CN113996829A - 柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法 - Google Patents

Abstract

提供一种柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，具体步骤如下：将需要加工大孔径的柴油机缸盖通过多点定位工装固定在加工中心上；利用由不同直孔粗加工刀具和锥面粗加工刀具对大孔径中的多档直孔和锥面孔进行去余量加工；利用组合式精镗刀对柴油机缸盖上的大孔径的多档直孔和锥面孔同时进行精加工。本发明实现了大孔径中多档直孔和锥面孔与基准孔一刀加工的要求，实现了零件设计基准和加工基准的统一，避免了基准转换和旋转工作台的误差累积，提高了工件加工精度，保证产品质量。

Description

柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法

技术领域

本发明属于孔系加工技术领域，具体涉及一种柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法。

背景技术

缸盖是集大量孔系为一身的典型、复杂、箱体类零件，其上孔系根据各自的用途不同而在结构、尺寸、精度等方面不尽相同。缸盖阀座孔的锥面加工质量直接影响柴油机整机供气系统的密封性，故此处的加工在整个缸盖的加工中尤为重要。

某型船用柴油机缸盖的阀座孔主要要求如图2所示：φ148H8的一档大径直孔1-1、

的二档中径直孔1-2、90°的锥面孔1-3和

的三档小径直孔1-4，锥面孔相对φ148H8孔的跳动0.03mm、锥面孔上理论直径为φ142处的锥面深度为19±0.2、粗糙度Ra1.6μm。该型缸盖为铸铁件，总厚370，由图2可以看出，该孔沿缸盖厚度方向贯穿了整个缸盖，由三档直孔、锥面孔和一种R型环槽组成的复杂孔系，且孔径由φ138过渡到φ148，此种规格在缸盖上属于大型孔，再加上被测锥面与基准孔φ148分距整个孔系的两端，基准孔的有效深度仅有45，为后续锥面0.03的跳动要求增加了加工难度。

目前，类似图2的大规格、高精度锥面孔系的加工采用刀具返刮+人工刮研的方法保证，产品质量完全依靠刮研师傅的经验和技能，既没有生产效率又质量不可控，是阻挠机械行业发展的瓶颈。

从图2可以看出，被加工锥面孔是在零件内部且距基准孔较远的位置上，传统加工方式是将缸盖侧立在工作台上，先精镗基准孔φ148H8，然后利用机床工作台旋转功能，将缸盖旋转180°后由阀座孔的另一端反向进刀，刀具偏置，反刮90°锥面。这样加工的缺点是：1)在锥面孔的加工结果中叠加了工作台的回转精度误差——工作台180°的旋转误差；2)旋转加工时需要建立中间基准进行加工基准转换，增加了基准转换误差；3)加工时缸盖的实际装夹状态(缸盖是否有前倾、后仰现象)直接影响锥面相对远端基准孔的跳动结果。

通过现在的加工方法制造的缸盖孔系实际效果：基准孔精度满足要求，但三坐标检测锥面孔跳动超差、贴合度检具检查断线、锥面深度超差。前两种超差情况可以通过增加人工刮研来修正，可刮研每次的去除量非常小，所以要想通过人工刮研来修正锥面贴合(及锥面跳动)、提高表面粗糙度的工作量非常大，而且刮研对工人的操作技能要求很高，不同的人刮研出来的结果就会不同，稍有不慎，整个缸盖报废；当出现第三种情况时，锥面深度19±0.2接近下差或已经小于下差时，则锥面刮研也无法对其进行修整，整个缸盖直接做报废处理。由于这种加工方法存在的不确定性，随时都会引起加工质量的大问题，给公司造成无法估计的经济损失。

随着企业发展，该型缸盖年产量逐年攀升，原有加工方式已不能满足批量生产的要求，故需要摒弃原有效率低下的加工方式，重新研究设计新的高效加工方案。因此提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，本发明通过设计大规格孔系的组合刀具，实现了大孔径中多档直孔和锥面孔与基准孔一刀加工的要求，实现了零件设计基准和加工基准的统一，避免了基准转换和旋转工作台的误差累积，提高了工件加工精度，保证产品质量，降低生产成本。

