汽車發(fā)動機缸體斜油孔加工工藝

龔海巖

摘 要：汽車發(fā)動機是汽車的五大部件之一，其品質(zhì)直接影響整車的動力及燃油性能。而發(fā)動機的機械加工將直接確定發(fā)動機的品質(zhì)，故企業(yè)針對發(fā)動機的加工均有研制各自的工藝及裝備以保證其質(zhì)量。目前，國內(nèi)針對發(fā)動機這類大批量生產(chǎn)的部件，主要有兩種工藝方案：一是“專用機床+加工中心”的“剛?cè)帷苯Y(jié)合的生產(chǎn)線;二是完全由加工中心組成的“柔性”生產(chǎn)線。據(jù)市場調(diào)查反饋顯示：純加工中心組成的生產(chǎn)線雖然具備較強的加工變型產(chǎn)品的能力，但是因為加工效率低，無法滿足大批量生產(chǎn)的需求。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機;缸體斜油孔;加工工藝

0 引言

以汽車發(fā)動機缸體5斜油孔加工為研究對象，分析其工藝要求、生產(chǎn)綱領(lǐng)及現(xiàn)有生產(chǎn)線工藝、裝備存在的問題，采用工序集中原則，提出了一次裝夾同時完成5斜油孔加工的工藝方案;在此工藝方案基礎(chǔ)上，確定了工件加工姿態(tài)，進而確定了專用機床左端設(shè)置左夾具體裝夾工件、右端設(shè)置床身安裝5軸主軸箱、中間設(shè)置右夾具體支撐導(dǎo)向系統(tǒng)的整體布局方案;根據(jù)工件加工姿態(tài)要求，確定了專用夾具定位夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)，為防止加工時出現(xiàn)引偏、竄孔、斷刀等現(xiàn)象，設(shè)計了兩套導(dǎo)向機構(gòu)，并詳細闡述了其結(jié)構(gòu)及工作原理。實際應(yīng)用表明：單臺設(shè)備年生產(chǎn)綱領(lǐng)在30萬件左右，合格率由80%提升至99.9%以上，解決了竄孔、斷刀問題。

1 工藝方案及整體布局設(shè)計

近年來，機械加工行業(yè)有向柔性生產(chǎn)線發(fā)展的趨勢，即在生產(chǎn)線中大量使用加工中心，以應(yīng)對不同的變型產(chǎn)品。重慶某機械制造企業(yè)也組建了一條發(fā)動機缸體柔性加工生產(chǎn)線，在缸體斜油孔鉆削工序中也采用了加工中心設(shè)備，經(jīng)使用后主要存在如下問題：（1）由于沒有自動化專用夾具、專用刀具等，只能單刀單孔加工，使得生產(chǎn)效率很低、工人勞動強度大，此工序需投入5臺加工中心才能滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)要求;（2）缺乏必要的導(dǎo)向鉆模板，使得加工起鉆時容易引偏，由于是深長孔加工，鉆削過程中刀具缺乏相應(yīng)的支撐，存在斷刀現(xiàn)象，最終導(dǎo)致廢品率一直維持在20%左右，給企業(yè)造成極大的經(jīng)濟損失?？芍?，此類工藝方案對大量生產(chǎn)產(chǎn)品不合適，故提出了組建“剛?cè)峄旌稀鄙a(chǎn)線的工藝方案，即在關(guān)鍵工序中使用專用機床以解決柔性生產(chǎn)線存在的短板問題。本工序要求工件生產(chǎn)綱領(lǐng)達到25萬件/年以上，產(chǎn)品合格率達到99.9%以上，實現(xiàn)除人工上下料之外的所有加工的自動化。因采用工序集中原則的專用機床方案具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、合格率高及自動化程度高等優(yōu)點，成為本工序最佳工藝方案之一。采用專用夾具、多軸專用主軸箱、專用刀具、專用導(dǎo)向模板方案，實現(xiàn)一次裝夾同時完成5孔鉆削加工。其具體工藝過程如下：機床工作時，工人按正確的姿態(tài)將工件搬送至左夾具體內(nèi)，按下夾緊按鈕，在左夾具體內(nèi)完全定位的工件被夾緊，數(shù)控滑臺拖著專用主軸箱向左進給，在導(dǎo)向模板、專用刀具的配合下，一次完成5斜油孔的鉆削加工，完成后自動退刀，夾具松開工件，人工更換工件，如此循環(huán)往復(fù)完成工件本工序的加工。斜油孔中心軸線與水平面的角度由工件加工姿態(tài)即在左夾具體內(nèi)正確定位保證。

