導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸加工技術(shù)研究

黃進(jìn)成

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西 玉林 537005）

氣門及氣門導(dǎo)管，作為發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度超差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氣門桿油封偏磨，在降低油封壽命的同時(shí)，由于油封密封不嚴(yán)實(shí)，易導(dǎo)致過(guò)多潤(rùn)滑機(jī)油通過(guò)導(dǎo)管孔滲漏到燃燒室和排氣系統(tǒng)里，會(huì)造成柴油機(jī)機(jī)油耗高、燒機(jī)油、排放污染等不良后果。

本文主要通過(guò)研究分析導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度超差的原因，介紹了目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的導(dǎo)管孔加工方式及檢測(cè)和返工手段，為今后有類似工藝要求的孔類加工研究分析，提供技術(shù)參考。

1 原因分析

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度的控制，實(shí)際就是控制加工導(dǎo)管底孔和導(dǎo)管孔這兩道不同工序的重復(fù)位置精度。從理論上說(shuō)，如果缸蓋在工裝夾具的定位誤差及設(shè)備加工的重復(fù)定位精度足夠好，我們可以很容易獲得想要的加工精度。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度出現(xiàn)超差的原因，往往是綜合性的，常見(jiàn)的歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾大點(diǎn)：

（1）導(dǎo)管半成品的內(nèi)外圓同軸度、直徑、直線度等尺寸控制不夠，給后續(xù)成品加工控制帶來(lái)偏差。

（2）導(dǎo)管底孔達(dá)不到工藝要求。如圓柱度、直線度與底面垂直度差等，給后續(xù)導(dǎo)管壓裝品質(zhì)帶來(lái)影響。

（3）導(dǎo)管的壓裝達(dá)不到工藝要求。如導(dǎo)管冷卻時(shí)間和溫度不夠、壓裝不及時(shí)（特別是人為壓裝），壓力機(jī)壓力值設(shè)置不合理等因素，均會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)管在壓裝時(shí)出現(xiàn)變形、與底面垂直度超差等現(xiàn)象。

（4）加工設(shè)備、工裝夾具精度及刀具品質(zhì)不能滿足加工要求，使得加工出來(lái)的導(dǎo)管孔直線度、圓柱度超差，影響后續(xù)內(nèi)外圓同軸度檢測(cè)結(jié)果。

（5）前后定位基準(zhǔn)缺乏一致性。一般情況下，考慮工藝流程布置的合理性，加工導(dǎo)管底孔和加工導(dǎo)管孔，是分開(kāi)的兩道工序，當(dāng)加工導(dǎo)管底孔與導(dǎo)管孔定位基準(zhǔn)不一致時(shí)，無(wú)法很好消除或降低缸蓋在不同工序的定位誤差，使得加工精度難以保證，這種加工方式比較直接地影響導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度。

綜上所述，以上幾點(diǎn)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度，均有著直接或間接影響，是環(huán)環(huán)相扣的?？偟膩?lái)說(shuō)，我們需要在每道相關(guān)工序，嚴(yán)格按工藝要求執(zhí)行控制，確保品質(zhì)，才能有效提高導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸精度，避免超差。

2 加工方式

由以上分析可知，影響導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度的因素，是多方面的。相對(duì)而言，工藝裝備和定位加工方式的選取，又對(duì)其影響起著至關(guān)重要的作用。

一般而言，在加工設(shè)備選擇上，有專機(jī)也有進(jìn)口加工中心。在玉柴，有國(guó)產(chǎn)專機(jī)線，也有日本Mazak、德國(guó)HELLER等精度較高的加工中心；在加工導(dǎo)管底孔和導(dǎo)管孔的刀具選擇上，目前普遍使用國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口的槍鉸刀來(lái)獲得好的形位公差，如玉柴，使用德國(guó)MAPAL公司帶導(dǎo)條的減震槍鉸刀，效果較為明顯。

在工藝裝備既定的前提下，要進(jìn)一步提高導(dǎo)管孔內(nèi)外圓同軸度，定位方式的選取，則顯得尤關(guān)重要，以下重點(diǎn)介紹導(dǎo)管孔加工的定位方式。

2.1 常規(guī)定位加工方式

在大多數(shù)情況下，導(dǎo)管底孔及導(dǎo)管孔的加工，采用同一個(gè)定位基準(zhǔn)，以盡量消除缸蓋在不同工序的夾具和設(shè)備帶來(lái)的定位和加工誤差。目前國(guó)內(nèi)大部分廠家加工導(dǎo)管底孔及導(dǎo)管孔時(shí)，采用缸蓋底面、頂面或者側(cè)面兩銷孔作為定位基準(zhǔn)，如玉柴的CQ100缸蓋，采用頂面及頂面兩銷孔定位（如圖1所示）。

