机车内燃机气缸盖数控加工浅议

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摘要;院发动机的构成中机车内燃机是重要部分，由于内燃机在结构设计方面具有一定的复杂性，因此在对其进行加工的时候存在相应的难度，同时对产品的生产周期和产品性能也具有直接的影响作用。本文通过对数控加工工艺的概念、优势、劣势、适应性，以及数控加工工艺在气缸中的应用特点、气缸盖数控加工工艺设计等进行多方面的分析和研究，为促进机车内燃机气缸盖数控加工工艺技术的发展提供了参考依据。

关键词:院机车内燃机；气缸盖；数控；加工工艺

0引言

气缸盖作为机车内燃机中重要的组成部分，同时也是整个发动机系统中的关键零件，因此在发动机的运行过程中发挥着重要的作用。由于气缸盖具有复杂的结构，在对其进行加工的过程中必定会遇到很大的难度，如果不能有效的克服加工困难，就会影响到产品生产周期以及产品性能的提升。而数控加工工艺是一种具有高精度、高质量、高效率的加工技术，如果将其应用到气缸盖的加工过程中，一定能够解决当前加工过程中存在的问题，有效提升产品的性能，因此，需要对这方面进行深入的研究。

1数控加工工艺及其优劣势

1.1数控加工工艺的概念

在了解数控加工工艺概念之前，要先了解数控加工的概念。所谓数控加工就是根据零件图样以及工艺要求等这些最基本的条件来编制详细而具体的零件数控加工程序，同时要在数控机床数控系统中输入此加工程序，通过此种方式对数控机床中工件和刀具的相对运动进行有效控制，然后完成零件加工任务。数控加工的过程一般是通过阅读零件、工艺分析、制定工艺、数控编程、程序传输、实施加工等完成整个零件加工过程，相对于传统的机械加工而言，数控加工在加工内容和方法上都具有相似点，但是因为在零件加工过程中采用了数控机床和数字化控制形式，使得传统机械加工中的诸多人工操作环节被计算机以及数控系统的自动控制所代替。在对数控加工有了一定的了解之后，就能认识到什么是数控加工工艺。所谓的数控加工工艺就是指采用数控机床在对零件进行加工的过程中所采用的各种技术手段和技术方法分总和，将其应用到整个数控加工工艺中的全过程。数控加工工艺是随着数控机床的发展而渐渐完善的一种先进技术，它是技术工作人员在不断的实践过程中总结出来的有效经验。由于数控加工工艺是通过数控机床和计算机控制系统来完成加工的，因此使得数控加工具有生产效率高、质量稳定、精度高和自动化程度高的优势，而且与传统的加工工艺也存在相应的差异。除此之外，数控加工工艺具有更加详细而具体的内容要求。由于数控机床是按照相应的零件加工程序来开展工作的，所以，在加工零件的过程中所有的要求都会在数控加工工艺中得到充分体现。除了包括详细描述切削加工流程之后，还应描述出工具的型号、规格、切削用量以及其他特殊要求的内容、标有数控加工坐标位置的工序图等等。尤其是在自动编程中必须要确定出详细的工艺参数。

1.2数控加工具有的优势

第一，有助于减少工作人员的工作量。数控加工工艺之所以得到认可和青睐，主要是因为其具有高精度自动化特点，基于此基础之上对零件进行加工和生产，只需要在已经设计好的程序上，采用输入数据值的方式，就能够顺利完成自动加工工序。同时在加工零部件的环节中，需要有专业的技术人员在机床旁边进行指导和操作，并在实际的操作过程中，实现对相关数据的监控，同时完成数据反馈工作，除此之外，对于经常使用的刀具以及相关的零部件，一定要及时维修和更换，确保其功能可以正常发挥出来，并且还要做好质量检验和监控工作，保证生产出来的所有产品都具有质量保障[1]。在应用数控加工工艺的过程中，不仅要做好以上相关工作，同时还要保证工作人员具有较高的综合素质，并要求相关工作人员在具备扎实的专业知识的基础上，还能非常熟悉和了解软件系统的工作原理及具体操作流程，并能够针对数控机床正常运行过程中存在的问题进行轻松而有效的解决和处理，特别是在遇到关于自动化、电子、数学等方面的问题时可以轻松自如的进行解决。通过上述分析可以得知，数控加工工艺是一项具有高度自动化特征的新型工艺，应用数控加工工艺一方面可以减少工作人员的劳动负担，大幅度提升工作效率，另一方面，还有助于提升工作人员的专业知识和专业能力。第二，有助于提升零件加工的质量和数量。首先，应用数控加工工艺具有的最大的优势作用就是能够提升零件加工的精确度，同时还有助于提升零件的重复性使用性能，这样就可以更好地实现零件加工的标准化生产，通过采用数控加工的方式可以很大幅度降低由于人工操作而出现加工失误的问题，这样就会减少残次品的生产率，有助于加工企业在相应的时间内生产出更多高质量的零部件产品等。通常情况下，完善的工艺设计以及科学合理的加工程序在满足相关标准要求之后，可以在技术人员的监管督促执行高效实施生产，并能够保证生产出来的产品在质量上满足相关标准要求，同时在数量上也可以满足生产要求。其次，在零部件加工的过程中采用数控加工技术，不仅可以在加工过程中生产出大量的产品，提升零件加工效率，同时还能避免在采用传统机床进行零件加工过程中出现工序衔接不顺畅，产品质量层次不齐，残次品较多的问题，而且在采用数控加工技术之后，还在一定程度上缩短了生产周期，大幅度提升了工作效率和生产质量。在加工零部件的过程中如果采用数控技术，那么零部件的数量往往比较多，因此需要提前设定较高的标准，而为了实现这一目标，就需要在加工零部件的过程中，在开始的程序中提前输入标准化生产参数，那么整个生产过程就可以始终按照这个标准进行生产加工，时刻保持相同的工作状态中，从而有助于实现大批量零部件同时按照相同的标准进行加工的目标。第三，有助于更好地进行产品研发。数控加工技术其实对基础设备并没有很高的要求，只需要借助后台编制程序系统，将需要的零件加工参考数值输入到系统中即可，一般情况下，只有输入零件的强度、精度以及形状等数据就可以自动进行生产加工[2]。如果对于零部件的加工提出了特殊要求，那么只要适当的修改和优化相关的程序以及数据就可以满足特殊要求，不用花费大量的时间和精力去重现更换后台软件，也不用更换新的加工生产设备。由此可见，采用这种技术有助于缩短新产品的研发周期以及产品的生产周期，从而为实现产品的优化升级提供有力的技术保障，在数控技术的作用下不仅可以大幅度提升生产线的柔性，同时还能进一步拓展生产范围。

