参考论文机车内燃机气缸盖的数控加工

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1、摘要气缸盖是发动机系统的关键零件， 其结构复杂， 加工难度大， 在很大程度上决定了产品 的性能和生产周期。 加工中心是一种高效的生产设备， 要发挥其作用， 除了要提高管理水平、 合理配置人员、 做好生产准备等工作以外， 还要做好数控加工工艺。 本文对气缸盖的数控加 工工艺和数控编程进行了深入的研究。本文以内燃机气缸盖为研究对象， 根据数控加工工艺设计的总体内容， 进行气缸盖的工 艺分析，给出气缸盖的加工工艺路线、数控加工工序以及工步的划分、 加工中心的选择、刀 具和夹具的选择。孔隙繁多是气缸盖的特点。 本文结合钻削用量三要素及数控加工中心的特点， 发现机床 主要技术参数不是制约加工中心加工的约

2、束条件。 通过建立以钻头稳定性、 扭矩和机床功率 等为约束条件， 提出了一种简便实用的钻削用量计算方法， 此方法可为实际生产中钻削用量 的确定提供参考。本文主要介绍了气缸盖加工的三道主要工序的加工内容、 夹具及定位方式、 工步划分和 加工方法，这三道工序为铣侧面和进气道面，加工周边孔；加工顶面孔，铣排气道面；加工 底面孔。本文最后基于 MasterCAM 平台，对气缸盖数控编程进行研究。针对气缸盖加工工艺的 特点， 主要采用钻削的方法对气缸盖的外表面进行加工。 通过基准的制定、 轨迹的创建、加 工参数的确定等， 编制出了数控加工程序， 得到了走刀轨迹和加工仿真过程。 最后通过后置 处理生成了数

3、控加工代码。关键词：气缸盖；数控加工工艺；钻削用量；数控编程目录第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义1.2 国内外数控加工工艺的发展及现状1.3 课题研究的内容 第二章气缸盖数控加工工艺的总体设计2.1 数控加工的优缺点及适应性2.1.1 数控加工的优缺点2.1.2 数控加工的适应性2.1.3 气缸盖采用数控加工的特点2.2 气缸盖数控加工工艺的总体设计2.2.1 数控加工内容的分析及确定2.2.2 分析零件图以及确定加工内容2.2.3 气缸盖总体加工工序的划分2.3 钻削用量的研究计算2.3.1 钻削用量和刀具耐用度的关系2.3.2 钻削用量三要素2.3.3 约束条件2.3.4 加工中心上

4、钻削用量的计算举例 本章小结第三章气缸盖主要加工工序设计3.1 加工设备及刀具和夹具选择3.1.1 加工设备的选择3.1.2 刀具的选择3.1.3 夹具的选择3.2 侧面和进气道面及其孔的加工工序3.2.1 本工序的主要加工内容3.2.2 定位基准的选择和定位误差的分析3.2.3 本工序加工方法的选择以及工步划分的原则3.3 顶面和排气道面及其孔的加工工序3.3.1 加工顶面孔，铣排气道面的主要加工内容3.3.2 定位基准的选择和定位误差的分析3.3.3 主要工步的加工方法选择 本章小结 第四章气缸盖关键加工工序设计及其加工精度分析4.1 底面孔的加工工序4.1.1 底面孔的加工内容4.1.2

5、 定位方案的确定及夹紧力的计算4.1.3 加工方法的选择4.2 气门座底孔和导管底孔的加工精度分析4.2.1 气门座底孔和导管底孔加工工艺4.2.2 气门座底孔和导管底孔的精度要求4.2.3 影响工序质量的因素4.3 气门座底孔切削用量的选择和计算4.3.1 确定切削用量的选择方法4.3.2 切削用量的计算4.4 复合镗刀的受力分析和变形计算4.4.1 复合刀具的结构设计4.4.2 复合刀具的受力分析4.4.3 复合刀具变形的有限元分析 本章小结第五章气缸盖数控加工程序编制5.1 MasterCAM 的工艺过程5.2 数控编程实例使用5.2.1 数控加工过程5.2.2 加工仿真5.3 后置处理