圖1 CQ100缸蓋加工導(dǎo)管孔狀態(tài)圖

這樣的方式，確實(shí)提高了導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸精度，相對(duì)穩(wěn)定且效率較高，無(wú)論是單缸還是多缸缸蓋，均能通過(guò)一次定位，便加工完所有導(dǎo)管孔。然而由于無(wú)法更好消除不同工序帶來(lái)定位和加工誤差，當(dāng)導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度設(shè)計(jì)要求較高時(shí)（如玉柴部分機(jī)型的設(shè)計(jì)要求Ф 0.15 mm），在實(shí)際生產(chǎn)中，即便在日本Mazak、德國(guó)HELLER這些加工中心上加工，這樣的定位方式偶爾還會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度超差情況，如四氣門六缸機(jī)，同時(shí)精加工出來(lái)的24個(gè)導(dǎo)管孔，個(gè)別孔同軸度超差的現(xiàn)象仍時(shí)有存在。

2.2 先進(jìn)定位加工方式

與常規(guī)定位加工方式不同，這種方式利用夾具上的定位銷套定位導(dǎo)管外圓，每次只定位和加工一個(gè)導(dǎo)管孔，通過(guò)多次定位和加工，完成所有導(dǎo)管孔的加工。

其特點(diǎn)是改進(jìn)了以往一面多銷的定位方式，采用一面一銷的定位方式。定位時(shí)給缸蓋預(yù)留充分的移動(dòng)擺正空間，修正了每個(gè)待加工導(dǎo)管孔與導(dǎo)管外圓的位置，使得兩者軸心位置一致性得到最大提高，從而保證導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸精度。

這種加工方式，只需一開(kāi)始校準(zhǔn)夾具上每個(gè)定位銷套軸心（有多少個(gè)導(dǎo)管孔，即有多少個(gè)定位銷套）在機(jī)床上的的位置坐標(biāo)，加工時(shí)，設(shè)置每個(gè)導(dǎo)管孔的加工位置坐標(biāo)與相應(yīng)定位銷套軸心坐標(biāo)一致，即可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。與常規(guī)加工方式相比，這種方式消除了缸蓋定位銷孔與多個(gè)導(dǎo)管孔之間的間接位置誤差，采用一對(duì)一對(duì)應(yīng)定位加工，是一種先進(jìn)可靠的加工方式。以下以玉柴6M缸蓋精加工導(dǎo)管孔夾具為例，介紹這種定位方式的使用過(guò)程和特點(diǎn)。

如圖2所示，夾具具有以下特點(diǎn)：夾具適用于加工中心，為液壓裝夾，液壓系統(tǒng)信號(hào)與加工中心程序銜接，具備自行定位裝夾并反饋機(jī)床加工功能，根據(jù)6M缸蓋為單缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，夾具設(shè)計(jì)為四工位，可同時(shí)裝夾和加工4個(gè)工件。

圖2 6M缸蓋精加工導(dǎo)管孔夾具裝配圖

如圖3、圖4所示，夾具底座下設(shè)置有兩根插銷軸A和B，每根插銷軸帶4個(gè)U型面，U型面位置與夾具的每個(gè)工位相對(duì)應(yīng)，是夾具定位裝置的重要部份，通過(guò)液壓控制，插銷軸可往前和后兩個(gè)方向移動(dòng)，且每次只有一根插銷軸動(dòng)作，如插銷軸A動(dòng)作時(shí)，插銷軸B保持不動(dòng)，反之亦然（先后順序可根據(jù)需要設(shè)置，不影響加工結(jié)果）。

圖3 6M缸蓋精加工導(dǎo)管孔夾具底部視圖

圖4 6M缸蓋精加工導(dǎo)管孔夾具剖視圖

如圖5所示，作為夾具定位裝置的主要部件，定位銷套10串聯(lián)于導(dǎo)向桿B13頂部，通過(guò)內(nèi)六角圓柱頭螺釘11與導(dǎo)向桿B13固定連接在一起，導(dǎo)向桿B13下部設(shè)置有滾輪，當(dāng)插銷軸移動(dòng)時(shí)可在其U型面上滾動(dòng)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向桿B13及定位銷套10軸向滑動(dòng)，從而完成定位或落銷動(dòng)作，導(dǎo)向桿B13開(kāi)有限位槽，通過(guò)內(nèi)六角圓柱端緊定螺釘5限位，限制定位銷套10的定位深度。

以下以?shī)A具單工位為例，說(shuō)明夾具定位加工動(dòng)作過(guò)程。

如圖5所示，插銷軸A和導(dǎo)向桿A8、導(dǎo)向桿B13均位于原位，處于未工作狀態(tài)，當(dāng)插銷軸A后向移動(dòng)至到位時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，導(dǎo)向桿B13由位于插銷軸U型面平面12過(guò)渡到斜面B14，并向上垂直滑動(dòng)，固定位置，完成定位銷套10插入并定位導(dǎo)管外圓3的動(dòng)作（此時(shí)導(dǎo)向桿A8仍位于插銷軸U型面平面12）；此時(shí)夾緊工件，機(jī)床執(zhí)行此導(dǎo)管孔的加工程序；待完成此孔加工后，夾緊松開(kāi)，插銷軸A往前向移動(dòng)至到位；在這過(guò)程中，導(dǎo)向桿B13由位于插銷軸斜面B重新回到U型面平面12，完成落銷，而導(dǎo)向桿A8則重復(fù)導(dǎo)向桿B13之前動(dòng)作，完成另一個(gè)導(dǎo)管的定位和加工，之后插銷軸A回到原位，與導(dǎo)向桿A8、導(dǎo)向桿B13保持初始狀態(tài)，此時(shí)插銷軸B開(kāi)始重復(fù)動(dòng)作，插銷軸A動(dòng)作，完成另外兩個(gè)導(dǎo)管孔的加工。

