CN104999305B - 一种大功率柴油机缸盖的加工方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率柴油机缸盖的加工装置和方法，包括：圆柱销（1）、支承块（2）、第一定位块（3）、第二定位块（4）、顶紧块（5）、夹紧块（6）和键（7），其中，圆柱销一端与夹具过盈连接，另一端与机床工作台小间隙配合，以保证夹具体的中心与机床工作台中心重合；支承块设置为四个，且靠螺钉固定在夹具体上，四个支承块安装好后形成零件的定位基准面，所述第一定位块（3）有两件、第二定位块（4）有一件，安装在夹具体上后限制零件的旋转自由度，且第一定位块（3）参与定位的基准面连线应与夹具的制造基准相平行与支承块形成的支承基准相垂直，第二定位块（4）的基准面应与支承块形成的支承基准相垂直。
Description
技术领域
本发明属于一种大功率柴油机缸盖的加工方法和装置。
背景技术
中高速大功率柴油机缸盖，俗称为柴油机的“心脏”，它是典型的加工要素密集型零件。它上有喷油器孔，起动阀孔，安全阀孔，进、排气阀座孔，气阀导管孔，阀桥导杆孔，进气通道和排气通道等，还有各种形式的冷却水孔、高压油管孔以及与缸体连接时起定位和连接的销孔、螺纹孔、螺栓孔等。缸盖要求所有的定位面、接触面和各类孔系完全加工，其中喷油器孔，起动阀孔，安全阀孔，进、排气阀座孔，气阀导管孔，阀桥导杆孔等尺寸精度在6级、表面粗糙度0.63μm～0.8μm、孔系间的同轴度在0.02mm～0.04mm,形位公差以及表面质量要求都很高，冷却水孔、高压油管孔都有精度要求。这就造成了缸盖加工周期长、效率低、加工难度大的技术特点。
传统的缸盖加工工艺流程：粗车上下面（立车）→划上下面中心十字线（划线平台）→钻铰下平面定位孔（钻床、钻模）→精车上平面，钻铰上平面孔（车床）→钻铰上平面辅助孔（钻床、钻模）→精车下平面及钻铰下平面孔（车床）→铣四周面和进气面、钻铰四周孔→装阀座、导管、螺塞，水压试验。
传统的缸盖加工依靠多台普通机床加工，起吊、装夹、找正等辅助时间长，且由于多次变更定位基准导致缸盖上的阀座孔、导管孔的形位公差精度低，其加工方法是：先以粗车的上平面为基准加工下平面定位孔，加工上平面弹簧座圈孔和导管孔，再以下平面为基准加工上平面辅助孔，加工下平面阀座孔。4个孔系的加工就需要倒4回基准，累积误差大，且每次加工工人都必需吊装缸盖，重新定位、装夹和对刀。劳动强度大，操作复杂，生产辅助时间长，生产效率低下。而且精加工后的部位在多次吊装中容易发生磕碰，造成无法挽回的损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大功率柴油机缸盖的加工装置和方法，以解决现有的装置存在的问题。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种大功率柴油机缸盖的加工装置，包括：圆柱销（1）、支承块（2）、第一定位块（3）、第二定位块（4）、顶紧块（5）、夹紧块（6）和键（7），其中，圆柱销一端与夹具过盈连接，另一端与机床工作台小间隙配合，以保证夹具体的中心与机床工作台中心重合；
支承块设置为四个，且靠螺钉固定在夹具体上，四个支承块安装好后形成零件的定位基准面，所述第一定位块（3）有两件、第二定位块（4）有一件，安装在夹具体上后限制零件的旋转自由度，且第一定位块（3）参与定位的基准面连线应与夹具的制造基准相平行与支承块形成的支承基准相垂直，第二定位块（4）的基准面应与支承块形成的支承基准相垂直。
进一步地，优选的结构是，所述顶紧块将零件顶紧在定位块上，以保证零件的位置精度，提高零件与夹具体和机床工作台的同轴度，减少因零件与机床工作台不同轴时产生的旋转误差；所述夹紧块与连接螺栓、螺母共同作用，以保证零件在加工中位置的可靠性和稳固性，减少因零件在加工中由于切削震动等因素引起的加工风险。
进一步地，优选的结构是，所述键固定在夹具体上，与圆柱销共同限制夹具体自身的旋转自由度。
进一步地，优选的结构是，定位块不干涉零件加工。
进一步地，优选的结构是，四个支承块形成的平面有较高的平面度在0.02mm内。
一种大功率柴油机缸盖的加工方法，基于以上加工装置，其中，包括以下加工步骤：
步骤1：先将夹具体通过定位销和键与机床工作台定位连接，夹具中心与机床工作台中心同轴，后将缸盖的侧基准放置在夹具体的支承块上并保证缸盖的下平面、侧面分别与定位块贴合，在顶紧块的作用下使缸盖下平面与定位块间无间隙，此时缸盖相对机床主轴位置固定，在夹紧块、连接螺栓、螺母的共同作用下，将缸盖牢固、可靠地固定在夹具体上，之后通过数控程序来控制机床主轴位移和刀具替换，实现缸盖上平面的弹簧座圈孔、导管孔、阀桥导管孔、定位销孔的加工，加工完毕，刀具复位；
