肖鐵忠，黃 娟，羅 靜

（1.四川工程職業(yè)技術學院車輛工程系，四川德陽 618000；2.重慶理工大學汽車零部件先進制造技術教育部重點實驗室，重慶 400054）

發(fā)電機組氣缸頭氣門精加工專用夾具設計*

肖鐵忠1，黃 娟1，羅 靜2

（1.四川工程職業(yè)技術學院車輛工程系，四川德陽 618000；2.重慶理工大學汽車零部件先進制造技術教育部重點實驗室，重慶 400054）

氣缸頭是發(fā)動機的配氣元件，是發(fā)動機最重要的零部件之一，其氣門的加工精度將直接決定發(fā)動機的品質(zhì)與性能。文章針對某通用發(fā)電機組發(fā)動機氣缸頭氣門精加工精度要求，通過分析其技術難點，確定了氣門的精加工工藝方案，根據(jù)工藝方案，制定了工件的定位夾緊方案，并設計了專用夾具的結構，說明了專用夾具的工作原理。通過夾具的實際應用并對工件實際加工實驗，測得氣門的各項精度均達到或超過企業(yè)的技術要求，氣缸頭的生產(chǎn)節(jié)拍為0.63min/件，實際生產(chǎn)能力達到36萬件/年。

氣缸頭；氣門；專用夾具；結構設計

0 前言

氣缸頭是發(fā)電機組的重要部件，它的精度將直接決定發(fā)動機的整體品質(zhì)與性能［1］，而氣缸頭加工中，氣門加工是最關鍵的工序，其精度直接影響氣缸頭的整體性能，是加工企業(yè)的重點關注對象［2］。針對氣門精加工，加工企業(yè)一般采用以下兩種方式，一是在高精度加工中心上完成，其特點是只能單軸單工位加工，精度高，效率低，適合單件或小批量生產(chǎn)；二是設計專用機床，其特點是加工精度高，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)［3-4］。重慶某企業(yè)氣缸頭的年生產(chǎn)量在12萬件左右，屬于大批量生產(chǎn)，故需要設計針對此工序的專用夾具及機床，以滿足企業(yè)對加工精度及生產(chǎn)效率的要求。

1 技術要求

氣缸頭氣門導管孔與座圈孔的尺寸精度及形位誤差要求如圖1所示。

由圖知，氣門加工精度要求較高，主要技術要求總結如下：

（2）座圈孔與導管孔的圓柱度為0.01mm，導管孔中心線與座圈孔中心線的同軸度為φ0.01mm，座圈孔中心線相對于曲軸孔中心線的垂直度為0.02mm；

（3）導管孔與座圈孔的表面粗糙度Ra=0.8μm；

（4）導管孔與座圈孔中心線與氣缸頭底面成13°夾角。

圖1 氣門加工精度要求示意圖

2 工藝分析

企業(yè)設計的氣缸頭生產(chǎn)綱領為12萬件/年，合格率為99.9%，針對氣門精加工，加工企業(yè)一般采用針對大批量生產(chǎn)的專用機床。采用專用機床加工氣門的方案，先進合理的夾具是工件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的重要保障，故需設計滿足此工序要求的專用夾具［5］；氣門導管孔與座圈孔精度要求較高，直接鉆削、鏜削無法滿足精度要求，需在鉆削及粗鏜的基礎上再次精鉸與精鏜［6］；氣門軸線與氣缸頭底面成13°角，此角度由專用夾具保證；氣門兩座圈孔壁最小間隔為3.5mm，如果在同一夾具上采用雙軸同時加工，刀具極易產(chǎn)生干涉，所以將氣門孔在同一機床的同一夾具上的兩個工位上雙軸同時加工，防止干涉，提高生產(chǎn)效率。綜上，設計的專用機床如圖2所示，機床主要由床身、數(shù)控滑臺、專用夾具、主軸箱、專用刀具、主軸電機、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。

圖2 專用機床結構示意圖

3 夾具結構設計

3.1 定位結構設計

工件加工時，需要限制六個自由度，保證工件位置保持不變，缸體類孔加工一般采用一面兩銷的定位方式［7-8］，其定位方案如圖3所示，由2個φ10mm的定位銷8與工件支撐板5構成定位裝置對工件進行完全定位。氣門在兩個工位上分別加工，故在夾具體上設置兩套定位機構。