以上為單工位加工過(guò)程。實(shí)際加工時(shí)，4個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行，插銷軸A和B先后動(dòng)作，完成所有加工。

圖5 夾具單工位定位裝置說(shuō)明圖

不可否認(rèn)，這種利用導(dǎo)管外圓定位的加工方式，如用在加工中心上，由于其每次只能定位并加工其中一個(gè)導(dǎo)管孔，在保證加工精度，提高導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸精度的同時(shí)（可達(dá)到Ф 0.05 mm以內(nèi)），要加工完所有導(dǎo)管孔，需要進(jìn)行多次（次數(shù)根據(jù)需加工導(dǎo)管孔數(shù)量定，如一件6M缸蓋4個(gè)導(dǎo)管孔的加工，需進(jìn)行4次定位裝夾）定位、夾緊、加工、落銷、松開(kāi)夾緊的重復(fù)動(dòng)作，這也必然加長(zhǎng)了生產(chǎn)節(jié)拍，在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，特別是整體缸蓋，影響比較大，而單缸缸蓋，如上述6M缸蓋，由于體積不大，則可在夾具上設(shè)置多工位，均衡重復(fù)定位裝夾加工帶來(lái)的生產(chǎn)節(jié)拍慢的問(wèn)題。

相對(duì)而言，在專機(jī)自動(dòng)線生產(chǎn)中，這種定位加工方式顯得更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷C(jī)自動(dòng)線完全可根據(jù)需要設(shè)置多工位，平衡生產(chǎn)節(jié)拍慢的問(wèn)題。目前，玉柴的4G、4E、6J等缸蓋專機(jī)批產(chǎn)線，均采取這種方式來(lái)滿足工藝及生產(chǎn)節(jié)拍要求。

如圖6所示，4G缸蓋的導(dǎo)管孔加工工序設(shè)置為四工位，每個(gè)工位依次完成缸蓋4個(gè)缸中處于同一位置的導(dǎo)管孔的加工，即每個(gè)工位加工4個(gè)導(dǎo)管孔，4個(gè)工位加工4個(gè)位置的導(dǎo)管孔，從而完成4G缸蓋共16個(gè)導(dǎo)管孔的加工。

圖6 4G缸蓋加工導(dǎo)管孔工序部分工位

3 檢測(cè)及返工

導(dǎo)管孔精加工完后，需用專用檢具對(duì)導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度進(jìn)行檢測(cè)，如圖7所示。

圖7 導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度檢測(cè)

相對(duì)而言，由于重新壓裝導(dǎo)管及座圈返加工會(huì)造成人力、物力上的不必要浪費(fèi)，故一般情況下采取第二種方法返工較多。目前，隨著定位方式的優(yōu)化，以及加工設(shè)備、夾具、刀具的精度和穩(wěn)定性越來(lái)越好，導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度得到有效控制，返工的頻次也越來(lái)越少。

當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超差時(shí)，我們需要對(duì)其進(jìn)行返工，通常車間使用的兩個(gè)返工辦法，一個(gè)是將氣門導(dǎo)管及氣門座圈敲掉，重新壓裝半成品導(dǎo)管和座圈，再對(duì)導(dǎo)管孔進(jìn)行返加工；另一個(gè)是反刮導(dǎo)管外圓，以糾正其同軸偏差。

具體操作過(guò)程如下：首先根據(jù)檢測(cè)結(jié)果獲得同軸度超差值，再使用公法線千分尺測(cè)量導(dǎo)管外徑，在確保導(dǎo)管外徑不超出下差的前提下，計(jì)算外圓可加工余量，然后在臺(tái)鉆或者搖臂鉆上，根據(jù)計(jì)算結(jié)果通過(guò)杠桿表輔助測(cè)量調(diào)整好反刮車刀需返工的直徑值后，以導(dǎo)管孔為導(dǎo)向，反刮導(dǎo)管外圓，如圖8所示。

圖8 導(dǎo)管外圓反刮加工

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)研究分析導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)外圓同軸度超差的原因，分析比較了目前國(guó)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)加工導(dǎo)管孔的先進(jìn)方式及檢測(cè)和返工手段。事實(shí)證明，利用導(dǎo)管外圓定位加工導(dǎo)管孔，及設(shè)置多工位在批產(chǎn)專機(jī)線上的應(yīng)用，是一種先進(jìn)可靠、不失效率的方式，對(duì)后續(xù)類似的孔類加工，有一定參考借鑒意義。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]陳心昭.機(jī)械加工工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[4]王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[5]邱宣懷，郭可謙，等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[6]楊黎明.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996.

[7]左鍵民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.