6、本章小结结论参考文献附录 A 铣侧面和进气道面，加工周边孔的详细工步附录 B 加工顶面孔的详细工步附录 C 加工底面孔的详细工步附录 D 加工顶面孔，铣排气道面数控程序代码 致谢第一章 绪论1.1 课题研究的背景及意义由于铁路机车运输事业的不断发展， 对铁路机车的性能也提出了更高要求。 气缸盖处在 内燃机的心脏是内燃机的核心部件， 它在气缸体上部封闭燃烧室并和活塞顶部一起形成燃烧 室。气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求高，加工工 艺复杂，且加工质量直接影响发动机整体性能。结构复杂、孔系繁多是气缸盖加工的特点， 长期以来都是国内外内燃机制造行业研究的重点难点。 随

7、着机车内燃机技术的飞速发展， 现 代气缸盖的结构也越来越复杂， 而且先进的内燃机越来越多地倾向于采用多气门机构这使得 气缸盖加工变得越来越困难鉴于数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用，随着自动编程系统的发展，如Pro/E，UG，Master CAM 等软件的普及使用，数控机床编程工作越来越简化。为保证零件加 工质量， 除了数控机床自身的精度外， 还和数控加工中的工艺措施密切相关。 在使用数控机 床进行机械零件加工时 ,如何结合机床特性和零件特点充分考虑加工工艺问题,并巧妙使用编程方法、技巧 ,优化数控加工的工艺和编程 ,对保证和提高数控机床的加工质量有着重要的意 义。因此，在用数控机床进

8、行机械零件加工时， 要充分考虑工艺问题对零件加工质量的影响。本课题针对大连机车车辆有限公司 16V265 型内燃机气缸盖，在急需国产化的情况下对 其进行数控加工工艺的研究及数控编程。 从国外进口气缸盖， 一是价格较高， 耗费大量财力； 二是供应不及时， 周期太长， 影响机车的正常装配。 故使该型号的气缸盖国产化有着十分重 要的意义， 不仅可以节约资金， 而且还可以消化吸收国外的先进经验， 为我国生产出性能更 好的气缸盖打下牢固的基础， 同时也对民族工业的发展起到推动作用。 综上所述， 对机车内 燃机气缸盖的数控加工工艺研究的意义如下：随着计算机数控（CNC机床，特别是加工中心的发展，为工序集中

9、创造了条件。在加工 中心上， 一次装夹可以加工以前要多台设备、 多道工序才能加工完成的内容， 有时甚至一次CNC 机床上加工刀具路径、 切削可以直接从零件三维装夹就可以完成全部加工内容，加工出合格的产品。数控加工工艺是指在 零件的工艺，它和普通机床的零件加工工艺最大不同之处，在于加工顺序、 参数等规定的特别详细。因为缸盖上的加工孔很多， 使用软件编程不需要计算孔位的坐标， 模型上得到坐标数据， 更重要的是采用软件编程可实现加工过程的仿真， 能够保证所编制的 加工程序准确无误，一次试切成功。使用软件编程代替手工编程是加工技术的发展方向， 它不仅能够减轻编程人员的劳动强 度，提高编程质量， 而且应

10、该考虑产品设计在不断更新， 以后会遇到手工编程无法解决的复 杂零件编程问题，只能用软件编程解决，所以说使用软件编程是数控加工的发展趋势。1.2 国内外数控加工工艺的发展及现状数控加工技术是 20 世纪 40 年代后为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加 工技术，其研究起源于飞机制造业。 1952 年世界上第一台数控机床三坐标立式铣床问世， 它可控制铣刀进行连续空间曲面的加工， 揭开了数控加工技术的序幕， 国外十分重视数控加 工技术的研究。日本自 70 年代起便把许多精力投入到数控加工技术的开发和使用上，并取 得了巨大的经济效益。 近年来由于国际市场的竞争日益激烈， 工业发达国家纷纷投入

11、巨资发 展数控加工技术，并取得了丰硕的研究成果。我国数控加工技术方面的研究工作自 “七五” 以来取得了一大批研究成果。 在数控加工 自动化工艺设计方面， 我国研究人员从零件特征信息的获取、 表达、 输入到多工艺方案的设 计和决策等各方面开展了大量的研究工作。目前，主要在曲面造型、刀位规划、刀位仿真、 干涉检查等方面取得了较多的成果。 自主开发了一批软件系统， 其中有些系统已接近国际先 进水平，投入市场并在生产中发挥了重大作用。虽然我国的数控加工技术有了较大的发展， 但和世界先进水平相比仍有很大差别。 一方 面国内还没有比较成熟、 功能全、 适应性强的数控加工系统。 另一方面表现在使用水平落后，

