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發動機端蓋類零件工藝裝（zhuāng）備設計與數控加工

2022-5-23 來源：天津廣播（bō）電視大學寧河分校作者：李建國（guó）

摘要：終端（duān）加工模式下，發動機端蓋等零（líng）件的加工需要使用普通車床或銑床等設備。由於裝備設計和加工（gōng）較為複雜，裝夾等過（guò）程可能出現定位誤差等問題，工作總量較大，工作效率提（tí）升困難。針對發動機端蓋（gài）類（lèi）零件設計及加（jiā）工現存的問題，研究相關工藝裝備的設計，並基於數控加工技術，探究發動機端蓋等零件的加工（gōng）內容和（hé）加工過程等（děng），以提升裝備設計與加工的精準度及效率。

關（guān）鍵詞：發動機端蓋；裝備設計；數控加工

汽車製造等領域中，發動機的設計及加工（gōng）極為（wéi）複雜。端（duān）蓋以鋁合金等材料為主，是（shì）發（fā）動機的重要部件，其設（shè）計及加工精度直接影響發動機的性能。

國內相關企業加工發動機端蓋（gài）時，一般（bān）采用兩次裝夾的工藝，可（kě）能導致出現不合（hé）規定的定位誤差，且加工步驟較煩瑣（suǒ）。加工精度與技術人員的（de）水平關聯（lián）性很強，工人勞動強度較（jiào）高，加工效率一般，無法使企業獲得更好的（de）效（xiào）益。因（yīn）此，許多企業在大批量生產相關零件的同時（shí），積極增加數控機床的占比，而部分關鍵（jiàn）工序依然在加工中心加工，增加了產品加工的可變性，提升了生產效率和加工精度。

隨著我國製造業（yè）進入新的發展階段，汽車等產品的生產與銷售量逐年增加，汽車（chē）等領域的（de）企業對發動機端蓋等零件的設計與加工提出了更高的要求。發動（dòng）機端蓋（gài）作為相關產品製造的重要一（yī）環，提高其設計的（de）合理性和加工精度與效率，已成為當前相關企業亟待解決的技術問題。基於這一曆史背景和相關行業（yè）的發展現狀，結合發動機端蓋的自身結構特點，以提升該類零（líng）件（jiàn）設（shè）計及加（jiā）工的質量和效率為目標，研究如何進行合理、高效的（de）裝備設計與零件加工工作。

1、發動機端蓋類零件工藝裝備（bèi）的設（shè）計研究

若企業采用柔性的（de）零件生產模式，其加工的工序需使用專用的夾（jiá）具（jù），才能實現不同結構的切削，如鑽床用於鑽削等加工流程。但是，夾（jiá）具的結構一（yī）般較複雜，且加工（gōng）過程（chéng）中多次裝夾（jiá）對加工精（jīng）度的影響較大。這一加工模式（shì）受人為和刀具等影響，對產品質量將產生負麵影響，影響產品合格率。

針對這一（yī）問題，許多（duō）企業結合自（zì）身的技術（shù）情況及社會要求，嚐試（shì）革新自身的生產模式，通過剛柔結合的生產（chǎn）模式加工發動機端蓋等零件，如使用加工中心加工 T型螺紋等零件（jiàn），並設計一（yī）次裝夾多孔加工等更高效的工藝（yì）方案及相應（yīng）的工藝裝備，以提升（shēng）生產效率，保證（zhèng）產品合格率（lǜ），降低工人的勞動強度。以加工中心機床為方向，設計端蓋類零件的加工工藝裝備。例如，為了實現一次裝夾多孔加工及自動分度與定位功能（T列），將鑽床上完成的部分加（jiā）工工作集中到加工中心完成，在提升效率的同時，保證加工精度

這種（zhǒng）設計需要在設計相對集中的方案的同時，在加（jiā）工中（zhōng）心上加配數控銑（xǐ）床，設計並使用（yòng）合理的夾具裝備。如圖 1 所示，通過氣動夾具可實現可調節的氣動（dòng）夾緊（jǐn）功能。工件與工裝麵配合裝夾，平（píng）麵度定位與徑向定位及其校正（zhèng）較為快捷，可實現（xiàn）精準定位和快捷裝夾。這在保證（zhèng）這（zhè）一零件生產關鍵（jiàn）環節加工精度的同時，減少了裝卸等輔助工作，降低了（le）員（yuán）工勞作強度（dù），提升了加工效率。

氣動夾具的主要工作是（shì）在一定精（jīng）度範圍內定位與夾緊工件。端蓋類零件的加工根據具體需要，可（kě）采用通用、專用、可（kě）調、組合以及自（zì）動線等不同類型的夾具。為提升定位精度和輔助加工（gōng）中心高效加工，一般需要設（shè）計專用夾具。特別是（shì）端蓋類工件的開孔、螺紋孔等加工工序（xù），應（yīng）結合加工要求專門設計（jì）夾具。夾具裝備一般包含底座、支座、氣缸、壓緊塊、壓板以及定位塊等結構。底座通（tōng）過螺（luó）釘與機床工作台穩固連接，並通過支座與上部結構相連接。氣缸、定位板和壓板等部件通過螺栓與裝備主體相連。