1.3数控加工存在的劣势

第一，具有较高的加工成本方面的劣势，造成这种问题的主要原因是因为购入设备的费用较高，而且在第一次应用新设备和新技术的时候需要花费很长的加工准备时间。相对于普通的加工机床来说，数控机床的价格非常贵，一般为普通机床的几倍。除此之外，数控机床的零配件也需要花费较高的价格，而且维修价格也不便宜，再加上应用数控机床需要完善计算机及外部配套设施等与之相配套的编程设备，这就大幅度提升了加工成本。第二，较为适用于机械加工总量控制在百分之八十左右的中批量、小批量和多品种生产。一般情况下采用数控加工方式的零件都是较为复杂的零部件，或者是采用工序较为集中的工艺方法，通过一定定位安装就可以加工出更多的代加工产品，这样必定会拉长工序时间。虽然当前已经针对数控机床设计制造加强了关注，也投入了更多的精力和财力，例如柔性加工单元、自动化交换工作台以及多轴化等等，但是相比较自动机形成的生产线以及专用多工位组合机床而言，生产效率以及生产规模方面都存在欠缺，需要继续努力、不断提升。第三，难以在加工过程中进行适当的调整。由于在采用数控机床进行生产加工的过程中，会提前设定好程序，然后就会在相应的程序下自动进行加工，因此，难以在加工过程中进行适当的调整，即便可以通过人工进行局部调整，但是能够调整的范围是非常有限的。第四，存在较大的维修困难。对于数控机床而言，其本身属于一种技术密集型的机电产品，在维修的时候需要具有一定的微电子维修方面的知识，一般配备的维修技术人员需要是具有丰富的微电子维修技术，以及有较好的维修装备的人员，同时还要求维修人员具备较高的技术素养。

2数控加工的适应性以及其应用在气缸盖中的特点

2.1适应性

从广义的角度来看，数控加工的适应性并不是某个具体的机床应该加工出什么样的零件。而是要结合数控加工具有的优势和劣势，以及相关的国内外实践经验，将其零部件按照适应程度进行划分，分别划分成以下三大类：第一，较为适应类。在采用普通机床进行加工生产的过程中很容易受到人为因素的影响而降低零件加工质量，如工作人员的技术水平、体力以及情绪等因素，如果受到了这些因素的影响势必会造成质量失控，最终为生产企业带来巨大的经济损失：在普通机床上进行加工需要制造具有复杂性的专用工装零件；需要在对设计进行重新优化和设计之后才能最终确定零件的形状；在普通机床上开展零件加工工作需要对零件进行长时间的调整；在普通机床上进行零件加工的时候，是体力劳动强度较大且生产效率极低的零件[3]。在经过分析之后确定这些零件的可能性之后，还应该充分考虑在经济效益以及生产效率方面的提升，通常情况下会将它们看作是数控加工的主要对象来对待。第二，最为适应类。具有较强的加工精准度和复杂的形状要求，采用普通机床无法保证产品质量或者是根本无法进行加工的零件：用数学模型描述的曲面轮廓和复杂曲线的零件；具有尺寸难以控制、进给频率难以控制、测量具有难度的盒型零件；需要在一次装夹工序中合并完成攻螺丝、铰、镗、铣等多个加工工序的零件。对于以上提到的零件，在加工的过程中可以先不考虑这些产品在经济上以及生产效率方面是否具有科学性和合理性，而是要考虑能否将这些零件顺利的加工出来，要将产品加工的可能性最为首要考虑的问题。只有确定了加工可能性，就可以将其数控加工作为最好的加工方案。第三，不适应类。在生产大批量零件的时候（有可能个别工序会采用数控机床进行加工）；存在一定的装夹难度，或者是必须要依靠通过找正定位的方式来保证加工精准度的零件；加工余量稳定性缺乏，同时数控机上面没有设置在线检测系统来对零件的坐标位置进行自动调整；必须要在特定的工艺装备支持之下才能进行加工的零件。由于上述提到的各类零件在应用数控机床加工之后，无论是生产效率，还是经济性能方面都没有发生较为显著的变化，不但没有进步，同时还可能会出现得不偿失的状况，因此，一般对这种零件进行加工的时候都不会选择数控加工技术，而且数控加工也不会选择这样的零件类型作为加工对象。

