采用國(guó)內(nèi)專機(jī)精銑缸蓋火力面的可行性探討

1、采用國(guó)專機(jī)精銑缸蓋火力面的可行性探討就目前的現(xiàn)狀而言，采用國(guó)精銑專機(jī)加工缸蓋火力面并不存在技術(shù)上的難題，關(guān) 鍵在于機(jī)床的制造精度。在此，本文結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)采用國(guó)專機(jī)精銑缸蓋火力 面的可行性進(jìn)行了探討。柴油機(jī)缸蓋火力面的加工面積大，對(duì)平面度、表面粗糙度等要求較高，是保證柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的一個(gè)重點(diǎn)。如果平面度及表面粗糙度得不到保證，則很難實(shí) 現(xiàn)氣缸墊的可靠密封，就有可能導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)總成在火力面處滲水、滲油，甚 至出現(xiàn)油水混合的問題。如果由于結(jié)合面的加工精度造成油水混合，在實(shí)際操作 中是很難查找其真正原因的。目前，國(guó)柴油機(jī)缸蓋火力面的加工方法主要有以下幾種： 采用 磨床 機(jī)床價(jià)格高，設(shè)備維護(hù)

2、費(fèi)用高。由于磨床的加工深度小，還需要增加結(jié)合面的半 精加工，以保證尺寸公差的要求及磨削余量的要求。因此，一般只用于大批量的 生產(chǎn)線中。 采用進(jìn)口 加工中心加工過程中，會(huì)產(chǎn)生影響表面質(zhì)量的拖刀網(wǎng)紋。但其加工效率高，一臺(tái)設(shè)備除精 銑平面外還可以完成鉆、鏜、鉸孔的加工。一般只用在單班年產(chǎn)量小于 5 萬臺(tái)的 生產(chǎn)線上。 采用國(guó)外專用 銑床 其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、精度穩(wěn)定性好，可以很好地保證加工質(zhì)量。但進(jìn)口專機(jī)價(jià)格昂貴，一般用在大批量生產(chǎn)的剛性生產(chǎn)線上。 采用國(guó)精銑專機(jī) 對(duì)于用戶來說，此方法不失為一種經(jīng)濟(jì)有效的選擇。但由于存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，目 前國(guó)很少采用。圖紙的精度要求及工藝參數(shù)的安排圖紙的精度要求如圖

3、1 所示。此次，采用國(guó)專機(jī)加工的產(chǎn)品信息及主要的工藝參數(shù)確定方案如下： 缸蓋火力面面積： 462mm 169mm此缸蓋火力面上需要加工的面積約占整個(gè)平面的80%，機(jī)床的切削阻力大，要求3 / 9機(jī)床具有很好的剛性和較高的主軸功率 表面粗糙度要求： Ra1.6此粗糙度要求較高，采用精銑專機(jī)要相當(dāng)于一般磨床的加工精度要求。由于采用 國(guó)專機(jī)加工存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)，為確保機(jī)床能長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝要求提 高工藝的保證能力，要求設(shè)備加工的表面粗糙度能夠達(dá)到Ra1.0。 平面度要求： 0.03mm平面度的加工受定位基準(zhǔn)的影響。分析此工件的結(jié)構(gòu)，定位需采用頂面的一面兩 銷。因此，頂面的平面度對(duì)加工后火力面

4、的平面度有著一定的影響，故對(duì)平面度 的要求按照?qǐng)D紙的考求確定為 0.03mm。 工件高度要求： 92 0.05mm 確定加工余量： 0.5 0.1mm 由于缸蓋火力面為平面精銑，余量過大，切削過程中易產(chǎn)生輕微振動(dòng)，會(huì)影響加 工的表面精度； 余量過小， 則對(duì)此平面加工上道工序的加工精度要求偏高。 此外， 加工表面的平面度還將受此平面上道工序的加工平面度的影響，故加工余量確定為 0.5 0.1mm。機(jī)床的保證措施1. 為保證加工后的表面沒有拖刀網(wǎng)紋， 機(jī)床主軸與工作臺(tái)的垂直方向應(yīng)成一個(gè)微 小的角度， 100 圍傾斜 0.03mm。如圖 2 所示，當(dāng)?shù)侗P前端切削刃切削工件時(shí)，刀 盤后端的刀片切削刃與

