CN112475799A - 内燃机气门横臂加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了内燃机气门横臂加工方法，包括以下步骤：S1：精车管体的外圆，初步加工内孔、上端面、凹槽底面、螺纹孔底孔；S2：淬火；S3：提供专用夹具，专用夹具被装在加工中心的工作台上，其包括底座、第一夹持部与第二夹持部，该两夹持部的相对的侧面分别设有半圆柱面；在加工中心通过校表检测第一夹持部的半圆柱面与Z轴方向的平行度，若平行度大于0.005mm，则精镗第一夹持部的半圆柱面，校验合格后，用专用夹具夹紧管体外圆，粗铣内孔、镗内孔、精铣凹槽底面及精铣螺纹孔；S4：珩磨内孔；S5：在平面磨床上夹持管体的外圆，研磨上端面。本发明的加工方法使内孔的圆形度、凹槽底面与内孔的垂直度、螺纹孔与内孔的平行度、上端面与内孔的垂直度具有很高的精度。

Description

内燃机气门横臂加工方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种内燃机气门横臂加工方法。
背景技术
请参考图1，内燃机的气门横臂100包括管体101、设置在管体101上端并向左延伸的左臂104和向右延伸的右臂106。管体101内具有一轴向延伸的内孔102，其中内孔102的上端为封闭端。在左臂104的下表面具有一凹槽底面105，右臂106设有一与内孔102平行的螺纹孔107。内燃机对内孔102的圆形度、凹槽底面105相对于内孔102内壁的垂直度、螺纹孔107相对于内孔102的平行度、上端面103相对于内孔102内壁的垂直度要求很高。对于气门横臂100这种异形工件，尤其是在对精度要求高的时候，现有的加工方法的精度常常达不到要求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种内燃机气门横臂加工方法，气门横臂包括管体、设置在管体上端并向左延伸的左臂和向右延伸的右臂，管体内具有一轴向延伸的内孔，其中内孔的上端为封闭端，在左臂的下表面具有一凹槽底面，右臂设有一与内孔平行的螺纹孔，包括以下步骤：
S1：精车管体的外圆，然后夹持管体外圆，初步加工内孔、上端面、凹槽底面、螺纹孔的底孔；
S2：淬火使凹槽底面和上端面硬化；
S3：提供专用夹具，专用夹具被安装在加工中心的工作台上，专用夹具包括一底座、固定在底座上的一第一夹持部与第一夹持部相对并能够向着或远离第一夹持部运动的第二夹持部，第一夹持部和第二夹持部分别设有两个调节螺栓，第一夹持部与第二夹持部的相对的侧面分别设有半圆柱面；在加工中心的主轴上装校表，将所述第一夹持部与第二夹持部夹紧，通过校表检测第一夹持部及第二夹持部的半圆柱面与Z轴方向的平行度，若平行度大于0.005mm，则精镗第一夹持部及第二夹持部的半圆柱面至平行度在0.005mm以内，待第一夹持部及第二夹持部的半圆柱面校验合格后，用专用夹具夹紧管体外圆，倒置气门横臂使上端面落在底座上，用四个调节螺栓分别从两侧抵紧左臂和右臂，然后再精镗内孔、精铣凹槽底面及精铣螺纹孔；
S4：珩磨内孔；
S5：在平面磨床上夹持管体的外圆，研磨上端面。
本实施方式的有益效果在于：采用专用夹具，并在专用夹具安装后精镗第一夹持部及第二夹持部的半圆柱面，确保在加工过程中管体外圆严格与加工中心的Z轴平行，保证了专用夹具的定位面的精度；以管体外圆作为基准，保证了凹槽底面与管体外圆的垂直度以及螺纹孔与管体外圆的平行度，再通过珩磨方法精整内孔，从而进一步地使得凹槽底面与内孔的垂直度、螺纹孔与内孔的平行度达到所期望的值；继续以管体外圆为基准，在平面磨床上研磨上端面。
在一些实施方式中，底座上表面具有一安装槽，第一夹持部包括安装块和设置在安装块的一侧面的定位部，定位部的侧面为半圆柱面，安装块的下端通过螺栓固定在安装槽中。
在一些实施方式中，底座的底面与加工中心的工作台贴合，底座的长边侧面与加工中心的Y轴平行，安装块的与定位部相背的另一侧面与加工中心的X轴平行。
在一些实施方式中，第二夹持部与一气缸连接，气缸推动第二夹持部沿加工中心的Y轴方向靠近和远离第二夹持部。
在一些实施方式中，在步骤S3中，用立铣刀对凹槽底面进行精铣操作，立铣刀为螺旋式四刃铣刀，其前角为5°，主后角为8°，副后角为20°螺旋角为35°。
