS－51系列單片機控制系統(tǒng)的數(shù)控凸輪軸磨床。所有傳動系統(tǒng)采用無間隙傳動，砂輪拖板導(dǎo)軌采用滾動線性導(dǎo)軌，傳動絲桿采用無隙滾珠絲桿，工件頭架軸承采用消隙軸承，進一步改進工作臺的受力平衡。經(jīng)實際加工驗證，凸輪軸加工質(zhì)量穩(wěn)定，凸輪型線、相位、形位公差、表面粗糙度均達到圖樣要求。

（3）改進裝配工藝，提高凸輪軸裝配精度，確保柴油機產(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量儀或采用角度分度頭，按發(fā)火順序各缸進行相位角等技術(shù)參數(shù)的測量和調(diào)整。①我們原來是采用百分表逐個檢測和調(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行檢測和調(diào)整，進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，更進一步提高了檢測精度，提高了凸輪軸部裝精度。

我公司通過對鑄造、熱處理、機械加工、裝配、試車、檢測等設(shè)備更新、技術(shù)改進等工作的開展，推進節(jié)能減排的進一步深入，柴油機質(zhì)量性能得到了進一步提高， NOx污染排放較低，滿足IMO國際海事組織日趨嚴格的排放法規(guī)的要求。

結(jié)語

在大力倡導(dǎo)環(huán)境保護主題的今天，面向環(huán)境和生態(tài)的綠色造機是現(xiàn)代造機業(yè)的一種發(fā)展趨勢。我國的資源并不豐富，環(huán)境污染問題已非常突出，推行綠色造機技術(shù)是一個非常迫切的課題?；诳沙掷m(xù)發(fā)展觀點的綠色造機技術(shù)，是一種以環(huán)境和資源優(yōu)化為目標的現(xiàn)代化造機技術(shù)，其應(yīng)用會進一步促進我國船舶制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推進我國造機業(yè)的國際化成長。