导管内外圆同轴加工技术研究

2012-02-20黄进成

装备制造技术 2012年8期

黄进成

（广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林 537005）

气门及气门导管，作为发动机配气机构的主要零部件，当导管内外圆同轴度超差时，会导致气门杆油封偏磨，在降低油封寿命的同时，由于油封密封不严实，易导致过多润滑机油通过导管孔渗漏到燃烧室和排气系统里，会造成柴油机机油耗高、烧机油、排放污染等不良后果。

本文主要通过研究分析导致导管内外圆同轴度超差的原因，介绍了目前国内先进的导管孔加工方式及检测和返工手段，为今后有类似工艺要求的孔类加工研究分析，提供技术参考。

1 原因分析

简单来说，导管内外圆同轴度的控制，实际就是控制加工导管底孔和导管孔这两道不同工序的重复位置精度。从理论上说，如果缸盖在工装夹具的定位误差及设备加工的重复定位精度足够好，我们可以很容易获得想要的加工精度。而在实际生产过程中，导致导管内外圆同轴度出现超差的原因，往往是综合性的，常见的归结起来主要有以下几大点：

（1）导管半成品的内外圆同轴度、直径、直线度等尺寸控制不够，给后续成品加工控制带来偏差。

（2）导管底孔达不到工艺要求。如圆柱度、直线度与底面垂直度差等，给后续导管压装品质带来影响。

（3）导管的压装达不到工艺要求。如导管冷却时间和温度不够、压装不及时（特别是人为压装），压力机压力值设置不合理等因素，均会导致导管在压装时出现变形、与底面垂直度超差等现象。

（4）加工设备、工装夹具精度及刀具品质不能满足加工要求，使得加工出来的导管孔直线度、圆柱度超差，影响后续内外圆同轴度检测结果。

（5）前后定位基准缺乏一致性。一般情况下，考虑工艺流程布置的合理性，加工导管底孔和加工导管孔，是分开的两道工序，当加工导管底孔与导管孔定位基准不一致时，无法很好消除或降低缸盖在不同工序的定位误差，使得加工精度难以保证，这种加工方式比较直接地影响导管内外圆同轴度。

综上所述，以上几点对导管内外圆同轴度，均有着直接或间接影响，是环环相扣的。总的来说，我们需要在每道相关工序，严格按工艺要求执行控制，确保品质，才能有效提高导管内外圆同轴精度，避免超差。

2 加工方式

由以上分析可知，影响导管内外圆同轴度的因素，是多方面的。相对而言，工艺装备和定位加工方式的选取，又对其影响起着至关重要的作用。

一般而言，在加工设备选择上，有专机也有进口加工中心。在玉柴，有国产专机线，也有日本Mazak、德国HELLER等精度较高的加工中心；在加工导管底孔和导管孔的刀具选择上，目前普遍使用国产或进口的枪铰刀来获得好的形位公差，如玉柴，使用德国MAPAL公司带导条的减震枪铰刀，效果较为明显。

在工艺装备既定的前提下，要进一步提高导管孔内外圆同轴度，定位方式的选取，则显得尤关重要，以下重点介绍导管孔加工的定位方式。

2.1 常规定位加工方式

在大多数情况下，导管底孔及导管孔的加工，采用同一个定位基准，以尽量消除缸盖在不同工序的夹具和设备带来的定位和加工误差。目前国内大部分厂家加工导管底孔及导管孔时，采用缸盖底面、顶面或者侧面两销孔作为定位基准，如玉柴的CQ100缸盖，采用顶面及顶面两销孔定位（如图1所示）。

图1 CQ100缸盖加工导管孔状态图

这样的方式，确实提高了导管内外圆同轴精度，相对稳定且效率较高，无论是单缸还是多缸缸盖，均能通过一次定位，便加工完所有导管孔。然而由于无法更好消除不同工序带来定位和加工误差，当导管内外圆同轴度设计要求较高时（如玉柴部分机型的设计要求Ф 0.15 mm），在实际生产中，即便在日本Mazak、德国HELLER这些加工中心上加工，这样的定位方式偶尔还会出现导管内外圆同轴度超差情况，如四气门六缸机，同时精加工出来的24个导管孔，个别孔同轴度超差的现象仍时有存在。

2.2 先进定位加工方式

与常规定位加工方式不同，这种方式利用夹具上的定位销套定位导管外圆，每次只定位和加工一个导管孔，通过多次定位和加工，完成所有导管孔的加工。

其特点是改进了以往一面多销的定位方式，采用一面一销的定位方式。定位时给缸盖预留充分的移动摆正空间，修正了每个待加工导管孔与导管外圆的位置，使得两者轴心位置一致性得到最大提高，从而保证导管内外圆同轴精度。