2 專用夾具設(shè)計

2.1 專用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計

箱體類工件一般采用“一面兩孔”的方案進行完全定位。為簡化機床結(jié)構(gòu)并保證斜油孔軸線與水平面角度，夾具定位平面設(shè)計成斜面，夾具主要由左、右夾具體、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)等組成。定位支撐板3及兩浮動定位銷11、12與工件的一面兩孔相配合構(gòu)成夾具的定位機構(gòu)對工件正確定位;工件正確定位后，由夾具的夾緊機構(gòu)2、13對其進行夾緊，防止加工過程中正確定位位置發(fā)生變化。在左夾具體后端及右夾具體左端分別設(shè)置限位擋板14及輔助支撐板7。由于在圓柱面上起鉆，容易引偏，從而出現(xiàn)竄孔及打偏現(xiàn)象;且深徑比達到13.4，加工時和容易出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象。針對這些問題，設(shè)計了導(dǎo)向及強度增強系統(tǒng)。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由兩套導(dǎo)向機構(gòu)組成，即活動模板9及鉆頭導(dǎo)向套6。加工時，主軸箱、活動模板由活動導(dǎo)桿10及固定導(dǎo)桿15進行導(dǎo)向，直至其運動至起鉆位置，此時，鉆頭導(dǎo)向套6對鉆頭導(dǎo)向并增加強度，正確起鉆并完成深孔鉆削。為了防止加工時產(chǎn)生的振動相互傳遞并影響工件加工精度，將工件與刀具系統(tǒng)做成相互獨立的模塊，即左夾具體安裝工件、右夾具體支撐導(dǎo)向系統(tǒng)及刀具系統(tǒng)。

2.2 夾具工作原理

根據(jù)工藝要求及工藝方案，其工作原理為：加工前，浮動定位銷11、12在氣缸作用下沒入定位支撐板3定位平面以下，人工將工件在定位支撐板及輔助支撐板導(dǎo)向下推入左夾具體內(nèi)，由限位擋板限定位置，浮動定位銷插入工件定位孔內(nèi)，夾緊機構(gòu)夾緊工件，主軸箱、活動模板向左運動，活動導(dǎo)桿插入右夾具體右端孔內(nèi)，活動模板在彈簧的壓力下貼緊右夾具體，鉆頭導(dǎo)向套前端靠近斜油孔起鉆位置，鉆頭在鉆頭導(dǎo)向套的導(dǎo)引下對工件進行起鉆，防止起鉆時引偏，起鉆后，在鉆頭導(dǎo)向套的導(dǎo)向及強度增強下完成5斜油孔的鉆削加工，解決鉆孔過程出現(xiàn)竄孔及斷刀問題。

3 生產(chǎn)節(jié)拍驗證

目前針對大批量生產(chǎn)，因“剛?cè)帷苯Y(jié)合生產(chǎn)線既具有一定加工變型產(chǎn)品的能力，又具有較高的生產(chǎn)效率而逐漸成為市場的主流發(fā)展方向。重慶某企業(yè)汽車發(fā)動機缸體加工生產(chǎn)線要求具備25萬件以上的生產(chǎn)能力，屬于大批量生產(chǎn)，經(jīng)全面綜合考慮，采用“剛?cè)帷苯Y(jié)合的生產(chǎn)線方案。其中，缸體筒大側(cè)面斜油孔加工屬于其中一道關(guān)鍵工序，采用專用機床方案，提出了一次裝夾同時完成5個斜油孔加工的工藝方案，既保證生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，也提升了合格率及自動化程度，為同類產(chǎn)品工藝及裝備的研制提供了成功的參考案例。針對本工序，企業(yè)提出了25萬件/年的生產(chǎn)任務(wù)要求，其工作制度為：320日/年，3班/日，8小時/班，生產(chǎn)效率90%，設(shè)備負荷率85%，故其所需生產(chǎn)節(jié)拍為：320×3×8×0.9×0.85×60/250000=1.41min/件。實際加工時，工進時間為t1=80mm/（0.1mm/r×1200r/min）=0.67min，輔助時間為0.5min，故其實際生產(chǎn)節(jié)拍為1.17min/件，即實際生產(chǎn)節(jié)拍小于生產(chǎn)所需節(jié)拍，滿足企業(yè)生產(chǎn)需要。

4 結(jié)語

（1）以某汽車發(fā)動機缸體5斜油孔加工為研究對象，在分析工藝要求及現(xiàn)有生產(chǎn)線存在問題的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有工藝缺陷，提出了一次裝夾多軸同時加工的工藝方案。（2）為防止加工時的振動相互傳遞影響加工精度，根據(jù)工藝方案確定了夾具與床身相分離，即在機床左端設(shè)置左夾具體、右端設(shè)置床身及5軸主軸箱、中間設(shè)置右夾具體的整體布局方案。（3）根據(jù)工藝及加工姿態(tài)要求，確定了專用夾具定位夾緊方案、導(dǎo)向方案及其整體結(jié)構(gòu)，并詳細闡述了其工作原理。（4）實際生產(chǎn)表明：采用此工藝及裝備后，單臺設(shè)備實際年生產(chǎn)在30萬件左右，合格率由80%左右提升至99.9%以上，基本未出現(xiàn)起鉆引偏、竄孔及斷刀現(xiàn)象。

參考文獻

[1]趙帥，楊崇倡，吳瑛戟.一種精密轉(zhuǎn)盤的加工工藝研究[J].制造技術(shù)與機床，2014（2）：37-39.