■濟(jì)南輕騎發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司（山東 250101）段洪珍 樊國(guó)榮

1.項(xiàng)目介紹

圖1是我公司給國(guó)外某公司加工的缸頭項(xiàng)目，從圖中可以看出，所加工的工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸比較多，同時(shí)所加工的尺寸要求也比較嚴(yán)，因此對(duì)加工中所需刀具也提出了更高的要求。

2.蓋面加工

從圖1可以看出蓋面所加工的尺寸較多，但歸納起來主要有三類尺寸：銑面、鉆鉸孔和攻螺紋。

圖1

蓋面上的面加工，圖樣要求表面粗糙度值Ra≤1.6 μm，平面度0.05 mm，要求雖然比較高，由于加工面比較窄，相對(duì)好保證，但由于邊緣較多，容易產(chǎn)生毛刺，缸頭的材料含硅量在6.5%～7.5%之間，低于12%的硅鋁合金，材料韌性較好，加工中容易產(chǎn)生毛刺，如果不注意對(duì)毛刺的控制，油道邊緣未去除的毛刺在缸頭工作時(shí)很有可能會(huì)掉落到油路中，對(duì)缸頭的工作產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)下道工序及裝配都存在安全隱患。針對(duì)以上加工特點(diǎn)，蓋面加工時(shí)需要選擇能適應(yīng)高速切削且切削鋒利的面銑刀，面銑刀上起關(guān)鍵作用的是刀片，因此在刀片選用上，采用專門加工鋁的硬質(zhì)合金刀片，配以合適的切削參數(shù)，雖然可以保證加工要求，且加工中所產(chǎn)生的毛刺有所改善，但所產(chǎn)生的毛刺仍存在安全隱患，為了更加有效地去除毛刺，特意根據(jù)所加工的材料，經(jīng)過多次試驗(yàn)，訂做了適合缸頭材質(zhì)的帶磨料的尼龍盤刷，與銑刀盤安裝在同一臺(tái)設(shè)備上，銑完面后，啟動(dòng)設(shè)備上換刀系統(tǒng)，換盤刷去毛刺，這樣既去除了毛刺，又不傷害所加工的表面。

對(duì)于孔的加工，一般先用階梯鉆進(jìn)行鉆孔、孔口倒角，后用鉸刀加工達(dá)到圖樣要求，根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備狀況，一般鉆頭的直徑比鉸刀直徑小0.30 mm，這樣既避免了鉸刀的過度磨損，又避免了孔加工不全或出現(xiàn)橢圓孔。

蓋面上比較難加工的尺寸是凸輪軸孔：孔直徑（36±0.012）mm，4個(gè)孔的總長(zhǎng)是340 mm，此孔長(zhǎng)徑比較大，超過9∶1，直徑尺寸要求嚴(yán)，且有同軸度和圓柱度要求，為了保證加工要求，經(jīng)過多方研究、討論制定了具體加工方案，在刀具的選擇上也進(jìn)行了特殊研究及訂制。

攻螺紋工藝是先鉆底孔，再攻螺紋，鉆頭尺寸的確定是根據(jù)螺紋孔的要求而定，螺絲孔一般有米制、擠壓及美制等要求，各種螺紋孔對(duì)鉆頭直徑要求是不同的，如同樣是M6絲錐，米制絲錐要求鉆頭的底孔在4.92～5.15 mm，而擠壓絲錐要求底孔在5.459～5.560 mm，當(dāng)然鉆頭公差的具體確定還需根據(jù)所用設(shè)備、所用刀柄及圖樣螺紋孔的精度要求來定。

