肖鐵忠，黃 娟，羅 靜

（1.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛工程系，四川德陽 618000；2.重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054）

發(fā)電機(jī)組氣缸頭氣門精加工專用夾具設(shè)計(jì)*

肖鐵忠1，黃 娟1，羅 靜2

（1.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛工程系，四川德陽 618000；2.重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054）

氣缸頭是發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣元件，是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的零部件之一，其氣門的加工精度將直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)與性能。文章針對(duì)某通用發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭氣門精加工精度要求，通過分析其技術(shù)難點(diǎn)，確定了氣門的精加工工藝方案，根據(jù)工藝方案，制定了工件的定位夾緊方案，并設(shè)計(jì)了專用夾具的結(jié)構(gòu)，說明了專用夾具的工作原理。通過夾具的實(shí)際應(yīng)用并對(duì)工件實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)，測得氣門的各項(xiàng)精度均達(dá)到或超過企業(yè)的技術(shù)要求，氣缸頭的生產(chǎn)節(jié)拍為0.63min/件，實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到36萬件/年。

氣缸頭；氣門；專用夾具；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 前言

氣缸頭是發(fā)電機(jī)組的重要部件，它的精度將直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)的整體品質(zhì)與性能［1］，而氣缸頭加工中，氣門加工是最關(guān)鍵的工序，其精度直接影響氣缸頭的整體性能，是加工企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象［2］。針對(duì)氣門精加工，加工企業(yè)一般采用以下兩種方式，一是在高精度加工中心上完成，其特點(diǎn)是只能單軸單工位加工，精度高，效率低，適合單件或小批量生產(chǎn)；二是設(shè)計(jì)專用機(jī)床，其特點(diǎn)是加工精度高，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)［3-4］。重慶某企業(yè)氣缸頭的年生產(chǎn)量在12萬件左右，屬于大批量生產(chǎn)，故需要設(shè)計(jì)針對(duì)此工序的專用夾具及機(jī)床，以滿足企業(yè)對(duì)加工精度及生產(chǎn)效率的要求。

1 技術(shù)要求

氣缸頭氣門導(dǎo)管孔與座圈孔的尺寸精度及形位誤差要求如圖1所示。

由圖知，氣門加工精度要求較高，主要技術(shù)要求總結(jié)如下：

（2）座圈孔與導(dǎo)管孔的圓柱度為0.01mm，導(dǎo)管孔中心線與座圈孔中心線的同軸度為φ0.01mm，座圈孔中心線相對(duì)于曲軸孔中心線的垂直度為0.02mm；

（3）導(dǎo)管孔與座圈孔的表面粗糙度Ra=0.8μm；

（4）導(dǎo)管孔與座圈孔中心線與氣缸頭底面成13°夾角。

圖1 氣門加工精度要求示意圖

2 工藝分析

企業(yè)設(shè)計(jì)的氣缸頭生產(chǎn)綱領(lǐng)為12萬件/年，合格率為99.9%，針對(duì)氣門精加工，加工企業(yè)一般采用針對(duì)大批量生產(chǎn)的專用機(jī)床。采用專用機(jī)床加工氣門的方案，先進(jìn)合理的夾具是工件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的重要保障，故需設(shè)計(jì)滿足此工序要求的專用夾具［5］；氣門導(dǎo)管孔與座圈孔精度要求較高，直接鉆削、鏜削無法滿足精度要求，需在鉆削及粗鏜的基礎(chǔ)上再次精鉸與精鏜［6］；氣門軸線與氣缸頭底面成13°角，此角度由專用夾具保證；氣門兩座圈孔壁最小間隔為3.5mm，如果在同一夾具上采用雙軸同時(shí)加工，刀具極易產(chǎn)生干涉，所以將氣門孔在同一機(jī)床的同一夾具上的兩個(gè)工位上雙軸同時(shí)加工，防止干涉，提高生產(chǎn)效率。綜上，設(shè)計(jì)的專用機(jī)床如圖2所示，機(jī)床主要由床身、數(shù)控滑臺(tái)、專用夾具、主軸箱、專用刀具、主軸電機(jī)、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。

圖2 專用機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

3 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工件加工時(shí)，需要限制六個(gè)自由度，保證工件位置保持不變，缸體類孔加工一般采用一面兩銷的定位方式［7-8］，其定位方案如圖3所示，由2個(gè)φ10mm的定位銷8與工件支撐板5構(gòu)成定位裝置對(duì)工件進(jìn)行完全定位。氣門在兩個(gè)工位上分別加工，故在夾具體上設(shè)置兩套定位機(jī)構(gòu)。