本发明采用的技术方案：柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，该加工方法是针对柴油机缸盖上具有直径依次变小或变大的多档直孔和锥面孔组成的一大孔径进行加工，具体步骤如下：

步骤1)：将需要加工大孔径的柴油机缸盖通过多点定位工装固定在加工中心上；

步骤2)：用多把粗镗刀从大孔径的大端对大孔径的多档直孔进行去余量加工；

步骤3)：用成型刀反向加工锥面孔的退刀槽，减小锥面刀加工时刀刃与被加工部位的接触刃长；

步骤4)：用返刮刀具对锥面孔进行反向去余量；

步骤5)：设计组合式精镗刀，利用组合式精镗刀对柴油机缸盖上的大孔径的多档直孔和锥面孔同时进行精加工，所述组合式精镗刀上设有对大孔径中的多档直孔和锥面孔进行一次同时加工的不同直孔精加工刀具和锥面精加工刀具。

其中，所述大孔径中从一端向另一端依次包括一档大径直孔、二档中径直孔、锥面孔和三档小径直孔，对应的，所述组合式精镗刀包括刀体，所述刀体上对应不同孔径加工尺寸要求设有一档大径直孔精镗刀、二档中径直孔精镗刀、锥面孔精镗刀和三档小径直孔精镗刀。

进一步的，所述刀体一端连接有刀柄，所述刀体与刀柄之间通过法兰调节螺钉连接。

进一步的，所述一档大径直孔精镗刀对应处的刀体圆柱面上设有一档导向条，所述一档大径直孔精镗刀在径向上高于一档导向条且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间；所述二档中径直孔精镗刀对应处的刀体圆柱面上设有二档导向条，所述二档中径直孔精镗刀在径向上高于二档导向条且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间；所述三档小径直孔精镗刀对应处的刀体圆柱面上设有三档导向条，所述三档小径直孔精镗刀在径向上高于三档导向条且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间。

其中，所述多点定位工装包括工装底座，所述工装底座上部中间设有用于对柴油机缸盖进行支撑的支撑块，所述支撑块前后两侧一侧设有下挡销且另一侧设有推紧螺钉，所述工装底座上竖直两侧设有立柱，所述立柱顶部设有桥形压板，所述立柱内侧设有两个独立的挡块支架，所述挡块支架内侧设有侧挡块，所述侧挡块上设有顶紧螺钉，所述挡块支架正面设有两处挡块，所述挡块支架背面设有夹紧板。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案将大规格、高精度的大孔径中的多档直孔和锥面孔统一到一起，设计大规格孔系的组合刀具，实现了大孔径中多档直孔和锥面孔与基准孔一刀加工的要求，实现了零件设计基准和加工基准的统一，避免了基准转换和旋转工作台的误差累积，提高了工件加工精度，保证产品质量，降低生产成本；

2、本方案大大缩短了具有大规格、高精度大孔径工件的机械加工流程，能更好的保证批量生产时的质量稳定性，更适合现在工厂发展的节奏。大规格非标组合刀具的顺利使用为后期大规格、高精度孔系的加工提供了丰富的设计思路和使用经验。

附图说明

图1为本发明中的组合式精镗刀的一种实施结构示意图；

图2为本发明中的某型柴油机缸盖阀座孔的结构示意图；

图3为本发明中多点定位工装的结构主视图；

图4为本发明中多点定位工装的结构左视图；

图5为本发明中多点定位工装的结构后视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-5，详述本发明的实施例。

实施例1：

柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，该加工方法是针对柴油机缸盖上具有直径依次变小或变大的多档直孔和锥面孔组成的大孔径进行加工，具体步骤如下：