3.合箱面加工

從圖2中可以看出，合 箱面上主要加工尺寸是銑面和氣門閥座、導(dǎo)管孔加工及鉆孔等。

合箱面的面加工，合箱面的寬度是220 mm，此平面的加工要求是平面度0.05 mm，表面粗糙度值Ra≤1.6m，從工藝要求來看，銑面的難點(diǎn)是所銑平面的寬度，通常銑刀盤的直徑需要比毛坯的最大切削寬度大25%～30%，以方便切屑的排出。依照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，需選擇直徑275～286 mm的面銑刀，但是，如果選擇直徑為275～286 mm的面銑刀盤，不僅面銑刀盤的價(jià)格昂貴，而且就目前我公司現(xiàn)有設(shè)備一般是立式加工中心，設(shè)備換刀庫要求最大不相鄰刀具尺寸為150 mm，直徑275～286 mm的刀盤根本無法安裝在設(shè)備換刀庫中，若重新采購(gòu)能用此刀盤的設(shè)備，那是不經(jīng)濟(jì)的，也是沒必要的；若改用小直徑的面銑刀，多次走刀，總是有或多或少的接刀痕，同時(shí)為了消除接刀痕，必須選用更高標(biāo)準(zhǔn)刀盤、刀片，也增加了采購(gòu)成本，在工裝的調(diào)試上也增加了難度。為了解決此問題，我公司對(duì)此刀具進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。

氣門閥座、導(dǎo)管孔加工尺寸是工件生產(chǎn)的關(guān)鍵尺寸，歷來是缸頭加工公司最為關(guān)注的部分，我公司也不例外。因此在刀具的選用上也最為關(guān)注，我公司在這方面也積累了多年的經(jīng)驗(yàn)。

圖2

下套前閥座和導(dǎo)管孔尺寸要求相對(duì)不是太嚴(yán)，一般刀具就能滿足要求。對(duì)于下套后刀具的選用，由于下套后氣門閥座密封性能直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放，氣門閥座與導(dǎo)管的加工質(zhì)量又直接影響缸頭的密封性，是缸頭加工的關(guān)鍵工序，在刀具的選用上一般采用國(guó)外知名刀具品牌，根據(jù)缸頭圖樣要求訂做刀具。為滿足閥座和導(dǎo)管孔質(zhì)量要求，也為了提高節(jié)拍，加工工藝是：先進(jìn)行90°倒角粗加工及導(dǎo)管孔粗加工，這兩個(gè)工步在一把刀上加工，再進(jìn)行90°閥座倒角精加工及精鉸導(dǎo)管孔，這兩個(gè)工步也是一把刀，精加工導(dǎo)管孔所用的刀具可以是鏜刀，也可以是鉸刀。在90°倒角精加工刀片選用上，為保證所加工表面的表面粗糙度質(zhì)量，選用的材質(zhì)是鑲嵌CBN刀片。

4.蓋面加工應(yīng)用案例

蓋面比較難加工的尺寸是凸輪軸孔，如圖3所示，孔直徑（36±0.012）mm，4個(gè)孔的總長(zhǎng)是340 mm，同時(shí)有同軸度及圓柱度要求?？梢钥闯鲋睆?6 mm尺寸要求嚴(yán)，長(zhǎng)徑比較大，超過9∶1，為了保證加工要求，經(jīng)過多方研究、討論制定了具體加工方案：先設(shè)計(jì)一把粗加工刀具，進(jìn)行兩端加工，保證尺寸直徑是35.5 mm，這把刀可以用一般鏜刀保證。然后進(jìn)行精加工，這是尺寸保證的關(guān)鍵。在工藝選擇方面，通過多次研究認(rèn)為：為了保證圖樣尺寸、圓柱度及同軸度等，4個(gè)孔在同一方向上加工，且一次裝夾，以防止由于工裝旋轉(zhuǎn)或工件二次裝夾影響加工精度，具體加工工藝是先設(shè)計(jì)一把直徑36 mm、長(zhǎng)度在150 mm左右的短刀進(jìn)行前兩孔的加工，然后再設(shè)計(jì)一把直徑36 mm，長(zhǎng)度>340 mm的刀具，以前兩個(gè)已加工好的孔為支撐，進(jìn)行后面兩個(gè)孔的加工。在刀具選用上，為了保證所加工孔的尺寸要求，必須尋找一個(gè)刀具廠家，以保證刀具的精度、剛性和直線度等要求。我公司經(jīng)過調(diào)研、查找樣本并與多個(gè)生產(chǎn)刀具的知名公司進(jìn)行技術(shù)交流，選出了幾個(gè)對(duì)刀具制造有多年研究的國(guó)外廠家，又經(jīng)過多次篩選、對(duì)比，最終選擇德國(guó)瑪帕（MAPAL）公司，通過與其進(jìn)行多次交流、討論，最后確認(rèn)了刀具設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其設(shè)計(jì)的刀具圖樣進(jìn)行確認(rèn)，刀具形狀如圖4所示。因它采用的是如圖所示可調(diào)式刀片，且可調(diào)式刀片搭配5個(gè)支撐導(dǎo)條，當(dāng)?shù)镀婚_始切削時(shí)即受到導(dǎo)條支撐，抵消了刀具和主軸因切削力而產(chǎn)生的變形和振動(dòng)。同時(shí)，刀具在使用時(shí)無論是調(diào)試還是加工都有嚴(yán)格的要求。如整個(gè)刀具的調(diào)整，雖然刀具長(zhǎng)度>340 mm，但刀具加工前必須調(diào)整到B處跳動(dòng)≤3m，A處跳動(dòng)≤3m。