5、工件存在約 0.09mm的間隙，故后端刀片不參與切削， 保證 了加工后的表面不存在拖刀網(wǎng)紋。2. 由于采用主軸傾斜， 加工后的表面形狀會(huì)從端面看存在兩邊高、 中間凹的橢圓 弧形狀，影響加工后表面的平面度。減小橢圓弧的途徑有兩種，其一，盡可能減 小主軸的傾斜角度， 使主軸與加工表面盡可能垂直； 其二， 采用直徑較大的刀盤。 此次，我們采用直徑為 315mm的精銑刀 盤，以確保工件的平面度。3. 主軸傾斜對(duì)平面度的影響分析 圖 3 為從主軸方向上看到的切削示意圖。由圖 3 可知，影響加工平面度的關(guān)鍵指 標(biāo)是 24.59 這個(gè)尺寸。影響該尺寸大小的 3 個(gè)變量分別是：刀盤的直徑、刀盤中 心與工件中心

6、線的偏差、主軸的傾斜角度。在加工過程中應(yīng)盡可能地使刀盤中心與工件中心重合。下面就刀盤中心與工件中 心重合的狀態(tài)下，刀盤直徑與主軸傾斜角度對(duì)工件平面度的影響進(jìn)行分析。圖 4 為從垂直于主軸和切削進(jìn)給方向的加工示意圖，其中24.59 的尺寸與圖 3 中的尺寸為同一尺寸，即刀盤參與切削的部分。由圖 4 可知， C = D 平面度偏差 =24.59sin D =24.59 tgD=24. 59 tgC=24.59 AB 當(dāng)主軸中心和工件中心重合時(shí)， 主軸傾斜加工平面的平面度影響為 0.0074mm，而 實(shí)際安裝的誤差為對(duì)平面度的影響小于 0.01mm。主軸傾斜可滿足加工后平面度的 要求，且還有一定的余

7、量。4. 機(jī)床精度及結(jié)構(gòu)要求圖 5 采用龍門式結(jié)構(gòu)的機(jī)床 機(jī)床采用龍門式結(jié)構(gòu) （如圖 5 所示）：機(jī)床應(yīng)具有很好的剛性， 以保證加工的 穩(wěn)定性。 采用高精度級(jí)銑削頭主軸軸承采用德國(guó)進(jìn)口 FAG高精度級(jí)軸承，以提高主軸的 精度，保證機(jī)床較小的端向跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)量。 高精度銑削工作臺(tái)：確保平穩(wěn)的切削進(jìn)給。 采用通過式結(jié)構(gòu)、固定式銑頭：避免讓刀，確保工件高度尺寸精度的要求。 采用液壓 夾具 ：采用自動(dòng)夾緊方式， 手工上下料， 保證工件的可靠裝夾， 減少 人為因素對(duì)加工精度的影響。刀具的選擇 刀具的選擇也是成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。為了保證加工表面的精度，建議采用德國(guó) 進(jìn)口高精度密齒精銑刀盤（如圖 7 所示

8、）。此刀盤刀片不可調(diào)整，刀片可承受較 大的切削力，且刀盤的制造精度很高。刀盤所采用的刀片均是硬質(zhì)合金修光刃刀 片，共有 40 個(gè)。刀片未曾進(jìn)行涂層處理，具有鋒利的切削刃，可減小切削阻力。圖 7 德國(guó)進(jìn)口的高精度密齒精銑刀盤加工調(diào)試情況設(shè)備安裝調(diào)試完畢后，在連續(xù)加工的一批工件中進(jìn)行隨機(jī)抽取檢查，具體檢驗(yàn)結(jié) 果如下：1. 92 0.05 尺寸精度保證狀況 隨機(jī)抽取 5 個(gè)工件進(jìn)行檢查，每個(gè)工件測(cè)量 3 個(gè)數(shù)值。由檢測(cè)結(jié)果可知，加工工 件的高度尺寸變化圍在 0.03mm 之，高度尺寸得到很好的保證。由此可見，采用 固定式銑頭對(duì)保證加工工件的尺寸精度具有很好的工藝保證能力。2. 加工平面度狀況對(duì)連續(xù)加

