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圖1

1.現(xiàn)狀分析

20世紀(jì)中國發(fā)動機大都為工作機提供動力，如為船舶、重型汽車、工程機械和谷物加工機械等提供動力，以中低速柴油機為主。凸輪軸孔幾乎都設(shè)計在缸體上，因為在同一個零件上便于工藝安排，而且凸輪軸孔和曲軸孔同在一個缸體上，距離較近，用齒輪傳動，使設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，加工精度也便于控制。通過曲軸齒輪傳動橢輪齒輪再傳動凸輪軸齒輪來完成發(fā)動機的正時傳動。齒輪傳動要求曲軸孔、橢輪軸孔及凸輪軸孔之間必須有嚴(yán)格的中心距要求。進、排氣凸輪同時也設(shè)計在1根凸輪軸上。從凸輪→挺柱→挺桿→氣門搖臂→氣門開閉，整條驅(qū)動鏈比較長， 傳動精度低，柴油機整機噪音大。為保證嚴(yán)格的中心距，滿足齒輪傳動的要求，在生產(chǎn)線加工工藝終端工序，采用的是三軸組合機床，工件在一次定位夾緊中，完成缸體上曲軸孔、橢輪軸孔及凸輪軸孔的精加工。

改革開放， 中國汽車工業(yè)的崛起，推進了車用汽油機迅猛發(fā)展，汽油機作為轎車動力，轎車對發(fā)動機也提出了高的要求，如整車的舒適性，整車噪聲限制在70dB以下，由于轎車前機艙空間限制，發(fā)動機外框尺寸不宜太大，由于轎車要求瞬時的加速性，對發(fā)動機功率要求也高。

汽油機提高功率的途徑有兩條: ① 只提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速（6 000r/min以上）來提高功率。②提高轉(zhuǎn)速的同時，也必須相應(yīng)提高進、排氣的效率來提高發(fā)動機的功率。

為此設(shè)計從1缸2氣門改為1缸4氣門（進氣門兩個，排氣門兩個），進、排氣凸輪也由共在1根凸輪軸上的設(shè)計，發(fā)展為進氣凸輪軸和排氣凸輪軸獨立分開設(shè)計，進、排氣凸輪軸孔受缸體空間的限制難于布置在缸體上。凸輪軸孔的位置也必須由缸體移到缸蓋上（頂置結(jié)構(gòu)），由于拉大了凸輪軸孔與曲軸孔的傳動距離，而且不在同1個零件上，發(fā)動機的正時傳動也不能采用齒輪傳動，只能采用中心距可調(diào)節(jié)（設(shè)有帶傳動張緊輪裝置）的、柔性的及低噪聲的帶傳動來代替高噪聲的齒輪傳動。由進、排氣凸輪軸分別直接驅(qū)動氣門挺柱，控制發(fā)動機進排氣門的開、閉。

由于從凸輪軸凸輪→氣門挺柱→氣門間的傳動鏈的縮短，大大提高進氣和排氣的效率和傳動精度，也大大降低了發(fā)動機整體的噪聲。進、排氣凸輪軸之間采用了有消除傳動間隙作用的可調(diào)輔助齒輪和齒輪組合傳動（降低齒輪傳動的噪聲）。

本文以MR479Q發(fā)動機缸蓋雙凸輪軸孔加工工藝安排為例， 對加工工藝方法作探討。MR479Q發(fā)動機缸蓋上進、排氣凸輪軸孔為分別由凸輪軸蓋與缸蓋所構(gòu)成的五檔不連續(xù)的孔，孔徑都是φ （23＋0.023）mm， 除了它們之間的中心距（112±0.020）mm有嚴(yán)格要求外，進、排氣凸輪軸孔中心軸線也要求相互平行，平行度控制在0.030mm范圍內(nèi)。

2.缸蓋上進、排氣凸輪軸孔目前的兩種加工方法

（1）加工中心機床加工。①采用粗鉸刀分別對進氣凸輪軸孔和排氣凸輪軸孔的第1檔凸輪軸孔（作為刀具工藝導(dǎo)向孔）做粗鉸加工，完成后，退出工件，粗鉸刀直接返回刀庫。②進入下一工步，采用粗、精鉸復(fù)合刀完成凸輪軸孔的精鉸孔工序。刀具呈前小后大的階梯形，包括粗鉸刀、精鉸刀和導(dǎo)向條等（見圖1）。首先粗鉸刀進入第1檔粗鉸凸輪軸孔（此時不切削）實現(xiàn)刀具導(dǎo)向，隨著刀具慢速工進，粗鉸刀粗鉸第2檔凸輪軸孔，同時精鉸刀，精鉸第1檔（已粗鉸）的凸輪軸孔尺寸至φ （23＋0.023）mm。重復(fù)以上加工直到最后一檔凸輪軸孔完成精鉸加工尺寸φ（23＋0.023）mm。粗、精鉸復(fù)合刀具退出排氣凸輪軸孔，重復(fù)以上加工過程， 完成進氣凸輪軸孔的精鉸加工尺寸φ （23＋0.023）mm。

從加工過程來分析， 加工中心機床加工凸輪軸孔，是單軸加工，刀具從第1檔凸輪軸孔前端口開始，結(jié)束在凸輪軸孔末端出口，刀具工進全程410mm以上，而且是以工進速度進給。刀具退出排氣凸輪軸孔，再加工進氣凸輪軸孔，加工過程也是如此復(fù)雜，本工序節(jié)拍比較長，效率低，限制了整條缸蓋生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的提高。