此類夾具裝備通過氣缸帶動壓板等部件實現夾緊與鬆開。使用時，首先將夾具裝備與加工機床穩固連接，並進行水平方向的調整，保證夾具（jù）各結構的水平麵處於完全水平狀態。首件加工時，氣缸根據設計的行程通（tōng）過推動伸縮軸，將（jiāng）工（gōng）件放置在夾（jiá）具上，然後通過相應結構準確定位工件和加工位置（zhì）。其次，壓板等結（jié）構在氣（qì）缸的（de）帶動下按一定行程夾緊工件（jiàn）。最（zuì）後，數控機床進行相應加工。加工結束後，氣缸推動伸縮軸使壓板鬆開工件（jiàn）。更換工件後不（bú）需要重複校準平（píng）麵，隻需按（àn）順序裝卸工件（jiàn）和加（jiā）工工件即可。

2、發動（dòng）機端蓋類零件的（de）數控加工

發動機端蓋零（líng）件以鋁合金為主要材料，一般具有（yǒu）薄壁、受力易變形等特點，如圖 2 所示。發（fā）動機（jī）端蓋零件的結構複雜，各結構的精度將影響（xiǎng）發動機氣密性等（děng）特性，因此其加工精度等要求更高。以汽車發（fā）動機為例，每（měi）種型號的發動機都精密設計了端蓋的形位（wèi），對各結構的圓度、同軸度、位置度以及垂直度等也提出了高精度要求（qiú）。但是，實際加工時，工件受夾（jiá）持（chí）後存在彈性變形。工件（jiàn）外圓耳部等結構常采用斷續切削的方式，刀具切入部位的改變可（kě）能使加工部位出現切削紋，加上彈性變（biàn）形等因素，可能（néng）使工件（jiàn）的平麵度、圓度以及內孔同軸度等超出設（shè）計的誤差範圍，因此（cǐ）需要優（yōu）化加工方案及具體的加工工藝。

以往采（cǎi）用普通車床對發動機端蓋進行加工（gōng）時，在車床上用三（sān）爪卡盤等設備夾持外圓，依次加工（gōng）內孔、內孔端麵和端麵槽（cáo），然後是二次裝卡、撐工件內孔和再加工端蓋（gài）各爪的端麵、外圓與外圓端（duān）麵及（jí）徑（jìng）向槽（cáo）。這一加工方案需（xū）要兩次（cì）裝夾，不僅增加了加工時間，還因二次夾持變形、定位誤差和運輸磕碰等因素導致工件存在加工精度不達標的問（wèn）題，同時複雜（zá）的加工（gōng）工序降低了加工效率。首先（xiān），需要優化加工方案。不同的加工設備直接影響加工方案的（de）製（zhì）定。為提升效率，可（kě）將普通車床換為專用的數控機床（chuáng）。企業可采購新型的全套數控設備，或在原有的機床結構（gòu）上（shàng），根據端蓋結（jié）構和生產要求進行改進，采用雙層導軌的運動（dòng）係統，方便（biàn）刀架的移動和更換。專用夾（jiá）具可采用設計的（de）氣動專用夾具。壓緊結構與機床導軌同步移動，接近工件後壓緊工件，按照預設切削旋轉工件等。整個過程快進、工進、快退、傳動及定位精度高，提高了加工效率。

其次（cì），需要設計專用的夾具。除了設計的氣動夾具，也可嚐試設計摩擦驅動的裝夾設備。相比（bǐ）夾持驅動的方式（shì），可大幅降低夾持變形等因素帶來的負麵影響。摩擦驅動（dòng）的夾具設備，以（yǐ）多個定位爪實現定位。多個浮動支撐（chēng）點實現柔性支撐，保證（zhèng）工件被裝夾時牢固可靠。夾具上在端蓋（gài）各爪部位設計靈活的浮動支撐點，以保證工件斷續車削時各孔洞及斷麵的加（jiā）工精度。

最後，優化加工步驟也是（shì）改良加工工（gōng）藝的重要途徑。使用專用的數控機床與夾具，可實現高效的一次裝夾和精準加工發（fā）動機端蓋零件的內孔及端麵等，同時鑽（zuàn）孔等工藝也可一並進行。為提升相關裝備的自動化度，需要考慮今後自動線接入等需求，在結構設計中預留充足的空間。加工順序可調整為先粗加工端蓋爪的麵、外圓、外圓端麵、內孔、內孔端麵、徑向（xiàng）槽和（hé）端麵槽，後進行端麵鑽孔等（děng）操作，最後精加工端蓋的（de）端麵、外（wài）圓、外（wài）圓端麵、內孔、內孔端麵、徑向槽和端麵槽。相比需要二次裝夾的加工方案，此方案加工步驟（zhòu）簡約，節省了二（èr）次裝卡的時間，提升了端蓋加工的精度，還可使用（yòng）多頭鑽電機（jī）、伺服動力刀座等裝（zhuāng）備，實現一次（cì）多孔攻鑽和加工，進一步節約了加（jiā）工時間。

3、結語

通過（guò）分析發動機端蓋零件的（de）結構、傳統加工（gōng）工藝及相應設備，在指（zhǐ）出部分不足的同時，針對性探究了端蓋類零件加工裝備的（de）設計及數控（kòng）加工過程，同時探究了氣動夾具、摩擦驅動夾具的設計和加工原理以（yǐ）及數控加工的方案和（hé）步驟（zhòu）等，具有一定的參考和應用價值，擺脫了端蓋加工的傳統工藝模式，減小了原有方案（àn）中人員技術等因素的負麵影響，提升了加（jiā）工精度與效率。此外（wài），相關人員在設計工作中應結合企業實際需求設計發動機端蓋加工相關的裝備，合理（lǐ）革新數控加工工藝。

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