步骤1)：将需要加工大孔径1的柴油机缸盖通过多点定位工装2固定在加工中心上；

步骤2)：用多把粗镗刀从大孔径1的大端对大孔径1的多档直孔进行去余量加工；

步骤3)：用成型刀反向加工锥面孔的退刀槽，减小锥面刀加工时刀刃与被加工部位的接触刃长；

步骤4)：用返刮刀具对锥面孔进行反向去余量；

步骤5)：设计组合式精镗刀3，利用组合式精镗刀3对柴油机缸盖上的大孔径1的多档直孔和锥面孔同时进行精加工，所述组合式精镗刀3上设有对大孔径1中的多档直孔和锥面孔进行一次同时加工的不同直孔精加工刀具和锥面精加工刀具。

实施例2：

针对图2所示的某型柴油机缸盖阀座孔，该阀座孔为需要加工的大孔径1，该大孔径1大端起依次包括φ148H8的一档大径直孔1-1、

的二档中径直孔1-2、90°的锥面孔1-3和

的三档小径直孔1-4，从图2分析，该孔系的精度要求和加工难点都集中在锥面孔1-3上，要想提高加工效率，就要使锥面孔1-3加工在设备上一次完成且加工质量稳定，彻底剔除人工刮研这个步骤。

仔细分析该孔结构特点和功能性，保证90°的锥面孔1-3相对于基准孔φ148H8的一档大径直孔1-1跳动0.03的要求是整个新方案的关键点，本发明提出将基准要素与被检要素的加工合并在一起的加工思路，根据这个新的理念，重新分析该孔结构发现，被加工锥面孔1-3前端有一个

深孔的二档中径直孔1-2，该孔将基准孔φ148H8的一档大径直孔1-1和90°的锥面孔1-3连接起来，故利用该孔做中间桥梁，将基准孔和锥面孔加工统一到一起，设计大规格孔系的组合刀具。

具体步骤如下：

步骤1)：将需要加工大孔径1的柴油机缸盖通过多点定位工装2固定在加工中心上；

其中，如图3-5所示，所述多点定位工装2包括工装底座2-1，所述工装底座2-1上部中间设有用于对柴油机缸盖进行支撑的支撑块2-4，所述支撑块2-4前后两侧一侧设有下挡销2-5且另一侧设有推紧螺钉2-9，所述工装底座2-1上竖直两侧设有立柱2-2，所述立柱2-2顶部设有桥形压板2-3，所述立柱2-2内侧设有两个独立的挡块支架2-10，所述挡块支架2-10内侧设有侧挡块2-6，所述侧挡块2-6上设有顶紧螺钉2-11，所述挡块支架2-10正面设有两处挡块2-8，所述挡块支架2-10背面设有夹紧板2-7。

缸盖采用侧面定位装夹方式，在卧式加工中心上加工，这种装夹状态便于镗孔时的排削和加工后对孔的加工情况的观察。但为了消除原装夹状态中缸盖产生的前倾或后仰的不确定现象，多点定位工装2的定位和夹紧点位的个性化设置，能够有效减少因装夹不可靠而引起的零件变形误差，为新的高效加工提供可靠的装夹定位保障，此套多点定位工装2的使用能够保证零件装夹可靠稳定，零件无变形。

步骤2)：用多把粗镗刀对φ148H8的一档大径直孔1-1、

的二档中径直孔1-2和

的三档小径直孔1-4几处进行去余量加工，目的是为了去除铸造黑皮和修正各底孔的铸造位置偏差，保证后续精加工时各处加工余量均匀，为精加工提供高质量的底孔。φ148H8和