9、工的 10 個(gè)工件進(jìn)行分析。測(cè)量結(jié)果為，加工平面度均小于0.022mm，最小值為 0.01mm。工件定位面的平面度狀況和裝夾的可靠性對(duì)加工的平面度均有一 定的影響，使得平面度在一定圍波動(dòng)，但此機(jī)床對(duì)加工平面的平面度也具有很好 的保證能力。3. 加工表面粗糙度檢查切削深度為 0.5mm，線速度 Vc 圍為 110160m/min，進(jìn)給量 F圍為 0.1 0.4mm/Z。 針對(duì)在此圍加工的工件進(jìn)行抽樣檢查。其表面粗糙度Ramax=1.2，不能滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整， 刀片跳動(dòng)進(jìn)行調(diào)整加工的表面粗糙度仍沒有好轉(zhuǎn)。4. 表面粗糙度在切削深度為 0.5mm時(shí)不能滿足設(shè)計(jì)要求的原因分析 加工過

10、程中采用的刀盤為密齒刀盤，而且每個(gè)刀片在切削時(shí)有兩個(gè)刃口同時(shí)參與 切削：一個(gè)是切削刃， 此切削刃為正前角， 切削阻力??； 另一個(gè)刃口為修光刃 （如 圖 7 所示），此刃口為負(fù)前角。由于刀具很大，切削時(shí)工件的反作用力大，導(dǎo)致 切削阻力、切削功率也很大， 易造成刀盤震動(dòng)， 因此對(duì)機(jī)床主軸的剛性要求很高。而刀盤與機(jī)床主軸的連接是通過刀盤側(cè)的四個(gè)連接螺栓孔連接的，以致刀盤連接 的剛性差。實(shí)踐表明，可改為外側(cè) 4 個(gè)螺栓孔連接，或同時(shí)使用側(cè)和外側(cè)共 8 個(gè) 連接螺栓連接，以保證連接的可靠性。此機(jī)床主軸的調(diào)整機(jī)構(gòu)采用的是傳統(tǒng)的螺紋鎖死的連接形式，其特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)調(diào)整 方便。但對(duì)于精加工機(jī)床而言， 其主軸相對(duì)床

11、身的穩(wěn)定性要差。 當(dāng)切削力較大時(shí)， 易產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度。建議此機(jī)床主軸的連接宜采用國(guó)外專機(jī)抱死式連接 結(jié)構(gòu)，這樣有利于提高機(jī)床整體系統(tǒng)的剛性，保證加工的穩(wěn)定性。另外，可以采用伺服電機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)裝置，提高主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性；采用液壓滑臺(tái) 或伺服工作臺(tái)，以提高進(jìn)給的穩(wěn)定性，從而提高對(duì)加工精度的進(jìn)一步保證能力。5. 表面粗糙度的最終解決方案 切削深度調(diào)整到 0.3mm； 采用一半切削刃進(jìn)行切削加工，即 20 個(gè)刀片進(jìn)行切削； 切削速度 Vc=110m/min，進(jìn)給量 F=0.4mm/Z； 刀盤跳動(dòng)調(diào)到 0.008mm 以。 在此條件下，加工的表面粗糙度抽樣檢查結(jié)果顯示滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)語(yǔ)目前，此機(jī)床已進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。在國(guó)專機(jī)的使用過程中，我們還存在對(duì)保 證表面粗糙度缺少經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)外先進(jìn)刀具的使用條件理解不夠充分等問題。但實(shí) 踐表明，采用國(guó)專機(jī)進(jìn)行平面精銑可以很好地保證加工平面的平面度和高度的公 差要求。就目前的現(xiàn)狀而言，采用國(guó)精銑專機(jī)加工缸蓋火力