在一些实施方式中，立铣刀的材质为PN90。
在一些实施方式中，立铣刀的切削量为0.2mm，转速为3000转/分钟，每转进给量为0.1mm。
在一些实施方式中，采用珩磨工具珩磨内孔，珩磨工具包括珩磨杆、珩磨条座、固接在珩磨条座上的第一油石和第二油石，第一油石的前端与珩磨杆的前端对齐，第二油石与第一油石间隔设置，橡胶圈箍在第一油石与第二油石之间的间隔中。本实施方式的珩磨工具大大减少了油石前端到珩磨杆前端的距离，第一油石能够接触到内孔的内端，消除了珩磨死角，适用于盲孔的珩磨。
在一些实施方式中，在步骤S2中，淬火方法为高频淬火。
附图说明
图1为本发明一实施方式的气门横臂剖视图。
图2为本发明一实施方式的气门横臂俯视图。
图3为本发明一实施方式的气门横臂的加工方法流程图。
图4为本发明一实施方式的专用夹具的正视图。
图5为本发明一实施方式的专用夹具的俯视图。
图6为本发明一实施方式的珩磨工具的局部剖视图。
符号说明：
气门横臂100、管体101、上端面103、左臂104、凹槽底面105、右臂106、螺纹孔107、工艺夹持凸台108、专用夹具200、底座201、第一夹持部202、第二夹持部203、调节螺栓204、安装槽205、安装块206、定位部207、半圆柱面208、气缸209、珩磨工具300、珩磨杆301、珩磨条座302、第一油石303、第二油石304、橡胶圈305
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，本公开所述的内燃机的气门横臂100包括管体101、设置在管体101上端并向左延伸的左臂104和向右延伸的右臂106。管体101内具有一轴向延伸的内孔102，其中内孔102的上端为封闭端。在左臂104的下表面具有一凹槽底面105，右臂106设有一与内孔102平行的螺纹孔107。内孔102的圆形度不超过0.01mm，凹槽底面105相对于内孔102内壁的垂直度不超过0.02mm，螺纹孔107与内孔102的平行度不超过0.02mm，管体101的上端面103相对于内孔102内壁的垂直度不超过0.02mm。凹槽底面105和上端面103均为淬硬区。为了达到上述要去，本公开提供一种内燃机气门横臂100加工方法。
请参考图3，本方法包括以下步骤：
S1：精车管体101的外圆，然后夹持管体101外圆，初步加工内孔102、上端面103、凹槽底面105、螺纹孔107的底孔。
气门横臂100的毛坯为铸件，该铸件上包含了管体101、内孔102、左臂104及右臂106，铸件的上端具有工艺凸台。
将管体101装夹到车床上，夹紧管体101的外圆，车工艺凸台的外圆，然后夹紧工艺凸台，车管体101的外圆和内孔102，再粗镗内孔102。
上车床，夹紧管体101的外圆，车掉工艺凸台，留出0.2mm的端面磨削余量。
在加工中心上，用夹具夹紧管体101的外圆，铣出凹槽底面105和螺纹孔107的底孔。
请参考图2，在左臂104的两侧以及右臂106的两侧还分别设有工艺夹持凸台108，在铣床上铣出这四个工艺夹持凸台108。
S2：淬火使凹槽底面105和上端面103硬化。
高频淬火使凹槽底面105和上端面103硬度达到510-600HV100，淬硬层的深度为1-2mm。
S3：提供专用夹具200，请参考图4和图5，该专用夹具200被安装在加工中心的工作台上，该专用夹具包括一底座201、固定在底座201上的一第一夹持部202与第一夹持部202相对并能够向着或远离所述第一夹持部202运动的第二夹持部203，第一夹持部202和第二夹持部203分别设有两个调节螺栓204，所述第一夹持部202与第二夹持部203的相对的侧面分别设有半圆柱面，在加工中心的主轴上装校表，将第一夹持部202与第二夹持部203夹紧，通过校表检测第一夹持部202及第二夹持部203的半圆柱面208与Z轴方向的平行度，若平行度大于0.005mm，则精镗第一夹持部202及第二夹持部203的半圆柱面208至平行度在0.005mm以内，第一夹持部202及第二夹持部203的半圆柱面208校验合格后，用专用夹具夹紧管体101外圆，倒置气门横臂100使上端面落在底座上，用四个调节螺栓204分别从两侧抵紧左臂104和右臂106，然后再精镗内孔102、精铣凹槽底面105及精铣螺纹孔。