5.合箱面加工應(yīng)用案例

銑合箱面，合箱面的寬度是220 mm，此平面的加工要求是平面度0.05 mm，表面粗糙度值Ra≤1.6m，從工藝要求來看，銑面的難點(diǎn)是所銑平面的寬度，而我公司此工序加工所用的設(shè)備是立式加工中心，此設(shè)備對(duì)刀具直徑的要求是：最大刀具直徑87 mm，最大不相鄰刀具直徑150 mm，且加工面不準(zhǔn)有接刀痕。

為了解決此問題，經(jīng)過多次研究、討論，對(duì)新設(shè)計(jì)的刀具進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)試切、返修，最后確定了刀具設(shè)計(jì)方案，如圖5所示，此刀具的組成是刀體、兩個(gè)機(jī)夾式鏜刀頭、兩片刀片，兩片刀片的材質(zhì)不同，其中一片是硬質(zhì)合金（見圖中A刀片），另一片是鑲嵌PCD刀片（見圖中B刀片）。刀具制作簡(jiǎn)單且大小可以調(diào)節(jié)，根據(jù)加工要求，刀具在加工前需進(jìn)行調(diào)試，具體要求為：先調(diào)整兩刀片的徑向距離直徑是280 mm，但兩片刀片距離刀具中心是不一樣的，如圖5L3=140.5 mm，L4=139.5 mm；然后調(diào)整兩片刀片的軸向距離，高度相差0.05 mm，如圖尺寸L2比尺寸L1大0.05 mm。刀具在開始加工時(shí)，對(duì)刀具進(jìn)行定位，保證硬質(zhì)合金刀片先接觸需加工表面，這樣就保證了硬質(zhì)合金刀片始終先接觸需加工表面，即硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行粗加工，鑲嵌PCD刀片進(jìn)行精加工。由于此刀盤只有兩個(gè)切削刀片，對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行了適當(dāng)降低：由用一般小刀盤時(shí)轉(zhuǎn)速5000 r/min，降到2000 r/min，轉(zhuǎn)速雖然降低了，但刀具加工時(shí)由原來使用小刀盤三次走刀，改為一次走刀，加工節(jié)拍反而比原來略有提高。

圖3

圖4

圖5

另外，刀具在設(shè)備上裝夾問題，由于所用設(shè)備是立式加工中心，最大不相鄰刀具尺寸 125 mm，直徑 275～286 mm的刀盤設(shè)備刀具庫中根本裝不下，若一臺(tái)加工中心只安裝這一把刀是不經(jīng)濟(jì)的。為了保證此刀盤的正常使用，又不影響其他工步的加工，制作了一個(gè)庫外存刀工裝，然后把這個(gè)工裝裝夾固定在機(jī)床的工作臺(tái)上，單獨(dú)把這把大直徑刀具置于這個(gè)庫外存刀工裝上，而不是放在加工中心自帶的刀庫里。換刀的時(shí)候不是用加工中心自動(dòng)換刀裝置來換刀，而是通過程序控制主軸定向、主軸定位，以及主軸夾爪松開、抓緊、提刀和移出等幾個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)這個(gè)抓刀過程。這樣既消除了接刀痕，又不超過設(shè)備要求。

6.結(jié)語

通過對(duì)刀具的合理選擇，及在刀具使用中進(jìn)行嚴(yán)格的操作，保證了所加工缸頭的產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了客戶要求。