數(shù)控加工技術在活塞頭制造中的應用

張坤轉(zhuǎn)

（廣州迪施有限公司，廣東廣州 510730）

0 引言

活塞頭是大型船用柴油機關鍵零部件之一，具有精度要求高，形狀復雜，可靠性要求高的特點，采用普通的加工技術生產(chǎn)活塞頭，通常難以滿足精度和形狀的要求，而數(shù)控加工技術能較好地達到活塞頭加工的要求。

1 采用數(shù)控加工技術制造活塞頭的必要性

（1）活塞頭的結構復雜，它的頂部燃燒室和內(nèi)、外冷卻腔曲面是有多個回轉(zhuǎn)曲面組成?；钊^頂部燃燒室的表面粗糙度要求在Ra值1.6μm以下，同時內(nèi)、外冷卻腔曲面的表面粗糙度也有較高要求，常規(guī)加工方式是在普通車床上利用靠模進行仿形加工，靠模是由工人根據(jù)圖紙銼磨而成，加工后的粗糙度很難達到要求。

原因是：

1）普通車床的加工精度不高，一般為Ra值≥3.2μm；

2）加工靠模的技術落后，造成靠模本身存在著尺寸誤差；

3）每個工人在操作經(jīng)驗方面都存在著差異。

一般活塞頭加工后需要人工打磨處理，加工效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，外觀不美觀。采用數(shù)控加工技術后，解決了傳統(tǒng)的用靠模仿形加工質(zhì)量差、效率低、工作量大的難題，為公司節(jié)約了成本。

（2）活塞頭上半部的外圓是由具有斜度的錐面組成。采用普通車床加工時，需要操作人員多次精確地調(diào)整刀及刀架的角度，加工起來非常繁瑣，且不易保證加工后的錐面角度的統(tǒng)一性。采用數(shù)控加工技術，利用數(shù)控機床的加工特性，只要操作人員按照編寫的數(shù)控程序輸入到操作面板中，數(shù)控機床便能夠根據(jù)指令的內(nèi)容來進行加工，而且加工精度和加工效率都非常高，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

（3）活塞頭的主螺孔和裙部螺孔，數(shù)量多，加工精度要求高。采用普通鉆床時，通常是先將鉆孔模板做好，操作工人鉆孔時將鉆孔模板固定在活塞頭底面，找出定位孔，然后根據(jù)模板，定出所有孔位，孔鉆好后再攻牙。這樣的不足之處是：

1）鉆孔模板制作繁瑣，造成材料和人工的浪費；

2）鉆孔模板本身容易產(chǎn)生累計誤差，工人操作時，定位孔找的不正或稍微失誤就鉆深了，都會造成不合格品；

3）活塞頭機型變化頻繁，每一機型都要對應一款鉆孔模板，為公司造成巨大浪費。

采用數(shù)控加工技術后，完全解決了以上問題，并且活塞頭的主螺孔和裙部螺孔大多是沿圓周均勻分布的，利用宏程序來加工，將大大提高工作效率和加工質(zhì)量。

總之，在以上這些方面中，采用數(shù)控技術后，數(shù)控機床具有的曲面連續(xù)加工、重復定位、加工精度高和加工質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點將得到充分發(fā)揮，同時采用數(shù)控加工技術后，職工數(shù)量雖然減少了，但是生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量均獲得了顯著提升，生產(chǎn)成本也得到了有效控制。

2 數(shù)控加工技術在活塞頭制造中的實例應用

隨著船舶行業(yè)的不斷發(fā)展，公司的業(yè)務也日漸擴大，至今，公司先后購買了數(shù)控車床3臺（型號CKJ61100、CAK6763、CA5116）、數(shù)控鉆床1臺（型號ZK5150A），考慮到加工的經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率，主要對活塞頭的頂部燃燒室、內(nèi)、外冷卻腔室、主螺孔和裙部螺孔的鉆孔加工工藝采用了數(shù)控加工技術。

由于篇幅有限，本文主要講述具有代表性的S60ME-C活塞頭的頂部燃燒室和主螺孔（內(nèi)孔）的數(shù)控精加工過程。

2.1 使用數(shù)控臥車精車活塞頭的頂部燃燒室

2.1.1 零件概況

船用柴油機零部件活塞頭S60ME-C，材料為S17MoS，熱處理硬度為HB219～220，活塞頭頂部燃燒室，精車工序圖如圖1所示。

2.1.2 數(shù)控車床的選用

選用安陽機床廠生產(chǎn)的數(shù)控臥車，型號為CKJ61100，機床主要參數(shù)見表1。

圖1 活塞頭頂部燃燒室精車工序圖

表1 機床主要參數(shù)

