采用國內(nèi)專機(jī)精銑缸蓋火力面的可行性探討

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柴油機(jī)缸蓋火力面的加工面積大，對平面度、表面粗糙度等要求較高，是保證柴油發(fā)動機(jī)工作性能的一個重點(diǎn)。如果平面度及表面粗糙度得不到保證，則很難實現(xiàn)氣缸墊的可靠密封，就有可能導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)動機(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，在實際操作中是很難查找其真正原因的。

目前，國內(nèi)柴油機(jī)缸蓋火力面的加工方法主要有以下幾種：

□采用

機(jī)床價格高，設(shè)備維護(hù)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

加工過程中，會產(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5萬臺的生產(chǎn)線上。

□采用國外專用

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)價格昂貴，一般用在大批量生產(chǎn)的剛性生產(chǎn)線上。

□采用國內(nèi)精銑專機(jī)

對于用戶來說，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，目前國內(nèi)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1所示。此次，采用國內(nèi)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平面的80%，機(jī)床的切削阻力大，要求機(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。由于采用國內(nèi)專機(jī)加工存在著一定的風(fēng)險，為確保機(jī)床能長期穩(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，頂面的平面度對加工后火力面的平面度有著一定的影響，故對平面度的要求按照圖紙的考求確定為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，會影響加工的表面精度；余量過小，則對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)床主軸與工作臺的垂直方向應(yīng)成一個微小的角度，100范圍內(nèi)傾斜0.03mm。如圖2所示，當(dāng)?shù)侗P前端切削刃切削工件時，刀盤后端的刀片切削刃與工件存在約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的精盤，以確保工件的平面度。

3.主軸傾斜對平面度的影響分析

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這個尺寸。影響該尺寸大小的3個變量分別是：刀盤的直徑、刀盤中心與工件中心線的偏差、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=24.59×sin∠D=24.59×tgD=24.59×tgC

=24.59×A÷B

當(dāng)主軸中心和工件中心重合時，主軸傾斜加工平面的平面度影響為0.0074mm，而實際安裝的誤差為對平面度的影響小于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。

□采用高精度級銑削頭主軸軸承采用德國進(jìn)口FAG高精度級軸承，以提高主軸的精度，保證機(jī)床較小的端向跳動和徑向跳動量。

□高精度銑削工作臺：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：采用自動夾緊方式，手工上下料，保證工件的可靠裝夾，減少人為因素對加工精度的影響。

的選擇

刀具的選擇也是成功的一個關(guān)鍵因素。為了保證加工表面的精度，建議采用德國進(jìn)口高精度密齒精銑刀盤（如圖7所示）。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。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，具體檢驗結(jié)果如下：

1.92±0.05尺寸精度保證狀況

隨機(jī)抽取5個工件進(jìn)行檢查，每個工件測量3個數(shù)值。由檢測結(jié)果可知，加工工件的高度尺寸變化范圍在0.03mm之內(nèi)，高度尺寸得到很好的保證。由此可見，采用固定式銑頭對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

對連續(xù)加工的10個工件進(jìn)行分析。測量結(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加工的平面度均有一定的影響，使得平面度在一定范圍內(nèi)波動，但此機(jī)床對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范圍為110～160m/min，進(jìn)給量F范圍為0.1～0.4mm/Z。針對在此范圍內(nèi)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)計要求。針對切削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，刀片跳動進(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時不能滿足設(shè)計要求的原因分析

加工過程中采用的刀盤為密齒刀盤，而且每個刀片在切削時有兩個刃口同時參與切削：一個是切削刃，此切削刃為正前角，切削阻力?。涣硪粋€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，因此對機(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內(nèi)側(cè)的四個連接螺栓孔連接的，以致刀盤連接的剛性差。實踐表明，可改為外側(cè)4個螺栓孔連接，或同時使用內(nèi)側(cè)和外側(cè)共8個連接螺栓連接，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。但對于精加工機(jī)床而言，其主軸相對床身的穩(wěn)定性要差。當(dāng)切削力較大時，易產(chǎn)生振動，影響加工精度。建議此機(jī)床主軸的連接宜采用國外專機(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)動裝置，提高主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性；采用液壓滑臺或伺服工作臺，以提高進(jìn)給的穩(wěn)定性，從而提高對加工精度的進(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；

□刀盤跳動調(diào)到0.008mm以內(nèi)。

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)計要求。

結(jié)語

目前，此機(jī)床已進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。在國內(nèi)專機(jī)的使用過程中，我們還存在對保證表面粗糙度缺少經(jīng)驗，對國外先進(jìn)刀具的使用條件理解不夠充分等問題。但實踐表明，采用國內(nèi)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)