葛伟杰 GE Wei-jie

摘要：发动机中气缸盖是重要部件之一，其内部组成结构较复杂，同时气缸盖的质量情况与发动机运转效果有直接联系，因此制造过程保证气缸盖设计标准、质量合格至关重要。文章结合当前先进制造技术手段，探究发动机气缸盖数控加工工艺，以期为相关研究提供些许助力。

Abstract： The cylinder head is one of the important components in the engine， and its internal composition structure is complex. At the same time， the quality of the cylinder head is directly related to the engine operation effect. Therefore， it is very important to ensure the design standard and qualified quality of the cylinder head in the manufacturing process. Combined with the current advanced manufacturing technology， this paper explores the NC machining process of engine cylinder head， in order to provide some help for relevant research.

关键词：发动机;气缸盖;数控加工工艺

Key words： engine;cylinder head;numerical control machining technology

中图分类号：U263.14                     文献标识码：A                    文章编号：1674-957X（2021）22-0098-02

0  引言

在发动机体系中，气缸盖是极其重要的组成部件，其承担着难以替代的作用，随着科技发展，为了更好地发挥发动机效率，气缸盖内部结构日益复杂，其中的精度和准度要求日益提高，基于此，对气缸盖的加工工艺水平也提出了新的要求[1]，在新技术、新工艺的支持下，数控加工得到广泛应用，现阶段在航空及机械加工中发挥了重要作用。本文结合数控加工的优缺点进行阐述，分析发动机气缸盖的数控加工工艺，为发动机气缸盖加工工艺优化提供些许助力。

1  发动机气缸盖数控加工主要特点

1.1 发动机气缸盖数控加工优点

①自动化程度高，大幅度降低工人工作量。一般情況下，数控机床操作工仅需确保数控机床按照预设程序依次加工，加工过程中不存在故障即可，同时做好加工前后零件装卸、刀具更换、零件抽检等辅助及质量保证工作。发动机气缸盖采用数控加工提高了自动化程度高，大幅度降低了工人工作量，助力制造企业有效降低人力支出。

②加工零件一致性好，零件质量具有保证。数控机床较普通机床而言，制造水平显著提高，其尺寸精度及重复定位精度都有显著提升，更易保证零件各部加工精度一致性;同时数控加工主要借助程序进行运作，较普通机床的人工操作相比，更能保证加工零件的质量，尽最大可能降低人为失误发生的概率。采用数控机床加工后，只要按照规定程序操作，保证工艺设计合理，可实现长期、稳定的高质量生产。

1.2 发动机气缸盖数控加工缺点

①加工成本一般较高。采用数控加工后，虽可有效降低人力成本和工期，但采用此技术存在加工成本高的问题，具体原因如下，其一是购买符合数控加工的设备费用较普通机床高，其二是首次加工需要花费更长的时间进行准备调试，同时，数控机床对各种零配件的要求更高，发生故障时，维修成本也较大。

②加工范围有选择性。采用数控加工时，其只能承担机械加工总量中的70-80%的工作任务，结合其自身性能，更适合执行多品种、小批量或中批量生产。同时由于数控加工对象一般都为复杂零件，同时为了保证加工效果采用工序集中原则（即一次装夹尽可能多的完成多的加工量及内容），这必然会导致加工期限延长，与专用多工位组合机床等相比，在生产规模方面仍有一定的差距[2]。

③加工过程难以调整。由于数控机床是依靠程序进行驱动的，其很多步骤都较为死板，难以结合实际情况进行灵活性调控，即使可以进行人工调控，可供调节的范围也相对较小，尤其是出现意外情况时，很难及时依靠人工进行调整。

2  发动机气缸盖数控加工的总体设计

2.1 气缸盖零件图分析以及加工内容确定

随着技术发展，气缸盖结构日益复杂，在新技术的支持下，气缸盖也逐渐优化升级，与此同时，发动机的发展使得气缸盖逐渐向多气门方向发展，这在一定程度上增加了加工难度。

某型多缸发动机气缸盖图例如图1，其从外观来看，是一个结构复杂的箱体，对精度要求其高，其加工质量与发动机的运行效果有直接联系。当发动机气缸盖毛坯铸造完成后，进入数控加工首先需要完成顶底面加工，以此为依据，得到气缸盖的定位基准，然后才能加工各孔系，结合气缸盖的整体结构来看，主数控加工内容是气缸盖的各面和对应孔系，其中各系列孔的加工占据了该气缸盖加工的大部分内容[3]。