2.1.3 分析頂部燃燒室結構，編制數(shù)控加工程序[1]

為了便于對刀，R9圓弧先不加工，保留一個平臺。由于是精車，加工余量少（約為0.5 mm），每次進給量是0.25 mm，使用一把圓弧尖刀（R0.5）循環(huán)加工兩次就完成了。選用絕對坐標系編程，取活塞頭頂部中心點為工件原點，即X=0，Y=0，Z=0。數(shù)控加工程序如下：

N10 G92 X600 Z100

N15 G90G95

N20 G97 S200 T0101

N25 M03 M08

N35 G00 X598 Z2

N40 G00 Z-17

N45 G01 X576.08 F60

N50 G03 X399.34 Z-30 R80

N55 G01 X347.44

N60 G03 X314.18 Z-28.25 R80

N65 G01 X95.64 Z-5.03

N70 G02 X0 Z0 R230

N80 M09 M30

2.1.4 數(shù)控加工過程

操作工人將編制好的數(shù)控程序輸入車床的控制面板，利用空運轉(zhuǎn)或模擬檢驗程序的正確性。然后將工件夾緊，校正，對刀，就可以實施加工了。由于活塞頭頂部燃燒室形狀精度要求高，要求工人在加工過程中要靈活運用刀尖半徑補償（G41 G42）指令。

2.1.5 產(chǎn)品數(shù)控加工后的檢驗效果

采用數(shù)控機床加工完成的活塞頭，精度可以達到Ra1.6，用標準樣板檢驗，尺寸完全控制在±0.02 mm范圍，并且全部一致，曲線形狀非

常吻合，表面粗糙度完全符合圖紙要求Ra1.6。利用數(shù)控機床的加工特性，只要加工人員按照預定的指令來輸入各種參數(shù)，數(shù)控機床便能夠根據(jù)指令的內(nèi)容來進行加工，而且加工精度和加工效率都非常高，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.2 使用數(shù)控鉆床加工主螺孔

2.2.1 零件概況

活塞頭底部主螺栓孔工序圖如圖2所示。

2.2.2 數(shù)控鉆床的選用

選用桂林正菱第二機床有限公司生產(chǎn)的數(shù)控立式鉆床，型號為ZK5150A，最大鉆孔直徑為50 mm，數(shù)控系統(tǒng)是廣州數(shù)控GSK983M。

2.2.3 分析主螺孔分布特征，編制數(shù)控加工程序[2]，由圖可見，12只主螺孔沿圓周呈均勻分布，起始孔與X軸呈15°夾角，相鄰孔呈30°夾角。與XOY平面垂直的軸為Z。選用直徑為21 mm的鉆頭，選用絕對坐標系，取活塞頭底平面中心點為工件原點，即X=0，Y=0，Z=0，小數(shù)點編程，程序編制如下：

圖2 活塞關底部主螺孔鉆孔工序圖

N10 G0 G90 G54 L0;

N20 S800 M3;

N25 M08;

N30 Z10.F20.;

N40 G81 R-57.Z-134.;

N50 G65 P0000 X0 Y0 R170 A15.H12.;

N60 G80;

N70 G0 Z10.;

N80 M09;

N90 M5;

在正式鉆孔前，為了安全，先進行孔定位，定位用的數(shù)控程序與鉆孔程序相同，只是進刀量不同，改為0.20 mm就可以了。

表2 活塞頭的頂部燃燒室與主螺孔采用數(shù)控加工同普通加工的差異

螺孔采用數(shù)控鉆床加工，使工作簡單化，不但提高了工作效率，還節(jié)約了成本。

由于活塞頭系列產(chǎn)品的工藝類似，可以建立活塞頭加工的標準程序格式，對產(chǎn)品的開發(fā)、加工程序的編制以及加工質(zhì)量的可靠性保證，具有較大的意義。

3 結果分析

根據(jù)以上兩個加工實例，列表分析活塞頭采用數(shù)控加工與普通車床加工的差異，見表2。

4 結語

從數(shù)控技術實際應用的效果來看，活塞頭的加工質(zhì)量有了保證，產(chǎn)品制造周期大大縮短，生產(chǎn)效率有了明顯提高，加工成本也顯著降低。因此，發(fā)展數(shù)控加工技術是提高活塞頭加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效途徑。同時采用數(shù)控加工技術解決了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量問題；對整個加工過程可以進行實時監(jiān)控，便于及時解決錯誤；用智能化加工，有效地把繁瑣的加工工序簡單化。所以活塞頭加工工藝過程中要大力發(fā)展數(shù)控技術。

［1］王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］陳洪濤.數(shù)控加工工藝與編程［M］.北京：高等教育出版社，2003.