CN105127474A - 一种适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其包括：设定初始的机床坐标系OM-XMYMZM；柴油发动机喷油嘴垂直安装于数控圆工作台的中心位置上，数控圆工作台与地面平行放置，柴油发动机喷油嘴的中心轴线与ZM轴重合；OMXMZM面绕YM轴旋转θ角；将新的坐标系OM-XM1YMZM1的原点OM沿XM1方向移动b的距离，获得最终坐标系OM2-XM2YM2ZM2；移动钻头使得钻削主轴随之更新为ZM2，且将钻头的钻尖对原点OM2进行喷孔钻削加工；加工下一个喷孔前，将数控圆工作台水平方向上旋转角度φ，钻削主轴和钻尖位置不变，钻削主轴仍为ZM2，钻尖继续在原点OM2上进行喷孔钻削加工。

Description

一种适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法
技术领域
本发明属于微小孔钻削加工技术领域，具体涉及一种适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法。
背景技术
随着当今工业科学技术的不断发展，环保和能源形式的恶化，各国对动力机械排放的要求愈加严格。柴油机的工作性能，燃油油耗和颗粒排放，在很大程度上取决于燃料喷雾的形状、油粒的空间分布以及燃烧室中空气的温度、压力和运动情况等，而这又与喷油嘴喷孔的形状、直径、表面质量以及流量系数等特性密切相关。如果没有成熟的微小孔加工理论和制造工艺方法，喷油嘴将无法在工业化批量生产中获得稳定的孔口质量而保证其工作性能的一致性。因此目前喷油嘴喷孔的加工备受关注。
发动机喷油嘴近来向多孔数、小孔径方向发展，小孔直径一般在0.5mm以下，属于微小孔加工领域。目前微小孔的加工方法很多，如激光束、离子束、电火花和机械钻削等。电火花和激光加工方法虽然不受所加工材料硬度的影响，但形成孔表面质量较差、效率低。而机械钻削具有加工效率高、受材料的物理性能限制小、加工出的微小孔长径比大、表面质量和加工精度较高等优势，是一种精度、经济、效率都较优越的加工手段，在汽车制造、航空航天、仪器仪表等行业，仍然是主流工艺手段。
目前，喷孔钻削加工存在的难题有：微孔在喷嘴的小圆弧面上，孔中心轴线与加工路线不垂直，属于斜孔加工；轴向钻削力较大，毛刺较高；微孔钻长径比大，排屑困难，钻削过程不易散热引起钻头磨损加剧。针对上述喷油嘴喷孔的加工特点，需要对微细钻头结构和钻削工艺参数进行优化，并设计合理的钻削方案，解决钻削主轴与加工表面的垂直问题，实现喷油嘴喷孔位置精度和形状精度要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其解决了钻削主轴和喷孔加工表面的垂直问题。
本发明的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其包括：
步骤1，设定初始的数控加工中心的机床坐标系OM-XMYMZM：以钻头的钻尖为原点OM；钻削主轴为ZM轴，且ZM垂直于地面；其中XM和YM为任意方向上相互垂直的两轴，但满足OMXMYM为垂直于ZM轴的平面；
步骤2，柴油发动机喷油嘴垂直安装于数控圆工作台的中心位置上，且数控圆工作台与地面平行放置；此时，柴油发动机喷油嘴的中心轴线与ZM轴重合；柴油发动机喷油嘴的顶点与原点OM不接触，且两者之间的距离根据加工需求设定；
步骤3，OMXMZM面绕YM轴旋转θ角，得到新的坐标系OM-XM1YMZM1；其中θ为将要加工的喷孔的中心轴线与喷油嘴中心轴线的夹角，根据实际加工的喷油嘴工艺需求计算得出；然后将新的坐标系OM-XM1YMZM1的原点OM沿XM1方向移动b的距离，b为根据实际加工的喷油嘴工艺需求计算得出，获得最终坐标系OM2-XM2YM2ZM2；