3.2 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，若定位方式是正確合理的，但如果夾緊方案不合理，可能使定位位置在加工過程中出現(xiàn)移動(dòng)，進(jìn)而造成工件的形位誤差達(dá)不到技術(shù)要求，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使工件飛出夾具，造成安全事故。本文在正確分析工件工藝情況、自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、方便上下料及夾具自動(dòng)化程度等的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了圖3所示的夾緊機(jī)構(gòu)。由圖知，每個(gè)工位上均有兩個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)由氣缸10、夾緊機(jī)構(gòu)底座1、回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿14、回轉(zhuǎn)導(dǎo)向槽11、導(dǎo)套12、壓緊板13及壓頭9等組成。氣缸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)使其處于圖示雙點(diǎn)劃線位置，松開工件，方便人工下料及工件定位；工件正確定位后，氣缸向下運(yùn)動(dòng)，拉緊夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)工件進(jìn)行夾緊，保證加工過程中工件的正確定位位置固定不變，順利正確的完成氣門的精加工。

圖3 專用夾具結(jié)構(gòu)

3.3 夾具工作原理

在圖3中，工件裝夾前，氣缸10推動(dòng)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿14向上運(yùn)動(dòng)，由導(dǎo)套12導(dǎo)向，同時(shí)，回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿在回轉(zhuǎn)導(dǎo)向槽11作用下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)壓緊4 結(jié)束語

（1）設(shè)計(jì)的專用夾具在重慶市某機(jī)械制造企業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上得以應(yīng)用，氣缸頭加工實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍為0.63min/件，按每年工作280天，設(shè)備負(fù)荷率為0.85，兩班8小時(shí)的工作制度，實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到36萬件/年，遠(yuǎn)超過企業(yè)對(duì)生產(chǎn)能力的要求；

（2）實(shí)際生產(chǎn)表明，工件的各項(xiàng)加工精度均達(dá)到或超過企業(yè)要求；

（3）設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)近兩年以來，幾乎沒有出現(xiàn)過故障，且各項(xiàng)精度均保持良好；

（4）由于設(shè)備運(yùn)行情況良好及精度高，企業(yè)正準(zhǔn)備投產(chǎn)第二條生產(chǎn)線。

綜上，設(shè)計(jì)的專用夾具效果理想，為同類設(shè)計(jì)提供有益參考。

［1］吳嘉明.摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭氣門鏜鉸數(shù)控專機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002（11）：67-69.

［2］黃麗云.一種氣缸蓋氣門導(dǎo)管孔加工工藝［J］.內(nèi)燃機(jī)，2013（5）：26-27.

［3］李文迪，王合增，楊紅梅.精銑缸體底面鉆鉸定位銷孔數(shù)控機(jī)床的研發(fā)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（6）：124-129.

［4］袁旭群.曲軸箱半精鏜缸孔并倒角組合機(jī)床的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2012（8）：27-29.

［5］劉玉梅，邢鵬飛，潘為祥，等.發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體通大側(cè)面斜油孔加工工藝研究［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2009（2）：159-161.

［6］席瑞生.氣缸蓋導(dǎo)管孔系加工的新思路及應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2010（2）：166-168.

［7］羅靜，肖鐵忠，龔文君，等.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體曲軸孔加工專用鏜床設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2013（9）：76-79.

［8］李吉，賴玉活，馮月霞.發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸鉆孔專用夾具設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（3）：108-110.

（編輯 李秀敏）

Cylinder Head Valves of Generating Units Finishing Special Fixture Design

XIAO Tie-zhong1，HUANG Juan1，LUO Jing2
（1.Vehicle Engineering Department，Sichuan Engineering Technical College，Deyang Sichuan 618000，China；2.Key Laboratory of Manufacture Techniques for Automobile Parts Ministry of Education，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China）

Cylinder head is a valve train of the engine，and is one of the most important parts of the engine，so its precision valve will directly determine the quality and performance of the engine.In this paper，aimed at engine cylinder head valve finishing accuracy requirement of a generic Generating units，by analyzing its technical difficulties，the valve finishing process plan was determined.According to the process plan，a positioning and clamping program of the workpiece was developed，and special fixture structure was designed，and then operational principle of this special fixture was illustrated.Through the practical application of this fixture and actual processing workpiece experiments，the accuracy of the measured valves all meet or exceed the technical requirements of the enterprise.The cylinder head tact is 0.63m in/parts，and the actual production capacity reaches 360，000/year.

cylinder head；valve；special fixture；structure design

TH122；TG506

A

1001-2265（2015）03-0147-02 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.03.040

2014-06-13

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目資助（KJ130806）

肖鐵忠（1986—），男，湖南新化人，四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)及裝備；通訊作者：黃娟（1987—），女，四川人，四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程，（E-mail）460046931@qq.com。