步骤2：缸盖连同夹具体随机床工作台旋转180°，在数控程序的控制下加工缸盖下平面的阀座孔、定位销孔，这样在一次装夹下，利用同一基准完成了对缸盖上、下面孔系的精加工，保证了零件上各孔系间的位置精度和形位公差，加工内容高度集中。
本发明采取了以上方案以后，能够提高缸盖加工工艺的稳定性和生产效率，提高缸盖产品质量，该加工方法适合大型、加工要素密集的箱体类零件的加工，其结构简单、使用范围广、操作方便、便于推广使用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1a-1c是本发明大功率柴油机缸盖的加工装置中夹具体的结构示意图；
图2是本发明大功率柴油机缸盖的加工装置中圆柱销的结构示意图；
图3a-3c是本发明大功率柴油机缸盖的加工装置中第一定位块的结构示意图；
图4a-4b是本发明大功率柴油机缸盖的加工装置中第二定位块的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
具体来说，本发明的目的在于克服上述技术中的不足，为卧式加工中心设计专用定位夹具，在卧式加工中心上实现一次装夹同时实施阀座孔、导管孔、阀桥导管孔、定位销孔的精加工，减少定位、找正、装夹误差，提高缸盖加工工艺的稳定性和生产效率，提高缸盖产品质量。本加工方法适合大型、加工要素密集的箱体类零件的加工，其结构简单、使用范围广、操作方便、便于推广使用。
其中，在一个实施例中，所使用的卧式加工中心DMC125H，机床工作台尺寸800mm×1000mm，最大工件回转直径1250mm，工作台最大承重1500㎏。该机床为德国本土制造，机床具有良好的动态、静态、热态刚性和稳定性，能在一次装夹下完成钻、扩、铰、镗、刚性攻丝、铣削等加工。数控系统为SIEMENS840D，伺服驱动装置性能可靠。机床X、Y、Z轴定位精度为0.008mm，B轴回转精度为7″，X、Y、Z轴重复定位精度≤0.005mm，B轴重复回转精度为≤4″，主轴锥孔端部300mm处的径向跳动≤0.01mm，机床工作台旋转精度为0.001°，刀库容量为60把，最大刀具长度650mm。该设备工序高度集中，一次装夹，可以完成缸盖重要孔系的精加工，可以节省工艺装备、缩短生产准备周期，保证零件加工质量，提高生产效率。
卧式加工中心配有专用夹具，专用夹具外形尺寸为520mm×850mm×720mm，有Z向等高支承板和X、Y向定位块，使零件的6个自由度完全定义。夹具结构见图1。
其中，如图1a、1b、1c、2、3a、3b、3c、4a和4b所示，一种大功率柴油机缸盖的加工装置，包括：圆柱销（1）、支承块（2）、第一定位块（3）、第二定位块（4）、顶紧块（5）、夹紧块（6）和键（7），其中，圆柱销一端与夹具过盈连接，另一端与机床工作台小间隙配合，以保证夹具体的中心与机床工作台中心重合；
支承块设置为四个，且靠螺钉固定在夹具体上，四个支承块安装好后形成零件的定位基准面，所述第一定位块（3）有两件、第二定位块（4）有一件，安装在夹具体上后限制零件的旋转自由度，且第一定位块（3）参与定位的基准面连线应与夹具的制造基准相平行与支承块形成的支承基准相垂直，第二定位块（4）的基准面应与支承块形成的支承基准相垂直。
进一步地，优选的结构是，所述顶紧块将零件顶紧在定位块上，以保证零件的位置精度，提高零件与夹具体和机床工作台的同轴度，减少因零件与机床工作台不同轴时产生的旋转误差；所述夹紧块与连接螺栓、螺母共同作用，以保证零件在加工中位置的可靠性和稳固性，减少因零件在加工中由于切削震动等因素引起的加工风险。
进一步地，优选的结构是，所述键固定在夹具体上，与圆柱销共同限制夹具体自身的旋转自由度。
进一步地，优选的结构是，定位块不干涉零件加工。
进一步地，优选的结构是，四个支承块形成的平面有较高的平面度在0.02mm内。
一种大功率柴油机缸盖的加工方法，基于以上加工装置，其中，包括以下加工步骤：
步骤1：先将夹具体通过定位销和键与机床工作台定位连接，夹具中心与机床工作台中心同轴，后将缸盖的侧基准放置在夹具体的支承块上并保证缸盖的下平面、侧面分别与定位块贴合，在顶紧块的作用下使缸盖下平面与定位块间无间隙，此时缸盖相对机床主轴位置固定，在夹紧块、连接螺栓、螺母的共同作用下，将缸盖牢固、可靠地固定在夹具体上，之后通过数控程序来控制机床主轴位移和刀具替换，实现缸盖上平面的弹簧座圈孔、导管孔、阀桥导管孔、定位销孔的加工，加工完毕，刀具复位；
