柴油机机体气门挺杆孔加工工艺改进
发布日期：2018-08-22
柴油机机体(以下简称机体)的每个汽缸孔两侧配有两个挺杆孔，该孔远离工件端面，且对凸轮轴孔有一定的垂直度要求。加工这些挺杆孔，现行普遍采用图1所示的装夹方式，以机体底面S和底面S上的2个工艺孔定位。
图1 加工挺杆孔框架式夹具示意图 |
图2 加工机体挺杆孔工序简图 |
机体底面S紧靠框架式夹具上盖下方的定位块的定位面上，夹紧机构自下向上对工件施加夹紧力夹紧固定。之后，用单工位组合机床同时加工机体上的全部挺杆孔。每一刀杆用2个导向套引导，一个导向套装在导向轴上，导向轴插在机体安装凸轮轴的孔中；另一个导向套装在上盖(固定模板)上。 组合机床设有插、拔导向轴的牵引机构，由固定托架、导向托架、导向轴套、可翻转托架导轨、牵引油缸等组成。整个夹具结构复杂庞大。 原定位方案分析
图1所示的机体上挺杆孔的加工定位方案，是以机体底面的1面2孔为精基准，符合“基准统一”原则。这在理论上可以这样讲：遵循“基准统一”原则，便于保证各加工面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的定位误差，且简化了机体加工工艺过程中的夹具设计和制造。然而，由于柴油机机体挺杆孔的位置特殊，当采用机体底面的“1面2孔”为精基准定位时，反而使该工序的夹具设计和制造复杂化，其缺点主要如下： - 工件装夹不方便，必须从侧向推入推出，操作工人劳动强度大。
- 夹紧力与切削力、重力的方向相反，所需要的夹紧力大，且定位夹紧的稳定性差。
- 框架式的夹具结构，体积大，制造复杂，不便于测量、调整和观察。
- 相应要求组合机床的高度尺寸大，造成重心高，影响切削的稳定性。
- 只适合单一品种的柴油机机体加工，当产品改型时，就不能适应。
改进定位方案和定位误差计算
针对图1加工定位方案的不足，采用图2所示的加工定位方案。以机体顶面E和两气缸孔(1面2孔)为定位基准，符合“基准重合”原则。只要该方案的定位误差在允许范围内，其夹具结构将大大简化，夹具设计方便，制造成本下降；加工工件的装夹便于调整，劳动强度也将减小，且所需夹紧力也小，夹紧方便、可靠，加工过程中也便于观察。
图3 平面角度尺寸链 |
实现这一加工定位方案的关键是要保证加工后的挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线的垂直度，以满足工件设计图纸的精度要求。 在加工机体挺杆孔前，机体底面S、顶面E、凸轮轴孔、汽缸孔等已加工好，因此在以顶面E和2汽缸孔为定位基准对挺杆孔进行加工时，影响挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线垂直度的因素主要有： - 机体顶面E的平面度；
- 顶面E与底面S的平行度(因为加工时活动钻模板与底面S接触)；
- 凸轮轴孔中心线与顶面E的平行度；
- 加工挺杆孔刀杆的轴心线(主轴)与夹具定位面的垂直度。
这些因素构成平面角度尺寸链如图3所示。图3中的挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线的垂直度是要最终间接保证的，是封闭环。公差计算如下(计算中1165mm是机体的长度)： 按照图纸设计加工，挺杆孔精加工前，达到的有关表面形位精度为： - 机体顶面E的平面度允差a1=0.08 mm(在1165 mm长度上)；
- 顶面E与底面S的平行度允差a2=0.10 mm(在1165 mm长度上)；
- 凸轮轴孔中心线与顶面E的平行度允差a3=0.15 mm(在1165 mm长度上)；
- 刀杆轴心线(主轴)与夹具定位面的垂直度允差a5=0.01/300 ≈0.04/1 165 mm(由挺杆孔加工专用组合机床保证) 。
由概率算法计算封闭环公差a4的步骤如下。 - 求封闭环(挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线垂直度公差)a4(在1 165 mm长度上)。
- a4=k(a12+a22+a32+a52)½
- =1.17(0.082+0.102+0.152+0.042)½
- =0.24mm
- 求挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线垂直度在100 mm高度范围内的允差a4。
| a4= | 0.24 | ×100≈0.02mm |
|
| 1165 |
- 对比图纸要求，其定位误差仅为设计允差0.04mm的一半。说明使用改进后的加工定位方案设计夹具来加工挺杆孔，完全能满足挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线垂直度的设计要求。
实践和结论
根据上述改进的挺杆孔加工工艺方案，并考虑同一系列柴油机常见的2缸、4缸、6缸的特点，研制出液压4工位6-135柴油机机体挺杆孔加工专用组合机床，该专用组合机床主轴箱有4轴，夹具装在4工位液压移动工作台上，只要改变一下夹具上的定位、夹紧油缸位置，便能满足同一系列常见的2缸、4缸、6缸柴油机机体挺杆孔的加工要求，使该专用组合机床具有一定的加工柔性。 通过使用该专用组合机床对机体挺杆孔进行实际切削加工，经过检测，机体上加工后的挺杆孔中心线与凸轮轴孔中心线垂直度完全满足设计要求，也证明了该改进的工艺方案是切实可行的。 改进的工艺方案，实现了夹具结构的简化，使夹紧力减小，操作方便，成本降低，实现了工艺改进的目的。目前，采用该改进工艺方案设计的专用组合机床已顺利通过用户验收，并在实际生产中投入使用。
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