發動機凸輪（lún）軸孔的設計與加工工藝安排-加（jiā）工中心網-數控機床市場網

您現在的位置：加工中（zhōng）心網> 技術前沿（yán）>發動機凸輪軸（zhóu）孔的設計與加工工藝安排

發（fā）動機凸輪軸孔的設計與（yǔ）加工（gōng）工（gōng）藝安排

2018-11-6 來源：上海華普發動機有限公司作者：金延安

【摘要（yào）】: 本文從（cóng）發動（dòng）機正時傳動（dòng）問題出（chū）發（fā），介紹柴油機（jī）和（hé）轎車用汽（qì）油機正時傳（chuán）動各（gè）自在設計、結構上的特點及把握工藝要點，加工（gōng）方法優劣比較，可作為發動機建生產線選擇設備、刀具的參考。對目前中國轎車用動力的發展方向及趨勢作（zuò）了淺釋。

1.現狀分析

20 世紀中國發動機大都為工作機提（tí）供動（dòng）力，如為船舶、重型汽車、工程機械和穀（gǔ）物加工機械等提供動（dòng）力，以中低速柴油機（jī）為主。凸輪軸孔幾乎都設計在缸體上，因為在（zài）同一個零件上便（biàn）於工藝安排，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，使設計結構（gòu）緊湊，加（jiā）工精度（dù）也便於（yú）控製。通過曲軸齒輪傳動橢輪齒輪（lún）再傳動凸輪軸（zhóu）齒輪來（lái）完成發動機的正時傳動。齒輪傳動要求曲軸孔、橢（tuǒ）輪軸孔及凸輪（lún）軸孔之間必須有嚴格的中心距（jù）要求。進、排氣凸輪同時也設計在1 根凸輪（lún）軸（zhóu）上。從凸輪→挺柱→挺杆→氣門（mén）搖（yáo）臂→氣（qì）門開閉，整條驅動鏈比較（jiào）長，傳動精度（dù）低，柴油機整機噪音大。為保證嚴格的中心（xīn）距（jù），滿足齒輪（lún）傳動的要求，在生產線加工工藝終端工序，采用（yòng）的是三軸組合機床，工件（jiàn）在一次定位夾緊中，完成缸體（tǐ）上曲軸（zhóu）孔、橢輪軸孔及（jí）凸輪軸孔的精（jīng）加工。

改革（gé）開放，中國汽車工業的崛起，推進了車用汽油機迅猛發展，汽油機作為轎車動力，轎車對發動機也（yě）提出了高的要（yào）求，如整車的舒適性（xìng），整車噪（zào）聲限製在（zài）70dB 以（yǐ）下，由於轎（jiào）車前機艙空間限（xiàn）製，發動機外框（kuàng）尺寸不宜太大，由於（yú）轎車要求瞬時的加速性（xìng），對發動機功（gōng）率要求也高。汽油機提高功率的途徑有（yǒu）兩條: ① 隻提高發動機（jī）的轉速（6 000r/min 以上）來提（tí）高功率。②提高（gāo）轉速的同時，也必須相應提高進（jìn）、排氣的效率來（lái）提高發動機的功率（lǜ）。

為（wéi）此設（shè）計從1 缸2 氣門改為1 缸4 氣門（進氣門兩（liǎng）個，排氣門兩（liǎng）個），進、排氣凸輪也由共（gòng）在1 根凸輪軸上的設計，發展為進氣凸輪軸和（hé）排氣凸輪軸獨立分（fèn）開設計，進、排氣凸輪軸孔受（shòu）缸體空間的限製難於布置在缸（gāng）體上。凸輪軸孔的位置也必須由缸體移到缸蓋上（頂置結構），由於拉大了（le）凸輪軸孔與曲軸孔（kǒng）的傳動距離（lí），而且不在同1 個零件上，發動機的正時傳動也不能采用齒輪傳動，隻能采用（yòng）中心距可調節（設有帶傳動張緊（jǐn）輪裝置）的、柔性（xìng）的及低（dī）噪聲（shēng）的帶傳動（dòng）來代替高噪聲的齒輪傳動。由進、排氣凸輪（lún）軸分別直接

驅動氣門挺柱，控製發動機進（jìn）排氣門的開、閉。由於從凸輪軸凸（tū）輪→氣門挺柱→氣門間（jiān）的傳動鏈的縮短，大大提（tí）高進氣和排氣的效率和（hé）傳動精度，也大（dà）大降低了（le）發動機整體的噪聲（shēng）。進、排氣凸輪軸之間采用（yòng）了有（yǒu）消除傳動間（jiān）隙作用的可調輔助齒輪和齒輪組合傳動（dòng）（降低齒輪傳動的噪（zào）聲）。本文以MR479Q 發動機缸蓋雙凸輪軸孔加工工藝安排為例，對加工工藝（yì）方法作探討。