2.2 气缸盖总体加工工序的划分

结合上文可知，气缸盖为典型的箱体零件，其中加工步骤虽多，但其中的孔加工占据了超半数的任务量，其中的孔系标准也存在差别，孔径大小等多种多样，因此，在加工时对工艺水平要求较高。高精度表面加工中为了避免应力变形，应该在粗、精加工之间安排应力变形恢复时间，使粗加工后零件充分恢复形变后进行精加工[4]。通过对气缸盖零件数控加工工艺分析，综合考虑各影响因素，具体加工工艺过程如图2。

3  发动机气缸盖主要数控加工工序设计要点

结合图2某型发动机气缸盖数控加工工序设计要点如下：

3.1 数控加工设备及刀具和夹具选择

在进行气缸盖零件数控加工时，对数控机床、刀具和夹具的选择至关重要。数控机床精度、刀具材料和夹具的刚性都会对零件的精度产生影响。在进行零件加工时，刀具直接与工件和切屑相接触，因此其承受很大的切削压力，同时刀具在应用过程中也会存在很大的摩擦阻力，这导致刀具温度迅速升高。结合以上几点，想要更好的提升工作效率，需要保证刀具具有一定的硬度和耐磨性及一定的强度和韧性，可以承受长时间的切削及摩擦同时刀具还要具有抗热性能，可以承受高温作业。

在气缸盖零件数控加工中，需要结合零件特点选择适宜数控自动化生产的装夹方法。在选择定位夹紧方案时，需考虑机器人自动装夹和生产线加工节拍这两个因素，设计对应自动化工装夹具实现一次装夹完成尽可能多表面，以减少装夹误差，充分发挥数控加工优势[5]。

3.2 发动机气缸盖顶面加工工序

气缸盖的顶面主要由孔组成，顶面包括回油孔、气缸盖螺栓孔、水套连接孔、火花塞孔、进气座圈孔、排气座圈孔和排气道冷却水孔等加工内容，其中大部分孔有位置精度要求。其中，火花塞孔和进气、排气座圈孔的加工精度要求最高。对于上述要求较高精度部分加工时采用粗加工-半精加工-精加工分布实施。

3.3 发动机气缸盖底面加工工序

通过分析气缸盖零件图可知，气缸盖底面最关键的加工内容就是凸轮轴孔和导管孔。在加工气门导管孔时，需要严格保证导管孔的直径、位置度、角度、直线度和表面粗糙度等参数的精度。该孔的加工方法采用粗镗→半精镗→精镗。为确保气门座底孔与气门导管底孔的同轴度要求，精加工刀具可选用一体式高质量高精度的新型阶梯镗刀。这该型刀具选用大大提高生产效率，同时确保同轴度精度[6]。气缸盖底面凸轮轴孔用于承载凸轮轴，并保证凸轮轴在高速旋转的前提下平稳运行。不仅需要每个凸轮轴孔具备高精度的直径、圆度、圆柱度、位置度和表面粗糙度，同时还要求凸轮轴止推面具备很好的平行度、轮廓度以及相对于首尾凸轮轴孔中心线的垂直度，加工时要注意与凸轮轴的研配。

3.4 发动机气缸盖各侧面加工工序

发动机气缸盖侧面加工主要有进、排气侧面、前、后侧面四面加工。该工序完成分别完成气缸盖进、排气侧面对应孔的加工，由于火花塞孔在上道工序中已加工，可作为本工序的定位基准，该火花塞孔是气缸盖零件设计基准，按基准统一原则选择该孔为加工定位基准，避免产生形状位置度误差。气缸盖的前、后端侧面相对比較简单，主要以碗形塞孔和对应安装螺纹孔，孔加工为主。

4  结语

数控加工工艺较传统工艺具有更多优势，其在当前的高效化、精准化、质量化和多样化智能制造中发挥了巨大的价值，该加工工艺主要结合了传统机制工艺规范和数控加工特点实现发动机气缸盖的数控加工工艺规程优化。但结合和实际来看，应用中还存在些许不足，仍需要从实践中吸取经验、总结教训，并灵活地进行优化和创新，才能保证发动机气缸盖的数控加工工艺朝着科学化的发展目标前进。

参考文献：

[1]伍岳林，戴清桥.发动机及关键零部件制造技术[M].机械工业出版社，2015.

[2]刘刚.机车内燃机气缸盖的数控加工工艺研究[D].大连交通大学，2009.

[3]易刚，林剑峰，侯延星，化春雷，罗和平.发动机缸盖加工关键工艺研究[J].机械设计与制造，2011（06）：84-85.

[4]林朝平.数控加工编程中工序划分的原则与要点[J].组合机床与自动化加工技术，2003（01）：28-29.

[5]王丽茜.发动机缸盖柔性加工系统工艺及效率优化[D].上海交通大学，2016.

[6]周寅龙，罗胜阳.发动机气缸盖加工工艺研究[J].机械制造，2020，58（03）：8-11.