在一些实施方式中，请参考图4，底座201上表面具有一安装槽205，第一夹持部202包括安装块206和设置在安装块206的一侧面的定位部207，定位部207的侧面为半圆柱面208，安装块206的下端通过螺栓固定在安装槽205中。
在一些实施方式中，底座201的底面、底座201的长边侧面、安装块206的与定位部207相背的另一侧面作为夹具安装的参考基准。具体而言，底座201的底面与加工中心的工作台贴合，底座201的长边侧面与加工中心的Y轴平行，安装块206的与定位部207相背的另一侧面与加工中心的X轴平行。本领域技术人员可以利用校表校验上述三个面是否与加工中心的坐标轴平行，如果不平行，则需要人工调整底座和第一夹持部202。在加工定位部207侧面的半圆柱面208时，以安装块206的与定位部207相背的另一侧面作为定位基准，进行铣削加工。
本步骤以管体101的外圆作为定位基准，确保在加工过程中管体101的外圆严格与加工中心的Z轴平行。因此，专用夹具的加工和装配精度是保证凹槽底面105与管体101的外圆的垂直度、螺纹孔的底孔与管体101的外圆的平行度的关键。在进行首件加工时，校验第一夹持部202的半圆柱面。若第一夹持部202的半圆柱面208与加工中心的Z轴偏差平行度超过0.005mm，则利用镗刀直接加工中心上精镗第一夹持部202的半圆柱面，以缩小平行误差。
在一些实施方式中，请参考图4或图5，第二夹持部203与一气缸209连接，气缸209推动第二夹持部203沿加工中心的Y轴方向靠近和远离第二夹持部203。第一夹持部202起到定位的作用，第二夹持部203的主要作用是与第一夹持部202配合夹紧管体101的外圆，因此不需要对第二夹持部203的半圆柱面进行校表。
在一些实施方式中，请参考图4或图5，第一夹持部202和第二夹持部203相对的侧面靠近下端位置分别设有两个调节螺栓204。改变调节螺栓204的长度使这四个调节螺栓204分别抵紧气门横臂100两侧的工艺夹持凸台108。此举的好处是通过设置调节螺栓204的伸出长度，使左臂和右臂沿加工中心的X轴方向延伸，缩小凹槽底面105和螺纹孔的位置误差。除此之外，调节螺栓204还可以在加工时限制气门横臂100转动。
在本步骤中，以管体101的外圆作为定位基准，严格控制专用夹具的定位面与加工中心Z轴的平行度，保证了凹槽底面105与管体101的外圆的垂直度以及螺纹孔107与管体101的外圆的平行度。
在一些实施方式中，用立铣刀对凹槽底面105进行精铣操作，使凹槽底面105的粗糙度为Rz6.3。一般而言，气门横臂100的凹槽底面105采用铣+磨的方式成型，其中研磨加工是在磨床上完成的。对于凹槽底面105而言，要求气门横臂100夹装两次才能完成精加工，前后两次夹装总会产生误差，而消除这样的误差是很费精力和时间的，并且效果也不一定理想。本实施方式以铣代磨，即精铣凹槽底面105，取得与研磨相同的光面效果。本实施方式的立铣刀为螺旋式四刃铣刀，其前角为5°，主后角为8°，副后角为20°，螺旋角为35°。立铣刀的材质为PN90。切削量为0.2mm，转速为3000转/分钟，每转进给量为0.1mm。
S4：珩磨内孔102。
在本步骤中，以管体101的外圆为基准，采用珩磨方法精整内孔102，保证内孔102与管体101的外圆的平行度，进一步地使得凹槽底面105与内孔102的垂直度、螺纹孔107与内孔102的平行度达到所期望的值。
传统的珩磨工具包括珩磨杆、珩磨条和斜胀杆。珩磨条包含珩磨条座和固接在珩磨条座上的油石。珩磨条设置在珩磨杆的槽中，其中珩磨条座内侧的斜面压在斜胀杆的楔形面上，珩磨条座的前端和后端用橡胶圈箍住，给予珩磨条座向心的作用力。在珩磨杆的前端面设有端封，端封除了轴向限位珩磨条座，还能限制橡胶圈脱落。虽然端封可以做成很薄，但是必须留出箍橡胶圈的距离，使得油石的前端到珩磨杆前端具有一段较长距离，导致珩磨工具无法珩磨无退刀槽或只有很短退刀槽的盲孔。气门横臂100的内孔102为盲孔，其封闭端呈球面状，球面的顶点到需要珩磨的加工面的距离仅仅4mm，应用传统的珩磨工具时，存在珩磨死角。
