汽车发动机缸体斜油孔加工工艺

龚海岩

摘 要：汽车发动机是汽车的五大部件之一，其品质直接影响整车的动力及燃油性能。而发动机的机械加工将直接确定发动机的品质，故企业针对发动机的加工均有研制各自的工艺及装备以保证其质量。目前，国内针对发动机这类大批量生产的部件，主要有两种工艺方案：一是“专用机床+加工中心”的“刚柔”结合的生产线;二是完全由加工中心组成的“柔性”生产线。据市场调查反馈显示：纯加工中心组成的生产线虽然具备较强的加工变型产品的能力，但是因为加工效率低，无法满足大批量生产的需求。

关键词：汽车发动机;缸体斜油孔;加工工艺

0 引言

以汽车发动机缸体5斜油孔加工为研究对象，分析其工艺要求、生产纲领及现有生产线工艺、装备存在的问题，采用工序集中原则，提出了一次装夹同时完成5斜油孔加工的工艺方案;在此工艺方案基础上，确定了工件加工姿态，进而确定了专用机床左端设置左夹具体装夹工件、右端设置床身安装5轴主轴箱、中间设置右夹具体支撑导向系统的整体布局方案;根据工件加工姿态要求，确定了专用夹具定位夹紧机构结构，为防止加工时出现引偏、窜孔、断刀等现象，设计了两套导向机构，并详细阐述了其结构及工作原理。实际应用表明：单台设备年生产纲领在30万件左右，合格率由80%提升至99.9%以上，解决了窜孔、断刀问题。

1 工艺方案及整体布局设计

近年来，机械加工行业有向柔性生产线发展的趋势，即在生产线中大量使用加工中心，以应对不同的变型产品。重庆某机械制造企业也组建了一条发动机缸体柔性加工生产线，在缸体斜油孔钻削工序中也采用了加工中心设备，经使用后主要存在如下问题：（1）由于没有自动化专用夹具、专用刀具等，只能单刀单孔加工，使得生产效率很低、工人劳动强度大，此工序需投入5台加工中心才能满足生产纲领要求;（2）缺乏必要的导向钻模板，使得加工起钻时容易引偏，由于是深长孔加工，钻削过程中刀具缺乏相应的支撑，存在断刀现象，最终导致废品率一直维持在20%左右，给企业造成极大的经济损失。可知，此类工艺方案对大量生产产品不合适，故提出了组建“刚柔混合”生产线的工艺方案，即在关键工序中使用专用机床以解决柔性生产线存在的短板问题。本工序要求工件生产纲领达到25万件/年以上，产品合格率达到99.9%以上，实现除人工上下料之外的所有加工的自动化。因采用工序集中原则的专用机床方案具有生产效率高、加工精度高、合格率高及自动化程度高等优点，成为本工序最佳工艺方案之一。采用专用夹具、多轴专用主轴箱、专用刀具、专用导向模板方案，实现一次装夹同时完成5孔钻削加工。其具体工艺过程如下：机床工作时，工人按正确的姿态将工件搬送至左夹具体内，按下夹紧按钮，在左夹具体内完全定位的工件被夹紧，数控滑台拖着专用主轴箱向左进给，在导向模板、专用刀具的配合下，一次完成5斜油孔的钻削加工，完成后自动退刀，夹具松开工件，人工更换工件，如此循环往复完成工件本工序的加工。斜油孔中心轴线与水平面的角度由工件加工姿态即在左夹具体内正确定位保证。

2 专用夹具设计

2.1 专用夹具结构设计

箱体类工件一般采用“一面两孔”的方案进行完全定位。为简化机床结构并保证斜油孔轴线与水平面角度，夹具定位平面设计成斜面，夹具主要由左、右夹具体、定位机构、夹紧机构、导向机构等组成。定位支撑板3及两浮动定位销11、12与工件的一面两孔相配合构成夹具的定位机构对工件正确定位;工件正确定位后，由夹具的夹紧机构2、13对其进行夹紧，防止加工过程中正确定位位置发生变化。在左夹具体后端及右夹具体左端分别设置限位挡板14及辅助支撑板7。由于在圆柱面上起钻，容易引偏，从而出现窜孔及打偏现象;且深径比达到13.4，加工时和容易出现断刀现象。针对这些问题，设计了导向及强度增强系统。导向系统主要由两套导向机构组成，即活动模板9及钻头导向套6。加工时，主轴箱、活动模板由活动导杆10及固定导杆15进行导向，直至其运动至起钻位置，此时，钻头导向套6对钻头导向并增加强度，正确起钻并完成深孔钻削。为了防止加工时产生的振动相互传递并影响工件加工精度，将工件与刀具系统做成相互独立的模块，即左夹具体安装工件、右夹具体支撑导向系统及刀具系统。

2.2 夾具工作原理

根据工艺要求及工艺方案，其工作原理为：加工前，浮动定位销11、12在气缸作用下没入定位支撑板3定位平面以下，人工将工件在定位支撑板及辅助支撑板导向下推入左夹具体内，由限位挡板限定位置，浮动定位销插入工件定位孔内，夹紧机构夹紧工件，主轴箱、活动模板向左运动，活动导杆插入右夹具体右端孔内，活动模板在弹簧的压力下贴紧右夹具体，钻头导向套前端靠近斜油孔起钻位置，钻头在钻头导向套的导引下对工件进行起钻，防止起钻时引偏，起钻后，在钻头导向套的导向及强度增强下完成5斜油孔的钻削加工，解决钻孔过程出现窜孔及断刀问题。

3 生产节拍验证

目前针对大批量生产，因“刚柔”结合生产线既具有一定加工变型产品的能力，又具有较高的生产效率而逐渐成为市场的主流发展方向。重庆某企业汽车发动机缸体加工生产线要求具备25万件以上的生产能力，属于大批量生产，经全面综合考虑，采用“刚柔”结合的生产线方案。其中，缸体筒大侧面斜油孔加工属于其中一道关键工序，采用专用机床方案，提出了一次装夹同时完成5个斜油孔加工的工艺方案，既保证生产线的生产节拍，也提升了合格率及自动化程度，为同类产品工艺及装备的研制提供了成功的参考案例。针对本工序，企业提出了25万件/年的生产任务要求，其工作制度为：320日/年，3班/日，8小时/班，生产效率90%，设备负荷率85%，故其所需生产节拍为：320×3×8×0.9×0.85×60/250000=1.41min/件。实际加工时，工进时间为t1=80mm/（0.1mm/r×1200r/min）=0.67min，辅助时间为0.5min，故其实际生产节拍为1.17min/件，即实际生产节拍小于生产所需节拍，满足企业生产需要。

4 结语

（1）以某汽车发动机缸体5斜油孔加工为研究对象，在分析工艺要求及现有生产线存在问题的基础上，针对现有工艺缺陷，提出了一次装夹多轴同时加工的工艺方案。（2）为防止加工时的振动相互传递影响加工精度，根据工艺方案确定了夹具与床身相分离，即在机床左端设置左夹具体、右端设置床身及5轴主轴箱、中间设置右夹具体的整体布局方案。（3）根据工艺及加工姿态要求，确定了专用夹具定位夹紧方案、导向方案及其整体结构，并详细阐述了其工作原理。（4）实际生产表明：采用此工艺及装备后，单台设备实际年生产在30万件左右，合格率由80%左右提升至99.9%以上，基本未出现起钻引偏、窜孔及断刀现象。

参考文献

[1]赵帅，杨崇倡，吴瑛戟.一种精密转盘的加工工艺研究[J].制造技术与机床，2014（2）：37-39.