这种加工方式，只需一开始校准夹具上每个定位销套轴心（有多少个导管孔，即有多少个定位销套）在机床上的的位置坐标，加工时，设置每个导管孔的加工位置坐标与相应定位销套轴心坐标一致，即可进行连续生产。与常规加工方式相比，这种方式消除了缸盖定位销孔与多个导管孔之间的间接位置误差，采用一对一对应定位加工，是一种先进可靠的加工方式。以下以玉柴6M缸盖精加工导管孔夹具为例，介绍这种定位方式的使用过程和特点。

如图2所示，夹具具有以下特点：夹具适用于加工中心，为液压装夹，液压系统信号与加工中心程序衔接，具备自行定位装夹并反馈机床加工功能，根据6M缸盖为单缸的结构特点，夹具设计为四工位，可同时装夹和加工4个工件。

图2 6M缸盖精加工导管孔夹具装配图

如图3、图4所示，夹具底座下设置有两根插销轴A和B，每根插销轴带4个U型面，U型面位置与夹具的每个工位相对应，是夹具定位装置的重要部份，通过液压控制，插销轴可往前和后两个方向移动，且每次只有一根插销轴动作，如插销轴A动作时，插销轴B保持不动，反之亦然（先后顺序可根据需要设置，不影响加工结果）。

图3 6M缸盖精加工导管孔夹具底部视图

图4 6M缸盖精加工导管孔夹具剖视图

如图5所示，作为夹具定位装置的主要部件，定位销套10串联于导向杆B13顶部，通过内六角圆柱头螺钉11与导向杆B13固定连接在一起，导向杆B13下部设置有滚轮，当插销轴移动时可在其U型面上滚动，驱动导向杆B13及定位销套10轴向滑动，从而完成定位或落销动作，导向杆B13开有限位槽，通过内六角圆柱端紧定螺钉5限位，限制定位销套10的定位深度。

以下以夹具单工位为例，说明夹具定位加工动作过程。

如图5所示，插销轴A和导向杆A8、导向杆B13均位于原位，处于未工作状态，当插销轴A后向移动至到位时，在这个过程中，导向杆B13由位于插销轴U型面平面12过渡到斜面B14，并向上垂直滑动，固定位置，完成定位销套10插入并定位导管外圆3的动作（此时导向杆A8仍位于插销轴U型面平面12）；此时夹紧工件，机床执行此导管孔的加工程序；待完成此孔加工后，夹紧松开，插销轴A往前向移动至到位；在这过程中，导向杆B13由位于插销轴斜面B重新回到U型面平面12，完成落销，而导向杆A8则重复导向杆B13之前动作，完成另一个导管的定位和加工，之后插销轴A回到原位，与导向杆A8、导向杆B13保持初始状态，此时插销轴B开始重复动作，插销轴A动作，完成另外两个导管孔的加工。

以上为单工位加工过程。实际加工时，4个工位同时进行，插销轴A和B先后动作，完成所有加工。

图5 夹具单工位定位装置说明图

不可否认，这种利用导管外圆定位的加工方式，如用在加工中心上，由于其每次只能定位并加工其中一个导管孔，在保证加工精度，提高导管内外圆同轴精度的同时（可达到Ф 0.05 mm以内），要加工完所有导管孔，需要进行多次（次数根据需加工导管孔数量定，如一件6M缸盖4个导管孔的加工，需进行4次定位装夹）定位、夹紧、加工、落销、松开夹紧的重复动作，这也必然加长了生产节拍，在一定程度上降低了生产效率，特别是整体缸盖，影响比较大，而单缸缸盖，如上述6M缸盖，由于体积不大，则可在夹具上设置多工位，均衡重复定位装夹加工带来的生产节拍慢的问题。

相对而言，在专机自动线生产中，这种定位加工方式显得更有优势，因为专机自动线完全可根据需要设置多工位，平衡生产节拍慢的问题。目前，玉柴的4G、4E、6J等缸盖专机批产线，均采取这种方式来满足工艺及生产节拍要求。

如图6所示，4G缸盖的导管孔加工工序设置为四工位，每个工位依次完成缸盖4个缸中处于同一位置的导管孔的加工，即每个工位加工4个导管孔，4个工位加工4个位置的导管孔，从而完成4G缸盖共16个导管孔的加工。