步骤4，移动钻头，使得钻削主轴随之更新为ZM2，且将钻头的钻尖对原点OM2进行喷孔钻削加工，完成一个喷孔的钻削加工；
步骤5，加工下一个喷孔前，将数控圆工作台水平方向上旋转角度φ，从而带动柴油发动机喷油嘴绕喷油嘴中心轴线旋转角度φ，钻削主轴和钻尖位置不变，钻削主轴仍为ZM2，钻尖继续在原点OM2上进行喷孔钻削加工；按照上述方法操作直到完成所有喷孔的钻削加工。
进一步的，步骤4和步骤5中采用多步往复钻削工艺方法进行喷孔钻削加工，钻尖每步钻削前进的距离为0.1d，d为钻削刀具直径。
进一步的，钻头采用非共轴螺旋钻尖微钻。
进一步的，非共轴螺旋钻尖微钻的微钻结构具体为：锋角的范围为130°～140°，螺旋角的范围为20°～30°，芯径比的范围为0.25～0.3。
进一步的，非共轴螺旋钻尖微钻的钻削主轴转速为18000r/min～24000r/min，钻削进给为5mm/min～10mm/min。
本发明具有如下有益效果：
(1)利用数控加工中心的机床坐标系移动，解决了钻削主轴和喷孔加工表面的垂直问题，并控制喷孔在喷油嘴的位置分布，依靠加工中心台板的旋转控制喷孔间的相对角度分布。
(2)采用一种多步往复钻削工艺方法，每次进给量为0.1d，d为钻削刀具的直径，通过优选进给速度，钻削刀具在一段时间内切削工件材料，一段时间后会脱离加工工件至设定的安全位置，不再进行切削，如此往复的切削运动以减少切屑堵塞的情况，利于排屑和散热，避免钻削刀具折断，提高加工效率。
附图说明
图1为本发明的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法流程图；
图2为本发明的钻削加工示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1和图2所示，本发明的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其包括：
步骤1，设定初始的数控加工中心的机床坐标系OM-XMYMZM：以钻头的钻尖为原点OM；钻削主轴为ZM轴，且ZM垂直于地面；其中XM、YM为任意方向上相互垂直的两轴，但满足OMXMYM为垂直于ZM轴的平面；
步骤2，柴油发动机喷油嘴垂直安装于数控圆工作台的中心位置上，且数控圆工作台与地面平行放置；此时，柴油发动机喷油嘴的中心轴线与ZM轴重合；柴油发动机喷油嘴的顶点与原点OM不接触，且两者之间的距离根据加工需求设定；
步骤3，OMXMZM面绕YM轴旋转θ角，得到新的坐标系OM-XM1YMZM1；其中θ为将要加工的喷孔的中心轴线与喷油嘴中心轴线的夹角，根据实际加工的喷油嘴工艺需求计算得出；然后将新的坐标系OM-XM1YMZM1的原点OM沿XM1方向移动b的距离，b为根据实际加工的喷油嘴工艺需求计算得出，获得最终坐标系OM2-XM2YM2ZM2；
步骤4，移动钻头，使得钻削主轴随之更新为ZM2，且将钻头的钻尖对原点OM2进行喷孔钻削加工，完成一个喷孔的钻削加工；
步骤5，加工下一个喷孔前，将数控圆工作台水平方向上进行旋转角度φ，从而带动柴油发动机喷油嘴绕喷油嘴中心轴线旋转角度φ，钻削主轴和钻尖位置不变，钻削主轴仍为ZM2，钻尖继续在原点OM2上进行喷孔钻削加工；按照上述方法操作直到完成所有喷孔的钻削加工。
采用上述方法，在一次装卡后，通过旋转角度φ，可使钻削主轴移动到喷油嘴上任一喷孔位置，连续执行多孔加工，无需重复装卡和定位，提高了喷油嘴喷孔之间的一致性，并且可以提高加工效率，适用于工厂批量生产。在加工坐标系中，旋转角度φ旋转前后，机床钻削主轴总是垂直于加工表面，解决了钻削主轴与加工表面垂直问题。