12、 不仅绝大多数生产厂家主要依靠国外引进软件进行复杂曲面的多坐标数控加工， 而且还表现 在数控加工的效率低，加工表面质量差等方面。近年来， 数控技术涉及到各个领域， 其中使用最广泛， 效率最高的地方在一些大型企业， 如汽车， 航空航天， 国防军工的重要部门领域。 例如叶轮制造就使用了数控加工最前沿部分。国外许多家公司已开始采用四轴侧铣来加工非可展直纹面叶片的整体叶轮。 其中世界上最著名的美国NREC公司提供的资料上就介绍了该公司生产的软件MAX5就能够完成为叶轮的四轴侧铣数控加工而生成数控代码的工作。 在该软件中采用了三项美国专利来解决用侧铣 加工非可展直纹面的误差问题。 用数控编程进行的处理工

13、作可避免理论切削误差。同时， 软件中针对各种不同的叶轮形式还设计了切削路径的模板， 可以直接生成刀具轨迹， 然后根据 具体情况再进行调整，这样可以大大的节约编程时间提高效率目前，我国已有越来越多的厂家开始采用锻造毛坯后多坐标NC加工成型的方法加工叶轮，尤其是国防工业中所用的关键叶轮， 如火箭发动机的转子、 风扇、飞机发动机的涡轮等。 目前都已采用多坐标数控机床加工。国内所用的机床大多是引进的具有国际先进水平的四、 五轴联动数控机床。气缸盖属于钻、镗、铰、 攻螺纹及铣削加工联合进行的典型箱体零件， 且其孔系相互位 置度要求较高， 从提高效率保证质量上考虑， 国内外气缸盖先进制造企业在加工设备上均

14、采 用了功能较为齐全的数控加工中心， 气缸盖加工中最大的难点是气门座底孔和导管底孔的加 工。如何保证气门座底孔和导管底孔的高精度要求是国内外在气缸盖先进制造上的主要研究方向。一般国外公司例如美国 GE公司、德国Housberg公司和日本日野公司均采用了加工中心先加工气门座底孔和导管底孔，最后用专用机床对气门座底孔和导管底孔进行复合加 工，这样保证了气门座底孔和导管底孔很高的同轴度精度要求。在国内一些工厂中， 加工工序和国外的公司基本一致， 也逐步采用了国外的加工方法和设备， 这样在气门座底孔和导管 底孔的同轴度精度上和国外的产品基本上是一致的。如前所述， 铁路运输行业的发展对铁路机车的性能要求

15、越来越高，对气缸盖的制造精度也提出了更高要求，但由于国内目前铁路机车产品的多元化及新产品开发力度的不断加大， 铁路内燃机车事实上无法像汽车行业一样组织有效的大批量生产模式。所以，目前铁路内燃机车气缸盖气门座底孔和导管底孔加工存在以下主要问题 12：加工振动影响表面质量和刀 具寿命以及较高同轴度和跳动精度要求难以保证等，严重制约了国内气缸盖制造水平的提 高，同时在用加工中心对如气缸盖这类复杂零件进行加工时，普遍对数控加工切削参数的选择研究不足，随意性较大，存在着加工效率低、制造成本高等问题。因此，如何结合实际情 况，使用现有装备对机车内燃机气缸盖的数控加工工艺及数控编程进行分析研究来提升气缸 盖制造水平， 提高加工效率以及降低生产成本。 对国内铁路机车制造行业而言是一个非常迫 切需要研究的课题。1.3 课题研究的内容本课题重点研究如何利用机车厂现有设备， 对气缸盖进行数控加工工艺规划及在加工中 心上编制数控程序，以便提高气缸盖的加工质量和效率，主要研究内容如下：(1) 根据零件图纸的技术和精度要求，按照加工工艺理论原则及车间现有设备条件，制 定缸盖零件的机械加工工艺过程。(2) 编制一套完善的缸盖加工工艺过程卡和工序卡，其中主要工作内容包括： 加工中心的工序内容较多， 需要合理安排数控加工工序以及工步的划分。 通过确定加 工余量，计算出各工