導管內外圓同軸加工技術研究

黃進成

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林 537005）

氣門及氣門導管，作為發動機配氣機構的主要零部件，當導管內外圓同軸度超差時，會導致氣門桿油封偏磨，在降低油封壽命的同時，由于油封密封不嚴實，易導致過多潤滑機油通過導管孔滲漏到燃燒室和排氣系統里，會造成柴油機機油耗高、燒機油、排放污染等不良后果。

本文主要通過研究分析導致導管內外圓同軸度超差的原因，介紹了目前國內先進的導管孔加工方式及檢測和返工手段，為今后有類似工藝要求的孔類加工研究分析，提供技術參考。

1 原因分析

簡單來說，導管內外圓同軸度的控制，實際就是控制加工導管底孔和導管孔這兩道不同工序的重復位置精度。從理論上說，如果缸蓋在工裝夾具的定位誤差及設備加工的重復定位精度足夠好，我們可以很容易獲得想要的加工精度。而在實際生產過程中，導致導管內外圓同軸度出現超差的原因，往往是綜合性的，常見的歸結起來主要有以下幾大點：

（1）導管半成品的內外圓同軸度、直徑、直線度等尺寸控制不夠，給后續成品加工控制帶來偏差。

（2）導管底孔達不到工藝要求。如圓柱度、直線度與底面垂直度差等，給后續導管壓裝品質帶來影響。

（3）導管的壓裝達不到工藝要求。如導管冷卻時間和溫度不夠、壓裝不及時（特別是人為壓裝），壓力機壓力值設置不合理等因素，均會導致導管在壓裝時出現變形、與底面垂直度超差等現象。

（4）加工設備、工裝夾具精度及刀具品質不能滿足加工要求，使得加工出來的導管孔直線度、圓柱度超差，影響后續內外圓同軸度檢測結果。

（5）前后定位基準缺乏一致性。一般情況下，考慮工藝流程布置的合理性，加工導管底孔和加工導管孔，是分開的兩道工序，當加工導管底孔與導管孔定位基準不一致時，無法很好消除或降低缸蓋在不同工序的定位誤差，使得加工精度難以保證，這種加工方式比較直接地影響導管內外圓同軸度。

綜上所述，以上幾點對導管內外圓同軸度，均有著直接或間接影響，是環環相扣的。總的來說，我們需要在每道相關工序，嚴格按工藝要求執行控制，確保品質，才能有效提高導管內外圓同軸精度，避免超差。

2 加工方式

由以上分析可知，影響導管內外圓同軸度的因素，是多方面的。相對而言，工藝裝備和定位加工方式的選取，又對其影響起著至關重要的作用。

一般而言，在加工設備選擇上，有專機也有進口加工中心。在玉柴，有國產專機線，也有日本Mazak、德國HELLER等精度較高的加工中心；在加工導管底孔和導管孔的刀具選擇上，目前普遍使用國產或進口的槍鉸刀來獲得好的形位公差，如玉柴，使用德國MAPAL公司帶導條的減震槍鉸刀，效果較為明顯。

在工藝裝備既定的前提下，要進一步提高導管孔內外圓同軸度，定位方式的選取，則顯得尤關重要，以下重點介紹導管孔加工的定位方式。

2.1 常規定位加工方式

在大多數情況下，導管底孔及導管孔的加工，采用同一個定位基準，以盡量消除缸蓋在不同工序的夾具和設備帶來的定位和加工誤差。目前國內大部分廠家加工導管底孔及導管孔時，采用缸蓋底面、頂面或者側面兩銷孔作為定位基準，如玉柴的CQ100缸蓋，采用頂面及頂面兩銷孔定位（如圖1所示）。

圖1 CQ100缸蓋加工導管孔狀態圖

這樣的方式，確實提高了導管內外圓同軸精度，相對穩定且效率較高，無論是單缸還是多缸缸蓋，均能通過一次定位，便加工完所有導管孔。然而由于無法更好消除不同工序帶來定位和加工誤差，當導管內外圓同軸度設計要求較高時（如玉柴部分機型的設計要求Ф 0.15 mm），在實際生產中，即便在日本Mazak、德國HELLER這些加工中心上加工，這樣的定位方式偶爾還會出現導管內外圓同軸度超差情況，如四氣門六缸機，同時精加工出來的24個導管孔，個別孔同軸度超差的現象仍時有存在。

2.2 先進定位加工方式

與常規定位加工方式不同，這種方式利用夾具上的定位銷套定位導管外圓，每次只定位和加工一個導管孔，通過多次定位和加工，完成所有導管孔的加工。

其特點是改進了以往一面多銷的定位方式，采用一面一銷的定位方式。定位時給缸蓋預留充分的移動擺正空間，修正了每個待加工導管孔與導管外圓的位置，使得兩者軸心位置一致性得到最大提高，從而保證導管內外圓同軸精度。

這種加工方式，只需一開始校準夾具上每個定位銷套軸心（有多少個導管孔，即有多少個定位銷套）在機床上的的位置坐標，加工時，設置每個導管孔的加工位置坐標與相應定位銷套軸心坐標一致，即可進行連續生產。與常規加工方式相比，這種方式消除了缸蓋定位銷孔與多個導管孔之間的間接位置誤差，采用一對一對應定位加工，是一種先進可靠的加工方式。以下以玉柴6M缸蓋精加工導管孔夾具為例，介紹這種定位方式的使用過程和特點。