钻尖由螺旋后刀面和S型横刃组成，在刃磨方法和钻削性能方面均优于目前市场上广泛应用于微钻加工领域的平面型钻尖。对于微小孔钻削加工，微钻的刚度和排屑是主要影响因素，而锋角和芯径的增大能提高微钻的刚度，螺旋角增大将增加切屑排出路径，导致排屑困难。因此微钻结构应选用较大的锋角(130°～140°)、较小的螺旋角(20°～30°)和芯径比在0.25～0.3之间。主轴转速和进给影响钻削力和出口毛刺，主轴转速选择在18000r/min～24000r/min之间，进给在5mm/min～10mm/min之间。采用此钻头和钻削参数能有效降低钻削力和毛刺，提高钻头寿命。
步骤4和步骤5中采用多步往复钻削工艺方法进行喷孔钻削加工，钻尖每步钻削前进的距离为0.1d，d为钻削刀具直径。采用一种多步往复钻削工艺方法，每次进给量为0.1d，d为钻削刀具的直径，通过优选进给速度，钻削刀具在一段时间内切削工件材料，一段时间后会脱离加工工件至设定的安全位置，不再进行切削，如此往复的切削运动以减少切屑堵塞的情况，利于排屑和散热，避免钻削刀具折断，提高加工效率。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其特征在于，包括：
步骤1，设定初始的数控加工中心的机床坐标系OM-XMYMZM：以钻头的钻尖为原点OM；钻削主轴为ZM轴，且ZM垂直于地面；其中XM和YM为任意方向上相互垂直的两轴，但满足OMXMYM为垂直于ZM轴的平面；
步骤2，柴油发动机喷油嘴垂直安装于数控圆工作台的中心位置上，且数控圆工作台与地面平行放置；此时，柴油发动机喷油嘴的中心轴线与ZM轴重合；柴油发动机喷油嘴的顶点与原点OM不接触，且两者之间的距离根据加工需求设定；
步骤3，OMXMZM面绕YM轴旋转θ角，得到新的坐标系OM-XM1YMZM1；其中θ为将要加工的喷孔的中心轴线与喷油嘴中心轴线的夹角，根据实际加工的喷油嘴工艺需求计算得出；然后将新的坐标系OM-XM1YMZM1的原点OM沿XM1方向移动b的距离，b为根据实际加工的喷油嘴工艺需求计算得出，获得最终坐标系OM2-XM2YM2ZM2；
步骤4，移动钻头，使得钻削主轴随之更新为ZM2，且将钻头的钻尖对原点OM2进行喷孔钻削加工，完成一个喷孔的钻削加工；
步骤5，加工下一个喷孔前，将数控圆工作台水平方向上旋转角度φ，从而带动柴油发动机喷油嘴绕喷油嘴中心轴线旋转角度φ，钻削主轴和钻尖位置不变，钻削主轴仍为ZM2，钻尖继续在原点OM2上进行喷孔钻削加工；按照上述方法操作直到完成所有喷孔的钻削加工。
2.如权利要求1所述的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其特征在于，步骤4和步骤5中采用多步往复钻削工艺方法进行喷孔钻削加工，钻尖每步钻削前进的距离为0.1d，d为钻削刀具直径。
3.如权利要求1所述的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其特征在于，钻头采用非共轴螺旋钻尖微钻。
4.如权利要求3所述的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其特征在于，非共轴螺旋钻尖微钻的微钻结构具体为：锋角的范围为130°～140°，螺旋角的范围为20°～30°，芯径比的范围为0.25～0.3。
5.如权利要求3所述的适用于柴油发动机喷油嘴的喷孔钻削加工方法，其特征在于，非共轴螺旋钻尖微钻的钻削主轴转速为18000r/min～24000r/min，钻削进给为5mm/min～10mm/min。
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