粗加工后为最后的精加工工序分别留余量在0.3-0.4间；

孔较深，借用它的结构优势，将该孔靠近90°锥面孔的地方设计为工艺支撑孔，即将

孔在粗加工时加工成台阶孔，靠近φ148H8端加工至

在近90°锥面孔处加工至

长约30，这样在组合精加工刀具上就可以在

处设置精加工刀片片和导向条用来做90°锥面孔的大端支撑。最后在组合精镗刀加工完整个孔后，再用一把粗镗刀将工艺台阶孔中的工艺台阶镗掉，此孔加工至图纸要求尺寸

步骤3)：成型刀R1.5反向加工90°的锥面孔1-3的退刀槽，减小锥面刀加工时刀刃与被加工部位的接触刃长，降低震刀风险。

步骤4)：利用返刮刀具对90°的锥面孔1-3进行反向去余量，目的是避免在锥面精加工时由于余量过大或锥面铸造底孔偏心等原因引起震刀，最终影响锥面的加工质量。

步骤5)：设计组合式精镗刀3，利用设计组合式精镗刀3对φ148H8的一档大径直孔1-1、

的二档中径直孔1-2、90°的锥面孔1-3和

的三档小径直孔1-4同时加工。

具体的，对应于所述大孔径1各档孔的位置尺寸要求，所述组合式精镗刀3包括刀体3-5，所述刀体3-5上对应φ148H8的一档大径直孔1-1处设有一档大径直孔精镗刀3-1、对应

的二档中径直孔1-2处靠近90°的锥面孔1-3一端设有二档中径直孔精镗刀3-2、对应90°的锥面孔1-3处设有锥面孔精镗刀3-3、对应

的三档小径直孔1-4处设有三档小径直孔精镗刀3-4，所述刀体3-5一端连接有刀柄3-6。该实施例中的组合式精镗刀3由刀柄3-6和刀体3-5组成，刀柄3-6为整套刀具提供动力，刀体3-5上则根据被加工孔的要求设置相应刀片。根据对此孔的精度分析，为保证最终孔的加工精度，需要对φ148H8的一档大径直孔1-1和90°的锥面孔1-3进行同时加工，故该组合式精镗刀3的刀体3-5上需要布置用于加工φ148H8和90°的刀片，又因为该孔系尺寸、深度都较大，所以在刀体3-5上还增加了

和

的加工刀片。

所述一档大径直孔精镗刀3-1对应处的刀体3-5圆柱面上设有一档导向条3-8，所述一档大径直孔精镗刀3-1在径向上高于一档导向条3-8且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间；所述二档中径直孔精镗刀3-2对应处的刀体3-5圆柱面上设有二档导向条3-9，所述二档中径直孔精镗刀3-2在径向上高于二档导向条3-9且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间；所述三档小径直孔精镗刀3-4对应处的刀体3-5圆柱面上设有三档导向条3-10，所述三档小径直孔精镗刀3-4在径向上高于三档导向条3-10且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间。本发明在φ148H8、

处分别设计导向条，这样就实现了基准孔和被检锥面孔一刀加工的要求，并且

两处导向条距90°锥面孔很近，在刀具进行锥面切削时两处导向条可以起到导向、支撑、防震的作用，保证了刀具切削过程的稳定性，这样既避免了基准转换和旋转工作台的误差累积，又防止了因刀具悬伸过长产生沉头、震刀现象的发生。刀具在90°的锥面孔精镗刀3-3背面设计支撑条，有效减少锥面刀进行切削时由于刀刃接触面积大而引起的让刀现象。

所述刀体3-5与刀柄3-6之间通过法兰调节螺钉3-7连接。由于该刀具在结构上多处设置有导向条，故在刀具与刀柄连接处设计成可调节式，这样既降低了整体刀具的制造精度和难度，又降低了刀具对设备的使用要求，扩大了刀具的可适用性。

由于大孔径1尺寸规格较大，所以组合式精镗刀3的重量也是一个问题，为了满足机床自动换刀的要求，在刀具设计时专门进行了刀具减重设计。在锥面孔1-3的粗糙度Ra1.6μm的问题上，从刀片材质和结构上入手，选用精度较高的精磨刀片且带修光刃，并且刀刃长度上要对锥面进行全覆盖，避免刀刃过短，在锥面上产生接刀痕，这样可以有效提高锥面加工的表面质量。

在使用组合式精镗刀3时，首先要在对刀仪上调整90°刀片角度，之后检查每一档刀片相对其导向条的高度差，刀刃高出导向条控制在0.01mm-0.015mm间。刀具首次使用时，将其安装在机床主轴上后，通过调整法兰调节螺钉3-7，使机床主轴、刀柄、刀体同轴，检查刀具远端跳动在0.005mm内方可进行使用。加工时，刀具先快速进孔，随着参与切削的刀刃数量增加，逐级降低刀具的S和F，当锥面加工完后，孔底暂停数秒(暂停时间以刀片刮一整圈的时长来计算)，可提高锥面的表面质量。最后，刀具退出时速度应与进刀时一致，以免S或F过高引起刀具抖动蹭伤孔壁。

