汽車發動機端蓋加工工藝改進研究論文
摘要：以汽車發動機端蓋零件為研究物件，以提高其加工精度和加工效率為目的，針對其結構特點，分別從生產工藝、專用數控機床及夾具設計、加工工藝改進等方面對其進行闡述，詮釋該零件的工藝改進方案和取得的效果，為同類零件的加工工藝改進提供了借鑑。
關鍵詞：發動機端蓋;夾具設計;工藝改進
在汽車製造領域中，離合器、變速箱、發動機和底盤都屬於加工工藝複雜的典型部件。汽車發動機端蓋是發動機上的重要部件之一，發動機端蓋的加工精度直接影響發動機的效能。目前，使用國內裝置加工發動機端蓋的工藝為兩次裝夾加工，不僅定位誤差大、加工步驟繁瑣、加工效率低，而且零件加工精度、一致性都受限於生產工人的水平。隨著生產企業對發動機端蓋的加工精度要求不斷提高，生產數量逐年增加，如何提高其產品的加工精度和生產效率已成為亟待解決的問題。本文正是來源於國內某汽車零部件加工製造類企業定製數控專用車床用於生產發動機端蓋時所需的配套技術服務方案。本文主要針對發動機端蓋的結構特點，以解決該類零件加工中存在的問題為目標，並最終制定出合理、高精、高效的加工方案。
1零件結構、精度要求及工藝路線
1.1發動機端蓋的結構分析
從圖1可以看出零件材質為鋁，薄壁、夾持時極易產生變形。夾持後的彈性變形較大。加工時由於工件外圓耳部是斷續切削，會造成刀具切入部位存在切削紋，同時，夾持後的彈性變形，會造成工件平面度、外圓圓度、外圓與內孔同軸度超差。
1.2發動機端蓋尺寸與精度要求分析
由圖2可見，該汽車發動機端蓋的形位精度要求高：基準Aφ226.5圓度0.05；φ221.1與基準A同軸度φ0.03；5-φ5.8位置度φ0.6；φ60與基準Bφ87.5同軸度φ0.04；垂直度要求0.03等。
1.3原加工工藝方案分析
最初使用者只用普通車床加工，加工工藝過程為在車床上利用三爪卡盤夾持外圓，先加工內孔、內孔端面、端面槽；之後進行二次裝卡，撐內孔，再加工五個爪的端面、外圓、徑向槽、外圓端面。原加工工藝方案中需要兩次裝夾，在第二次裝夾時，耗時長、定位誤差大、加工精度低，不僅出現加工後的變形現象，還有運輸中的磕碰變形。同時，原加工工藝方案，每班次只能加工64件（7.5min一件），採取三班制，一個月最多也只能加工4224件，加工效率低，根本滿足不了生產需求。
2加工工藝方案改進
2.1加工裝置的改進
加工裝置由原來的普通車床更換為數控專用機床，該裝置是在瀋陽第一機床廠生產的`T2數控機床的原有機械結構上，改進設計的一款加工發動機端蓋的專用裝置。該裝置最大的特點就是採用雙層導軌組成運動系統，一層導軌為刀架移動所用，另一層導軌為專用夾具所用，在專用夾具所用導軌上配置壓緊機構和組合鑽，如圖3所示。壓緊機構可以沿著床身導軌快進，接近工件後可以實現工進，壓在工件端面上，其壓緊盤與工件同步旋轉，刀具穿過壓緊盤工作。組合鑽同樣可以沿著導軌快進，接近工件後可以實現工進，組合鑽放在壓緊機構的託板上，越過壓緊盤、對應五點進行鑽孔。壓緊機構、組合鑽結構與主軸中心保持一致，可實現快進、工進、快退，定位精度高，夾具可靠，傳動準確。
2.2專用夾具設計
夾具由定位、壓緊、輔助支撐、氣密檢測、水衝屑、吹氣組成。為降低定位誤差、減小工件變形、提升加工精度，提高加工效率，突破性地提出了一種以摩擦驅動代替夾持驅動的裝夾方式。定位方式為三個定位爪定位小外圓（兩個固定點、一個活動點內有彈簧），端面軸向三個定位點，兩處角向定位；端面浮動支撐五處，分別對應支撐五個角；壓板上均布的三個柔性聚氨酯凸點，保證端蓋牢固可靠；夾具體上五個支撐油缸在油壓作用下彈起，支撐端蓋五個爪，保證斷續車削五個爪斷面的加工精度和鑽孔位置精度；油缸拖動多頭鑽電機向工件方向移動，實現在端蓋的五個爪端面上同時鑽孔。專業夾具主體實物圖見圖4，加工中裝夾方式見圖5。在試製加工過程中，產品合格率僅為80%，合格率嚴重製約著加工質量和效率，我們透過檢測夾持零件後的變形量，檢驗加工完畢的零件精度，發現問題，做如下的調整。首先，改變支撐點的方式和麵積，由原來的點對點、點對面更改為點對內嵌式的點，同時增加支撐點的面積。其次，改變支撐油缸的壓力。將輔助支撐壓力點的壓力調節到0.3MPa，壓板壓力調節到0.4～0.6MPa，支撐方式也做了微調整。最後，調整夾具的直口形式，防止由於零件鑄件的誤差導致干涉的問題，將尾座結構改為壓板結構，方便調節自身精度，方便刀具和鑽頭的調整。調整後的專業夾具既能保證零件的可靠夾持，又能防止壓力過大導致零件變形，最終產品加工的精度和效率都達到了使用者的要求。
2.3加工工藝改進
使用專用數控機床和夾具後，可以實現一次裝夾，完成零件內孔、端面、鑽孔等所有工序的加工，同時，該專用裝置也充分考慮接入自動線的需要，在結構設計上留出了足夠的空間。改進後的加工順序為先粗車五個爪的端面、外圓、徑向槽、外圓端面及內孔、內孔端面、端面槽；使用多頭鑽電機同時在五個爪端面上鑽孔，最後精車五個爪的端面、外圓、徑向槽、外圓端面及內孔、內孔端面、端面槽。改進後的工藝方案為一次裝夾，避免了二次裝卡對加工精度及定位誤差所造成的影響，同時節約了二次裝卡時間，縮短了輔助加工時間，使用多頭鑽電機一次攻鑽五個孔，與使用伺服動力刀座連續五次、每次加工一個孔比較，大大節約了加工時間，加工效率提升30%左右；使用摩擦驅動代替卡持驅動，消除了裝卡變形對工件精度的影響。
3加工精度對比
採用改進後的加工工藝方案，透過多次加工檢測，加工精度和效率都有了明顯的提高，加工精度對比見表1。
4工藝方案實施及應用
汽車發動機端蓋零件的車削加工工藝新方案已被企業應用。在該零件的加工中，使用這種工藝方案不僅擺脫了原有方案對生產人員的經驗、技術的依賴，同時也降低了此類零件加工的輔助時間，大幅度地提高了生產率；專用夾具的使用，使工序能夠集中完成，提升了此類零件的加工精度、加工效率和一致性。該工藝方案的成功應用，滿足了國內市場對發動機端蓋零件類零件加工領域的需求，縮短了與國外同類裝置差距，為瀋陽第一機床廠的產品在汽車零部件加工領域的使用贏得了更多的機遇。
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