MR479Q 發動機缸蓋上進、排氣凸輪軸孔為分別由凸輪軸蓋與缸蓋所構成的五檔不連續的孔，孔徑都是φ （23 ＋ 0.023）mm，除了它們之間的中心距（112±0.020）mm 有嚴格要求（qiú）外，進、排氣凸輪軸孔中心軸線也要求相互平行，平行度控（kòng）製在0.030mm 範圍內。

2.缸蓋上（shàng）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（yòng）粗鉸刀分別對進氣凸輪軸孔和排氣凸輪軸孔的第1 檔（dàng）凸輪（lún）軸孔（作為刀具工（gōng）藝導向孔）做粗（cū）鉸加工，完（wán）成後，退（tuì）出（chū）工件（jiàn），粗鉸刀直（zhí）接返回刀庫。②進入下一工步，采用粗、精鉸（jiǎo）複合刀完成凸輪軸孔的精（jīng）鉸孔工序。刀具呈前小後大的階梯形，包括粗鉸（jiǎo）刀、精鉸刀和導向條等（見圖1）。首先粗鉸（jiǎo）刀進入第1 檔粗鉸凸輪軸（zhóu）孔（此時不切削）實現刀具導向，隨著刀具慢速工進，粗鉸刀粗（cū）鉸第2 檔凸輪軸孔（kǒng），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。重複以上加工直到最（zuì）後一檔（dàng）凸輪軸（zhóu）孔完成（chéng）精鉸（jiǎo）加工尺寸φ（23 ＋ 0.023）mm。粗、精鉸複合刀具退出排氣凸輪軸孔，重複以上加工過程，完（wán）成進氣凸輪軸孔的精鉸加（jiā）工尺寸φ （23 ＋ 0.023）mm。

從加工過程（chéng）來分析，加工中心機床加工凸輪（lún）軸孔，是單（dān）軸加工，刀具從第1 檔（dàng）凸輪軸孔前端口開始，結束（shù）在凸輪軸孔末端出（chū）口，刀（dāo）具工進全程410mm 以上，而且是以工進（jìn）速度進（jìn）給。刀具退出排氣凸（tū）輪軸孔，再（zài）加工（gōng）進氣凸（tū）輪軸孔，加工過程也是如（rú）此複雜，本工序節（jiē）拍比較長（zhǎng），效率低，限（xiàn）製了整（zhěng）條缸蓋生產線生產節拍的提高。

（2）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（jiàn）圖（tú）2），先缸蓋手動推入粗（cū）鏜工位（wèi），工件定位並抬起（qǐ），雙軸（zhóu）粗鏜杆（gǎn）快進定位，鏜（táng）刀在凸輪軸孔前端（duān）5mm 處停下（見圖3）。缸蓋落（luò）下，定位（wèi），夾緊（見圖4）。

雙（shuāng）軸粗鏜杆慢速工進，工進距離為35mm，完成後，缸蓋抬起，雙軸粗鏜杆在主軸（zhóu）定位器的作用下實（shí）現刀具方向定位，鏜杆停止旋轉（zhuǎn），並快速退出缸蓋的導向套（tào）。缸蓋由夾（jiá）具自動輸送裝置自動輸送下一個精鏜工位，雙軸精鏜杆刀具快進，定位，鏜刀在凸輪軸孔前端5mm 處，停下。缸蓋落下，定位，夾緊。雙（shuāng）軸精鏜杆慢速工進，工（gōng）進（jìn）距離也（yě）是35mm，完成後，雙軸精鏜杆在主軸定位器的作用下，刀具方向定位（wèi），鏜杆停止旋轉，缸蓋抬起，並快速退出缸蓋的導向套。完成雙凸輪軸孔的精鏜加工。完（wán）工後，缸蓋轉入生產線下一工序。

3.專用組（zǔ）合機（jī）床和加工中心機床加工

凸輪軸孔的特（tè）點（diǎn）比較

（1）專用組合機床加工，多軸（4 軸），雙軸粗鏜杆和雙軸精鏜杆，同時實現雙軸粗鏜（táng）進、排（pái）氣凸輪軸（zhóu）孔，同（tóng）時也完成進（jìn）、排氣凸輪軸孔的精（jīng）鏜加工，開始先粗鏜進、排氣（qì）凸輪（lún）軸孔。完成後，夾具自動將工件轉入精鏜工位，完成精鏜凸輪軸孔的加工。