3.2 夾緊機構設計

在實際生產(chǎn)時，若定位方式是正確合理的，但如果夾緊方案不合理，可能使定位位置在加工過程中出現(xiàn)移動，進而造成工件的形位誤差達不到技術要求，嚴重時會使工件飛出夾具，造成安全事故。本文在正確分析工件工藝情況、自身結構特點、方便上下料及夾具自動化程度等的基礎上，設計了圖3所示的夾緊機構。由圖知，每個工位上均有兩個夾緊機構，夾緊機構由氣缸10、夾緊機構底座1、回轉導桿14、回轉導向槽11、導套12、壓緊板13及壓頭9等組成。氣缸向上運動時，推動夾緊機構使其處于圖示雙點劃線位置，松開工件，方便人工下料及工件定位；工件正確定位后，氣缸向下運動，拉緊夾緊機構對工件進行夾緊，保證加工過程中工件的正確定位位置固定不變，順利正確的完成氣門的精加工。

圖3 專用夾具結構

3.3 夾具工作原理

在圖3中，工件裝夾前，氣缸10推動回轉導桿14向上運動，由導套12導向，同時，回轉導桿在回轉導向槽11作用下做回轉運動，帶動壓緊4 結束語

（1）設計的專用夾具在重慶市某機械制造企業(yè)的發(fā)動機生產(chǎn)線上得以應用，氣缸頭加工實際生產(chǎn)節(jié)拍為0.63min/件，按每年工作280天，設備負荷率為0.85，兩班8小時的工作制度，實際生產(chǎn)能力達到36萬件/年，遠超過企業(yè)對生產(chǎn)能力的要求；

（2）實際生產(chǎn)表明，工件的各項加工精度均達到或超過企業(yè)要求；

（3）設備實際生產(chǎn)近兩年以來，幾乎沒有出現(xiàn)過故障，且各項精度均保持良好；

（4）由于設備運行情況良好及精度高，企業(yè)正準備投產(chǎn)第二條生產(chǎn)線。

綜上，設計的專用夾具效果理想，為同類設計提供有益參考。

［1］吳嘉明.摩托車發(fā)動機氣缸頭氣門鏜鉸數(shù)控專機的設計［J］.組合機床與自動化加工技術，2002（11）：67-69.

［2］黃麗云.一種氣缸蓋氣門導管孔加工工藝［J］.內(nèi)燃機，2013（5）：26-27.

［3］李文迪，王合增，楊紅梅.精銑缸體底面鉆鉸定位銷孔數(shù)控機床的研發(fā)［J］.組合機床與自動化加工技術，2013（6）：124-129.

［4］袁旭群.曲軸箱半精鏜缸孔并倒角組合機床的設計［J］.機床與液壓，2012（8）：27-29.

［5］劉玉梅，邢鵬飛，潘為祥，等.發(fā)動機機體通大側面斜油孔加工工藝研究［J］.制造技術與機床，2009（2）：159-161.

［6］席瑞生.氣缸蓋導管孔系加工的新思路及應用［J］.裝備制造技術，2010（2）：166-168.

［7］羅靜，肖鐵忠，龔文君，等.發(fā)動機缸體曲軸孔加工專用鏜床設計［J］.制造技術與機床，2013（9）：76-79.

［8］李吉，賴玉活，馮月霞.發(fā)動機氣缸鉆孔專用夾具設計［J］.組合機床與自動化加工技術，2013（3）：108-110.

（編輯 李秀敏）

Cylinder Head Valves of Generating Units Finishing Special Fixture Design

XIAO Tie-zhong1，HUANG Juan1，LUO Jing2
（1.Vehicle Engineering Department，Sichuan Engineering Technical College，Deyang Sichuan 618000，China；2.Key Laboratory of Manufacture Techniques for Automobile Parts Ministry of Education，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China）

Cylinder head is a valve train of the engine，and is one of the most important parts of the engine，so its precision valve will directly determine the quality and performance of the engine.In this paper，aimed at engine cylinder head valve finishing accuracy requirement of a generic Generating units，by analyzing its technical difficulties，the valve finishing process plan was determined.According to the process plan，a positioning and clamping program of the workpiece was developed，and special fixture structure was designed，and then operational principle of this special fixture was illustrated.Through the practical application of this fixture and actual processing workpiece experiments，the accuracy of the measured valves all meet or exceed the technical requirements of the enterprise.The cylinder head tact is 0.63m in/parts，and the actual production capacity reaches 360，000/year.

cylinder head；valve；special fixture；structure design

TH122；TG506

A

1001-2265（2015）03-0147-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.03.040

2014-06-13

重慶市教委科學技術研究項目資助（KJ130806）

肖鐵忠（1986—），男，湖南新化人，四川工程職業(yè)技術學院教師，碩士，研究方向為先進制造技術及裝備；通訊作者：黃娟（1987—），女，四川人，四川工程職業(yè)技術學院教師，碩士，研究方向為機械電子工程，（E-mail）460046931@qq.com。