该型柴油机缸盖阀座孔加工后经实际效果检验：经三坐标测量和贴合度量规检查，锥面角度和跳动完全满足图纸要求，蓝油贴合检查，贴合面积达到了85％以上。实践证明本加工方法合理、有效、可靠，使得该孔系的加工质量提升，效率翻倍，满足批量生产的要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，其特征在于：该加工方法是针对柴油机缸盖上具有直径依次变小或变大的多档直孔和锥面孔组成的大孔径(1)进行加工，具体步骤如下：

步骤1)：将需要加工大孔径(1)的柴油机缸盖通过多点定位工装(2)固定在加工中心上；

步骤2)：用多把粗镗刀从大孔径(1)的大端对大孔径(1)的多档直孔进行去余量加工；

步骤3)：用成型刀反向加工锥面孔的退刀槽，减小锥面刀加工时刀刃与被加工部位的接触刃长；

步骤4)：用返刮刀具对锥面孔进行反向去余量；

步骤5)：设计组合式精镗刀(3)，利用组合式精镗刀(3)对柴油机缸盖上的大孔径(1)的多档直孔和锥面孔同时进行精加工，所述组合式精镗刀(3)上设有对大孔径(1)中的多档直孔和锥面孔进行一次同时加工的不同直孔精加工刀具和锥面精加工刀具。

2.根据权利要求1所述的柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，其特征在于：所述大孔径(1)中大端起依次包括一档大径直孔(1-1)、二档中径直孔(1-2)、锥面孔(1-3)和三档小径直孔(1-4)，对应的，所述组合式精镗刀(3)包括刀体(3-5)，所述刀体(3-5)上对应不同孔径加工尺寸要求设有一档大径直孔精镗刀(3-1)、二档中径直孔精镗刀(3-2)、锥面孔精镗刀(3-3)和三档小径直孔精镗刀(3-4)。

3.根据权利要求2所述的柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，其特征在于：所述刀体(3-5)一端连接有刀柄(3-6)，所述刀体(3-5)与刀柄(3-6)之间通过法兰调节螺钉(3-7)连接。

4.根据权利要求2所述的柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，其特征在于：所述一档大径直孔精镗刀(3-1)对应处的刀体(3-5)圆柱面上设有一档导向条(3-8)，所述一档大径直孔精镗刀(3-1)在径向上高于一档导向条(3-8)且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间；所述二档中径直孔精镗刀(3-2)对应处的刀体(3-5)圆柱面上设有二档导向条(3-9)，所述二档中径直孔精镗刀(3-2)在径向上高于二档导向条(3-9)且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间；所述三档小径直孔精镗刀(3-4)对应处的刀体(3-5)圆柱面上设有三档导向条(3-10)，所述三档小径直孔精镗刀(3-4)在径向上高于三档导向条(3-10)且高度差控制在0.01mm--0.015mm之间。

5.根据权利要求1所述的柴油机缸盖上具有多档直孔和锥面孔的大孔径加工方法，其特征在于：所述多点定位工装(2)包括工装底座(2-1)，所述工装底座(2-1)上部中间设有用于对柴油机缸盖进行支撑的支撑块(2-4)，所述支撑块(2-4)前后两侧一侧设有下挡销(2-5)且另一侧设有推紧螺钉(2-9)，所述工装底座(2-1)上竖直两侧设有立柱(2-2)，所述立柱(2-2)顶部设有桥形压板(2-3)，所述立柱(2-2)内侧设有两个独立的挡块支架(2-10)，所述挡块支架(2-10)内侧设有侧挡块(2-6)，所述侧挡块(2-6)上设有顶紧螺钉(2-11)，所述挡块支架(2-10)正面设有两处挡块(2-8)，所述挡块支架(2-10)背面设有夹紧板(2-7)。

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