如圖2所示，夾具具有以下特點：夾具適用于加工中心，為液壓裝夾，液壓系統信號與加工中心程序銜接，具備自行定位裝夾并反饋機床加工功能，根據6M缸蓋為單缸的結構特點，夾具設計為四工位，可同時裝夾和加工4個工件。

圖2 6M缸蓋精加工導管孔夾具裝配圖

如圖3、圖4所示，夾具底座下設置有兩根插銷軸A和B，每根插銷軸帶4個U型面，U型面位置與夾具的每個工位相對應，是夾具定位裝置的重要部份，通過液壓控制，插銷軸可往前和后兩個方向移動，且每次只有一根插銷軸動作，如插銷軸A動作時，插銷軸B保持不動，反之亦然（先后順序可根據需要設置，不影響加工結果）。

圖3 6M缸蓋精加工導管孔夾具底部視圖

圖4 6M缸蓋精加工導管孔夾具剖視圖

如圖5所示，作為夾具定位裝置的主要部件，定位銷套10串聯于導向桿B13頂部，通過內六角圓柱頭螺釘11與導向桿B13固定連接在一起，導向桿B13下部設置有滾輪，當插銷軸移動時可在其U型面上滾動，驅動導向桿B13及定位銷套10軸向滑動，從而完成定位或落銷動作，導向桿B13開有限位槽，通過內六角圓柱端緊定螺釘5限位，限制定位銷套10的定位深度。

以下以夾具單工位為例，說明夾具定位加工動作過程。

如圖5所示，插銷軸A和導向桿A8、導向桿B13均位于原位，處于未工作狀態，當插銷軸A后向移動至到位時，在這個過程中，導向桿B13由位于插銷軸U型面平面12過渡到斜面B14，并向上垂直滑動，固定位置，完成定位銷套10插入并定位導管外圓3的動作（此時導向桿A8仍位于插銷軸U型面平面12）；此時夾緊工件，機床執行此導管孔的加工程序；待完成此孔加工后，夾緊松開，插銷軸A往前向移動至到位；在這過程中，導向桿B13由位于插銷軸斜面B重新回到U型面平面12，完成落銷，而導向桿A8則重復導向桿B13之前動作，完成另一個導管的定位和加工，之后插銷軸A回到原位，與導向桿A8、導向桿B13保持初始狀態，此時插銷軸B開始重復動作，插銷軸A動作，完成另外兩個導管孔的加工。

以上為單工位加工過程。實際加工時，4個工位同時進行，插銷軸A和B先后動作，完成所有加工。

圖5 夾具單工位定位裝置說明圖

不可否認，這種利用導管外圓定位的加工方式，如用在加工中心上，由于其每次只能定位并加工其中一個導管孔，在保證加工精度，提高導管內外圓同軸精度的同時（可達到Ф 0.05 mm以內），要加工完所有導管孔，需要進行多次（次數根據需加工導管孔數量定，如一件6M缸蓋4個導管孔的加工，需進行4次定位裝夾）定位、夾緊、加工、落銷、松開夾緊的重復動作，這也必然加長了生產節拍，在一定程度上降低了生產效率，特別是整體缸蓋，影響比較大，而單缸缸蓋，如上述6M缸蓋，由于體積不大，則可在夾具上設置多工位，均衡重復定位裝夾加工帶來的生產節拍慢的問題。

相對而言，在專機自動線生產中，這種定位加工方式顯得更有優勢，因為專機自動線完全可根據需要設置多工位，平衡生產節拍慢的問題。目前，玉柴的4G、4E、6J等缸蓋專機批產線，均采取這種方式來滿足工藝及生產節拍要求。

如圖6所示，4G缸蓋的導管孔加工工序設置為四工位，每個工位依次完成缸蓋4個缸中處于同一位置的導管孔的加工，即每個工位加工4個導管孔，4個工位加工4個位置的導管孔，從而完成4G缸蓋共16個導管孔的加工。

圖6 4G缸蓋加工導管孔工序部分工位

3 檢測及返工

導管孔精加工完后，需用專用檢具對導管內外圓同軸度進行檢測，如圖7所示。

圖7 導管內外圓同軸度檢測

相對而言，由于重新壓裝導管及座圈返加工會造成人力、物力上的不必要浪費，故一般情況下采取第二種方法返工較多。目前，隨著定位方式的優化，以及加工設備、夾具、刀具的精度和穩定性越來越好，導管內外圓同軸度得到有效控制，返工的頻次也越來越少。

當檢測數據超差時，我們需要對其進行返工，通常車間使用的兩個返工辦法，一個是將氣門導管及氣門座圈敲掉，重新壓裝半成品導管和座圈，再對導管孔進行返加工；另一個是反刮導管外圓，以糾正其同軸偏差。

具體操作過程如下：首先根據檢測結果獲得同軸度超差值，再使用公法線千分尺測量導管外徑，在確保導管外徑不超出下差的前提下，計算外圓可加工余量，然后在臺鉆或者搖臂鉆上，根據計算結果通過杠桿表輔助測量調整好反刮車刀需返工的直徑值后，以導管孔為導向，反刮導管外圓，如圖8所示。

圖8 導管外圓反刮加工

4 結束語

本文通過研究分析導致導管內外圓同軸度超差的原因，分析比較了目前國內優秀企業加工導管孔的先進方式及檢測和返工手段。事實證明，利用導管外圓定位加工導管孔，及設置多工位在批產專機線上的應用，是一種先進可靠、不失效率的方式，對后續類似的孔類加工，有一定參考借鑒意義。

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