（1）專用組合機床加工。我們采用4軸臥式雙工位組合粗鏜、精鏜機床（見圖2），先缸蓋手動推入粗鏜工位，工件定位并抬起，雙軸粗鏜桿快進定位，鏜刀在凸輪軸孔前端5mm處停下（見圖3）。缸蓋落下，定位，夾緊（見圖4）。雙軸粗鏜桿慢速工進，工進距離為35mm，完成后，缸蓋抬起，雙軸粗鏜桿在主軸定位器的作用下實現(xiàn)刀具方向定位，鏜桿停止旋轉(zhuǎn)，并快速退出缸蓋的導(dǎo)向套。缸蓋由夾具自動輸送裝置自動輸送下一個精鏜工位，雙軸精鏜桿刀具快進，定位，鏜刀在凸輪軸孔前端5mm處，停下。缸蓋落下，定位，夾緊。雙軸精鏜桿慢速工進，工進距離也是35mm，完成后，雙軸精鏜桿在主軸定位器的作用下，刀具方向定位，鏜桿停止旋轉(zhuǎn)，缸蓋抬起，并快速退出缸蓋的導(dǎo)向套。完成雙凸輪軸孔的精鏜加工。完工后，缸蓋轉(zhuǎn)入生產(chǎn)線下一工序。

圖2

圖3

圖4

3.專用組合機床和加工中心機床加工凸輪軸孔的特點比較

（1）專用組合機床加工，多軸（4軸），雙軸粗鏜桿和雙軸精鏜桿，同時實現(xiàn)雙軸粗鏜進、排氣凸輪軸孔，同時也完成進、排氣凸輪軸孔的精鏜加工，開始先粗鏜進、排氣凸輪軸孔。完成后，夾具自動將工件轉(zhuǎn)入精鏜工位，完成精鏜凸輪軸孔的加工。

加工中心機床加工，單軸，第1工步，先粗鉸排氣凸輪軸工藝導(dǎo)向孔，再粗鉸進氣凸輪軸工藝導(dǎo)向孔，完成后，返回機床刀具庫。第2工步，換刀，粗、精鏜鏜鉸復(fù)合刀，先粗、精鉸排氣凸輪軸孔，再粗、精鉸進氣凸輪軸孔。

（2）專用組合機加工，多刀（5把刀），粗鏜進、排氣凸輪軸孔各5把刀，精鏜進、排氣凸輪軸孔各5把刀，每一把刀完成粗鏜（或精鏜）1檔孔。加工中心機床加工，單刀，換刀頻率高，只能一個工步，一個工步進行。

（3）加工中心機床加工，刀具工進距離短，僅有35mm，生產(chǎn)率高。加工中心機床加工，工進距離長，從凸輪軸孔第1檔端口到第5檔凸輪軸孔出口工進距離410mm，生產(chǎn)率低。

（4）專用組合機床加工，刀具鏜桿采用前、后和中間導(dǎo)向套的全支承結(jié)構(gòu)，刀具剛性高、無振動，加工凸輪軸孔的表面粗糙度好。加工中心機床加工，刀具為懸臂狀態(tài)，刀具剛性差、易振動，凸輪軸孔表面粗糙度相對差。

（5）專用組合機床加工，在整個生產(chǎn)線是節(jié)拍短、效率高，生產(chǎn)線產(chǎn)量由50 000臺提升至100 000臺專用組合機床產(chǎn)能仍能滿足。加工中心機床加工在生產(chǎn)線上是節(jié)拍長、效率低，往往是生產(chǎn)線上難以控制的短板，提升產(chǎn)能只能增加加工中心機床的臺數(shù)。

（6）專用組合機床刀具結(jié)構(gòu)單一、價格便宜，本廠便于刃磨，壽命長，刀具費用低。

加工中心機床刀具是復(fù)合刀具，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，本廠刃磨修復(fù)困難，壽命相對短，刀具費用高。但是兩種機床各有特點，加工中心機床在加工中心距離小的密集的孔系時，優(yōu)于專用組合機床，組合機床受孔中心距限制，中心距離小的孔系要分兩臺機床加工，增加機床臺數(shù)，而中心距精度難以保證，也使生產(chǎn)線加長。

4.結(jié)語

改革開放40年， 我國的汽車產(chǎn)量和汽車擁有量已相當(dāng)大，但是也給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染，國家在限制汽車排放的同時，大力發(fā)展新能源汽車，特別是零污染的純電動汽車，如比亞迪公司的純電動公交車已進入大中城市公交公司運營。但是，由于中、小型乘用車，受車用電池的容量限制，續(xù)航里程短，充電站少，還有待全國建設(shè)充電站成網(wǎng)，目前中、小型乘用車動力還是以汽油機為主，采用缸蓋頂置雙凸輪軸4氣門（5氣門）結(jié)構(gòu)的發(fā)動機，尚處于主流位置。

對于缸體、缸蓋生產(chǎn)線的建設(shè)，本人多年實踐經(jīng)驗，選擇設(shè)備不宜偏彼，能充分發(fā)揮機床各自特點的最大化為佳，認(rèn)為以加工中心機床和專用組合機床混合建生產(chǎn)線，能達(dá)到優(yōu)勢互補的效果，也十分符合小批量、多品種中國汽車國情。選好設(shè)備、選對設(shè)備，保證質(zhì)量、滿足產(chǎn)量的前提下，盡量減少建廠的設(shè)備投資，錢要花在刀刃上。