步骤2：缸盖连同夹具体随机床工作台旋转180°，在数控程序的控制下加工缸盖下平面的阀座孔、定位销孔，这样在一次装夹下，利用同一基准完成了对缸盖上、下面孔系的精加工，保证了零件上各孔系间的位置精度和形位公差，加工内容高度集中。
本发明采取了以上方案以后，能够提高缸盖加工工艺的稳定性和生产效率，提高缸盖产品质量，该加工方法适合大型、加工要素密集的箱体类零件的加工，其结构简单、使用范围广、操作方便、便于推广使用。
并且，加工缸盖时，夹具通过定位销和键与机床工作台定位连接，夹具中心与机床中心同心，缸盖在夹具上通过支承块和定位块定位、夹紧，缸盖相对机床主轴位置固定，通过机床主轴的位移和刀具的变化对缸盖上平面的弹簧座圈孔、导管孔、阀桥导管孔、定位销孔进行加工，加工完毕，刀具复位。旋转机床工作台180°，加工缸盖下平面的阀座孔、定位销孔。这样在一次装夹下，利用同一基准完成了对缸盖上下面孔系的精加工，保证了零件上各孔系间的位置精度和形位公差，加工内容高度集中。
本发明的关键技术有：
夹具的设计。为了兼顾公司多型缸盖的加工，并在加工中，机床、刀具、夹具、工件不发生干涉、碰撞现象，综合多型缸盖的外形尺寸和被加工部位的结构特征，设计夹具，利用更换定位元件、变更夹紧位置，从而实现多型缸盖的加工。
刀具的选型。加工的孔系较多且尺寸各异，为了减少刀具的使用量，可以使刀具完全入库，刀具多采用可调式镗刀，这样加工零件变化时，可以在对刀仪上对刀具尺寸进行调整，降低刀具采购成本和刀具的库存量。因为缸盖材质为铸铁件，为了达到加工后零件的表面质量，采用湿式切削。
本发明的效果如下：
优化了工艺流程，提高了生产效率。优化后的缸盖工艺流程为：车上下面 →划上平面十字线→钻扩铰上下面孔 →铣四周面，钻四周孔并攻丝→装配、水压试验。生产效率由以前一件缸盖从毛坯划线到终检入库，历时一个半月，现在只需大约十天，大大提高了生产效率。
大型缸盖关重孔系集中在同一道工序中加工，是一种新加工技术方法的应用，此种方法的应用大大提高了缸盖的加工质量，突破了缸盖加工质量不稳定的瓶颈问题，该方法具有较广泛的应用领域和较好的推广价值。
需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于大功率柴油机缸盖加工装置的加工方法，其特征在于：该加工装置包括：圆柱销（1）、支承块（2）、第一定位块（3）、第二定位块（4）、顶紧块（5）、夹紧块（6）和键（7），其中，圆柱销一端与夹具过盈连接，另一端与机床工作台小间隙配合，以保证夹具体的中心与机床工作台中心重合；支承块设置为四个，且靠螺钉固定在夹具体上，四个支承块安装好后形成零件的定位基准面，所述第一定位块（3）有两件、第二定位块（4）有一件，安装在夹具体上后限制零件的旋转自由度，且第一定位块（3）参与定位的基准面连线应与夹具的制造基准相平行与支承块形成的支承基准相垂直，第二定位块（4）的基准面应与支承块形成的支承基准相垂直；所述顶紧块将零件顶紧在定位块上，以保证零件的位置精度，提高零件与夹具体和机床工作台的同轴度，减少因零件与机床工作台不同轴时产生的旋转误差；所述夹紧块与连接螺栓、螺母共同作用，以保证零件在加工中位置的可靠性和稳固性，减少因零件在加工中由于切削震动等因素引起的加工风险；所述键固定在夹具体上，与圆柱销共同限制夹具体自身的旋转自由度；定位块不干涉零件加工；所述四个支承块形成的平面的平面度在0.02mm内；
所述加工方法，包括以下加工步骤：
步骤1：先将夹具体通过定位销和键与机床工作台定位连接，夹具中心与机床工作台中心同轴，后将缸盖的侧基准放置在夹具体的支承块上并保证缸盖的下平面、侧面分别与定位块贴合，在顶紧块的作用下使缸盖下平面与定位块间无间隙，此时缸盖相对机床主轴位置固定，在夹紧块、连接螺栓、螺母的共同作用下，将缸盖牢固、可靠地固定在夹具体上，之后通过数控程序来控制机床主轴位移和刀具替换，实现缸盖上平面的弹簧座圈孔、导管孔、阀桥导管孔、定位销孔的加工，加工完毕，刀具复位；
步骤2：缸盖连同夹具体随机床工作台旋转180°，在数控程序的控制下加工缸盖下平面的阀座孔、定位销孔，由此在一次装夹下，利用同一基准完成了对缸盖上、下面孔系的精加工，以此保证零件上各孔系间的位置精度和形位公差，加工内容高度集中。
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