在一些实施方式中，采用改进的珩磨工具珩磨内孔102，请参考图6，该珩磨工具300包括珩磨杆301、珩磨条座302、固接在珩磨条座302上的第一油石303和第二油石304，第一油石303的前端与珩磨杆301的前端对齐，第二油石304与第一油石303间隔设置，橡胶圈305箍在第一油石303与第二油石304之间的间隔中。本实施方式大大减少了油石前端到珩磨杆前端的距离，第一油石303能够接触到内孔102的内端，消除了珩磨死角。
S5：在平面磨床上夹持管体101的外圆，研磨上端面。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.内燃机气门横臂加工方法，所述气门横臂包括管体、设置在管体上端并向左延伸的左臂和向右延伸的右臂，管体内具有一轴向延伸的内孔，其中内孔的上端为封闭端，在左臂的下表面具有一凹槽底面，右臂设有一与内孔平行的螺纹孔，其特征在于，包括以下步骤：
S1：精车管体的外圆，然后夹持管体外圆，初步加工内孔、上端面、凹槽底面、螺纹孔的底孔；
S2：淬火使所述凹槽底面和所述上端面硬化；
S3：提供专用夹具，所述专用夹具被安装在加工中心的工作台上，所述专用夹具包括一底座、固定在底座上的一第一夹持部与第一夹持部相对并能够向着或远离所述第一夹持部运动的第二夹持部，第一夹持部和第二夹持部分别设有两个调节螺栓，所述第一夹持部与第二夹持部的相对的侧面分别设有半圆柱面；在加工中心的主轴上装校表，将所述第一夹持部与第二夹持部夹紧，通过校表检测第一夹持部及第二夹持部的半圆柱面与Z轴方向的平行度，若平行度大于0.005mm，精镗第一夹持部与第二夹持部的半圆柱面至平行度在0.005mm以内，待第一夹持部及第二夹持部的半圆柱面校验合格后，用专用夹具夹紧管体外圆，倒置气门横臂使上端面支承在底座上，用四个调节螺栓分别从两侧抵紧左臂和右臂，然后再精镗内孔、精铣凹槽底面及精铣螺纹孔；
S4：珩磨内孔；
S5：在平面磨床上夹持管体的外圆，研磨上端面。
2.根据权利要求1所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，所述底座上表面具有一安装槽，所述第一夹持部包括安装块和设置在所述安装块的一侧面的定位部，所述定位部的侧面为半圆柱面，所述安装块的下端通过螺栓固定在所述安装槽中。
3.根据权利要求1所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，所述底座的底面与加工中心的工作台贴合，所述底座的长边侧面与加工中心的Y轴平行，所述安装块的与所述定位部相背的另一侧面与加工中心的X轴平行。
4.根据权利要求1所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，所述第二夹持部与一气缸连接，所述气缸推动所述第二夹持部沿加工中心的Y轴方向靠近和远离所述第二夹持部。
5.根据权利要求1所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，在步骤S3中，用立铣刀对凹槽底面进行精铣操作，所述立铣刀为螺旋式四刃铣刀，其前角为5°，主后角为8°，副后角为20°，螺旋角为35°。
6.根据权利要求5所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，所述立铣刀的材质为PN90。
7.根据权利要求6所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，所述立铣刀的切削量为0.2mm，转速为3000转/分钟，每转进给量为0.1mm。
8.根据权利要求1所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，采用珩磨工具珩磨内孔，所述珩磨工具包括珩磨杆、珩磨条座、固接在所述珩磨条座上的第一油石和第二油石，所述第一油石的前端与所述珩磨杆的前端对齐，所述第二油石与所述第一油石间隔设置，橡胶圈箍在第一油石与第二油石之间的间隔中。
9.根据权利要求1所述的内燃机气门横臂加工方法，其特征在于，在步骤S2中，淬火方法为高频淬火。
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