柴油機機體氣門挺桿孔加工工藝改進

    柴油機機體(以下簡稱機體)的每個汽缸孔兩側(cè)配有兩個挺桿孔，該孔遠離工件端面，且對凸輪軸孔有一定的垂直度要求。加工這些挺桿孔，現(xiàn)行普遍采用圖1所示的裝夾方式，以機體底面S和底面S上的2個工藝孔定位。

圖1 加工挺桿孔框架式夾具示意圖

     機體底面S緊靠框架式夾具上蓋下方的定位塊的定位面上，夾緊機構(gòu)自下向上對工件施加夾緊力夾緊固定。之后，用單工位組合機床同時加工機體上的全部挺桿孔。每一刀桿用2個導(dǎo)向套引導(dǎo)，一個導(dǎo)向套裝在導(dǎo)向軸上，導(dǎo)向軸插在機體安裝凸輪軸的孔中；另一個導(dǎo)向套裝在上蓋(固定模板)上。

    組合機床設(shè)有插、拔導(dǎo)向軸的牽引機構(gòu)，由固定托架、導(dǎo)向托架、導(dǎo)向軸套、可翻轉(zhuǎn)托架導(dǎo)軌、牽引油缸等組成。整個夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大。

原定位方案分析

    圖1所示的機體上挺桿孔的加工定位方案，是以機體底面的1面2孔為精基準，符合“基準統(tǒng)一”原則。這在理論上可以這樣講：遵循“基準統(tǒng)一”原則，便于保證各加工面間的相互位置精度，避免基準變換所產(chǎn)生的定位誤差，且簡化了機體加工工藝過程中的夾具設(shè)計和制造。

圖2加工機體挺桿孔工序簡圖

    然而，由于柴油機機體挺桿孔的位置特殊，當采用機體底面的“1面2孔”為精基準定位時，反而使該工序的夾具設(shè)計和制造復(fù)雜化，其缺點主要如下：

1 工件裝夾不方便，必須從側(cè)向推入推出，操作工人勞動強度大。

2 夾緊力與切削力、重力的方向相反，所需要的夾緊力大，且定位夾緊的穩(wěn)定性差。

3 框架式的夾具結(jié)構(gòu)，體積大，制造復(fù)雜，不便于測量、調(diào)整和觀察。

4 相應(yīng)要求組合機床的高度尺寸大，造成重心高，影響切削的穩(wěn)定性。

5 只適合單一品種的柴油機機體加工，當產(chǎn)品改型時，就不能適應(yīng)。

改進定位方案和定位誤差計算

    針對圖1加工定位方案的不足，采用圖2所示的加工定位方案。以機體頂面E和兩氣缸孔(1面2孔)為定位基準，符合“基準重合”原則。只要該方案的定位誤差在允許范圍內(nèi)，其夾具結(jié)構(gòu)將大大簡化，夾具設(shè)計方便，制造成本下降；加工工件的裝夾便于調(diào)整，勞動強度也將減小，且所需夾緊力也小，夾緊方便、可靠，加工過程中也便于觀察。

    實現(xiàn)這一加工定位方案的關(guān)鍵是要保證加工后的挺桿孔中心線與凸輪軸孔中心線的垂直度，以滿足工件設(shè)計圖紙的精度要求。

    在加工機體挺桿孔前，機體底面S、頂面E、凸輪軸孔、汽缸孔等已加工好，因此在以頂面E和2汽缸孔為定位基準對挺桿孔進行加工時，影響挺桿孔中心線與凸輪軸孔中心線垂直度的因素主要有：

1 機體頂面E的平面度；

2 頂面E與底面S的平行度(因為加工時活動鉆模板與底面S接觸)；

3 凸輪軸孔中心線與頂面E的平行度；

4 加工挺桿孔刀桿的軸心線(主軸)與夾具定位面的垂直度。

    這些因素構(gòu)成平面角度尺寸鏈如圖3所示。圖3中的挺桿孔中心線與凸輪軸孔中心線的垂直度是要最終間接保證的，是封閉環(huán)。

圖3 平面角度尺寸鏈

公差計算如下(計算中1165mm是機體的長度)：

按照圖紙設(shè)計加工，挺桿孔精加工前，達到的有關(guān)表面形位精度為：

1 機體頂面E的平面度允差a1=0.08 mm(在1165 mm長度上)；

2 頂面E與底面S的平行度允差a2=0.10 mm(在1165 mm長度上)；

3 凸輪軸孔中心線與頂面E的平行度允差a3=0.15 mm(在1165 mm長度上)；

4 刀桿軸心線(主軸)與夾具定位面的垂直度允差a5=0.01/300 ≈0.04/1 165 mm(由挺桿孔加工專用組合機床保證) 。

由概率算法計算封閉環(huán)公差a4的步驟如下。

1 求封閉環(huán)(挺桿孔中心線與凸輪軸孔中心線垂直度公差)a4'(在1 165 mm長度上)。

a4'=k(a1²+a2²+a3²+a5²)^½