加工中心機床加工，單軸，第（dì）1 工步，先粗鉸排氣凸輪軸（zhóu）工藝導向孔，再粗鉸進氣凸輪軸工藝導向孔，完成後，返回機床刀具庫。第2 工步，換刀，粗、精（jīng）鏜鏜鉸複合刀，先粗、精鉸排氣凸輪軸（zhóu）孔，再粗、精（jīng）鉸進氣凸輪軸孔。

（2）專用（yòng）組（zǔ）合機加工，多刀（5 把刀），粗鏜進、排氣凸輪軸（zhóu）孔各5 把刀，精鏜進、排氣凸輪軸孔各5 把（bǎ）刀，每一把刀完成粗鏜（或精鏜）1 檔孔。加工中（zhōng）心機床加（jiā）工，單刀，換刀頻率高，隻能一個工步（bù），一個工步進行。

（3）加工中心機床加（jiā）工，刀具工進距離短，僅有35mm，生產率高。加工中心機床加工，工進距離長（zhǎng），從凸輪軸孔第1 檔端（duān）口到第5 檔凸輪軸孔出口（kǒu）工進距離410mm，生產率（lǜ）低。

（4）專用組合機床加工，刀具鏜（táng）杆采用前（qián）、後和中間導向（xiàng）套的全支承（chéng）結構，刀具剛性高、無振動，加工凸輪軸孔的表麵粗糙度好。加工中心機床加工，刀具為懸臂狀態，刀具剛性差、易振動，凸輪軸（zhóu）孔表麵粗糙度相對差。

（5）專用組（zǔ）合機床加工，在（zài）整個生產線是節拍短、效（xiào）率高（gāo），生產線產量由50 000 台提升至100 000 台專用組合機床產能仍能滿（mǎn）足。加（jiā）工中心機床加工在生產（chǎn）線（xiàn）上是節拍長、效率低，往往是生（shēng）產線上難以控製的短（duǎn）板，提升產能隻能增加加工中心機床的台數。

（6）專（zhuān）用組合機床刀具結構（gòu）單（dān）一、價（jià）格便宜，本廠便於刃磨，壽命長，刀具費用低。加工中心機床（chuáng）刀具是複合刀（dāo）具，結構（gòu）複雜、價格昂貴，本廠刃磨修複困難，壽命相對短，刀具費用高。但是兩種機床各有特點，加（jiā）工中心機床在加工中心距離小（xiǎo）的密集的（de）孔係時，優於專用組合機床，組合機床（chuáng）受（shòu）孔中心距限製，中心距離小的孔係要分兩台機床加工，增加機床台數，而中心（xīn）距精度難以（yǐ）保證，也（yě）使（shǐ）生產線（xiàn）加長。

4.結語

改革開放40 年，我國的汽車產量和汽車擁有量已相當大，但是也給環境帶來嚴重汙染，國家在限製汽（qì）車排放的同時，大力發展新能源汽車，特別是零汙染的純電動汽車，如比亞迪公司的純電動公交車（chē）已進入大中城（chéng）市公交公司運營。但是，由於中、小型乘用車，受（shòu）車用電池的容量限製（zhì），續航裏程短，充電站少，還有待全國建設充（chōng）電站成網，目前中（zhōng）、小型乘用車動力還是以汽油機為主，采用缸蓋（gài）頂置雙凸（tū）輪軸4 氣門（5 氣門）結構的發動機，尚處於主流位置。

對（duì）於缸體、缸蓋生產線（xiàn）的建設，本人多（duō）年實踐經驗（yàn），選（xuǎn）擇設備不宜偏彼，能充分發揮機床各自特點的最大化（huà）為佳，認（rèn）為以加工中（zhōng）心機床和專用組合機床（chuáng）混合建生產線，能達到優勢互補的效果，也十分符（fú）合小批量、多品（pǐn）種中國汽車國情。選好（hǎo）設備、選對設備，保證質量、滿足產（chǎn）量（liàng）的前提下（xià），盡量減少建廠的設（shè）備投資，錢要花（huā）在刀（dāo）刃上。

投稿箱：
如果您（nín）有機床行業、企業相關新聞（wén）稿件發表，或（huò）進行資訊合作，歡迎聯係本（běn）網編輯部，郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息（xī）

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多

數（shù）控機床