2.2数控加工工艺在气缸中的应用特点

在机车内燃机中气缸盖是重要的组成部分，而且气缸盖还具有复杂的加工工艺、较高的加工精度、复杂的结构等特点，这就使得气缸盖的质量与发动机的性能之间具有着直接而紧密的联系。从加工层面上分析，气缸盖属于一种具有代表性的箱体零件，它与攻螺丝、铰、镗、铣加工于一体，孔隙间的位置要满足相应的标准要求，而且在测量方面还存在一定的难度，需要在进行第一次装夹的时候，同时完成螺丝、铰、镗等各个工序[4]。通过对工作效率以及产品质量进行分析可知，无论是从国内还是国外的机床气缸盖制造企业来看，在选择相应的加工设备时，普遍应用的都是数控加工中心，只有应用数控加工技术才能满足气缸盖高质量、高精准度的生产要求，此外，数控加工中心能够更好地把控好数据具有的标准性和精准性，为企业实现标准化生产和规模化生产提供技术保障，从而有助于工作效率的全面提升。因此，在生产机车内燃机气缸盖的时候，需要采用数控加工工艺，只有采用这种工艺才能保证生产出来的产品具有高质量和高精准度的特点，同时还能更好地满足市场需求，有助于在加工过程中实现数字化管理。

3气缸盖数控加工工艺设计

3.1分析并确定数控加工内容

在对零件进行数控加工的时候，并不一定是要对所有的内容进行加工，需要在对图纸进行工艺分析之后才能确定具体的加工内容和加工工序。一般情况下分析确定的顺序为：一是将普通机床不能加工的内容作为首选内容；二是普通机床难以加工或质量无法保证的内容要作为重点内容；三是对于人工操作强度大且普通机床加工效率低的内容，可以在数控机床可以承受的范围内进行选择。当上述提到的这些内容在确定是数控加工的主要对象以后，就会在生产效率、生产质量以及经济效益方面得到提升[5]。除了上述内容之外，还有一些内容是不适合作为数控加工的主要内容的，例如需要花费很长时间进行机子调整的内容；必须擦用专用工装进行协调的加工内容；不能通过一次加工安装就完成的零部件等等。除此之外，在分析和确定数控加工内容的时候，还应该对工序间周转情况、生产周期、批量生产等进行全面考虑。

3.2经过图纸分析确定加工内容

气缸盖的结构在机床内燃机的不断发展之下也变得更加具有复杂性，同时越先进的内燃机越会采用多气门结构来增加气缸盖的难度[6]。气缸盖其实属于一种复杂性的箱体零件，需要较高的精度和较为复杂的加工工艺才能提升它的质量，从而保证发动机的性能可以充分发挥出来。如图1所示。

3.3加工工序划分

气缸盖在加工的过程中，由于孔的加工较多，而且表面形状具有多样化，因此加工具有复杂性和较大的难度。由于数控加工一般穿插应用在整个工艺过程中，因此，在设计工艺路线的时候要做好全面的考虑，在设计过程中一定要慎重对待以下问题：一是数控加工的工序设计[7]。在设计数控加工工序的时候最重要的工作是要先确定好本工序的加工内容、刀具运行轨迹、工艺装备、加工用量等，为后续工作做好前期准备；二是顺序安排。在顺序安排环节中一定要结合零件的毛坯状况以及具体结构、定位安装需求来进行综合考虑，保证工件具有的刚性可以得到保护；三是工序划分的重要点。一般在这个环节中需要注意的分别是：粗精分开、一次定位、先面后孔、减少换刀四个方面；四是普通工序和数控加工工序的有效衔接[8]。数控工序一般是穿插在整个加工过程中来完成的，所以如果不能和普通的工序进行良好的衔接，就会产生一定的矛盾，因此，一定要相互建立状态要求。

4结束语

综上所述，相较于传统的工艺而言，数控加工工艺具有多样化、质量化、精准化和高效化等特点，这是因为数控加工工艺能够于切割技术和计算机技术进行良好的结合，从而将其应用到机车内燃机气缸盖中成为了最佳的优化方案。但是由于我国对于这方面的研究还较少，而且也缺乏丰富的经验，导致在实际应用过程中会出现不同的问题，需要我们不断进行改进和优化，并在保证零件质量的机车上促进机车内燃机气缸盖数控加工工艺朝着更好的方向发展。

作者:韩嘉煜 单位:江苏省常熟职业教育中心校