發動（dòng）機氣道性能（néng）檢測盒的CNC成形加工
2019-2-19 來源： 中國第一汽（qì）車股份有限公（gōng）司研發總院 作者：徐婉（wǎn）竹
【摘要】: 針對氣道性能檢測盒的結構特征和加工難點（diǎn）進行分析和改（gǎi）善，通過靈活多（duō）用的CNC 數控加工技術，采用上下（xià）盒分別加工、座圈及導管孔留（liú）餘（yú）量再合件加工（gōng）的方法，滿足了零（líng）件精度和製作周期要求。
發動機缸內（nèi）氣體流（liú）動是影響其燃燒性能的決定性因（yīn）素，直接決定其動力、經濟（jì）及排放特性。因此汽車發動機在開發過程中需要對發動機缸蓋上的氣道進行檢測，來檢查所設計的（de）氣道是（shì）否能滿足發（fā）動機整體性（xìng）能（néng）的要求。傳（chuán）統方法是直接將設計好氣（qì）道（dào）的發動機缸蓋連（lián）接到氣道（dào）試（shì）驗台上進（jìn）行氣（qì）道性能（néng）測試。由於發動機缸蓋的製作周期長、生產成本昂貴，導致了發動（dòng）機缸蓋氣道檢測的試驗周期過長，試驗效（xiào）率低、成本高。針對上述問題采用CNC 數控加工氣道性能檢測盒，使得加工周期短、成本低（dī），可以快速地模（mó）擬發動機缸蓋（gài）氣道來完成氣道試（shì）驗。圖1所示為該性能檢測盒的結構示意。
1.問（wèn）題分析
該零件采用代木樹脂板進行加工，此材料韌性更好，穩定性更高，更環保，比較適合於做檢具、夾具和治具等精度比較高的產品（pǐn）。性能檢測盒的結構具有以下（xià）特點: 座圈（quān）孔直（zhí）徑φ 28 m m ， 導管孔直徑φ 9.5mm，座圈孔及導（dǎo）管孔相對於豎直（zhí）方向傾斜19.5°，座圈孔（kǒng）及導管孔的同軸度要求0.1mm。
使用三軸（zhóu）機床加工零件時，對於零（líng）件（jiàn）的正麵結構特征，一般不存（cún）在刀（dāo）具（jù）加工不到的情況，但對於座圈及導管孔，由於三軸機床的刀軸處於垂直狀態，不能傾斜，刀具不能切入，因此座圈及導管孔無法機加工成形。此時，使用五軸機床配合3+2 軸加工方式，將刀軸根據座圈及導管孔的結構特征（zhēng）傾斜一定角度， 將這兩個結構特征轉變為正麵（miàn）結構特征，如（rú）圖2 所示。依然使用三軸加工策略來計算刀具路徑，這樣即可解決座圈及導管孔的機加工成形問題。為保證氣道性能檢（jiǎn）測盒的（de）精度要求，采用上下盒分（fèn）別加工，座圈及導管孔留餘量後再合件加工的方法，以（yǐ）保證同軸度要求。
2.零件加工工藝分析
由於零件結構較複雜，加工時采用粗加工（gōng）→半精加工→精加工→多次清（qīng）根→鑽孔等工藝過程進行程序編製，加工（gōng）順序按照燃（rán）燒室麵→氣道麵→合件精加工三個步驟進行。
擬按照附表所（suǒ）述工藝流程計算燃燒室麵部分結構（gòu）的加工刀具路徑。其餘結構可按照此過程編製程序。
3.CNC加工過程分析
首先要設定（dìng）一個合（hé）格（gé）的毛坯， 該毛坯需將性能檢測盒的上下部分都包括在其內部， 通過邊界計算， 毛坯的尺寸（cùn）設為400mm×300mm×100mm，完全滿足要求（qiú）。毛坯建立後，在毛坯（pī）中間設立坐標係，後續加工以該坐標係為準，因此選擇毛坯中間（jiān）進行坐標係建立，這樣加工時，操作者容（róng）易定位找正，三維（wéi）顯示如圖3 所示。
以所建（jiàn）立的坐標係為基準，創建相應的刀具（jù）對該毛坯進行切削加工。本次加工共需要五種型（xíng）號的刀具，即直（zhí）徑為（wéi）20mm、8mm、6mm、3mm 和（hé）1mm 的（de）球刀，直徑為20mm、8mm 的棒銑刀（dāo），直徑為8mm 及6mm 的鑽（zuàn）頭，其中φ20mm 的球刀用於第一步的粗加工，快速去除大部分加工餘量（liàng），高加工效率，φ 8mm、φ 6mm的（de）球刀用於（yú）殘留模型加工，繼續切削（xuē）上一步沒有加工到（dào）的部位， 為精加工提供技術支持（chí）。φ3mm、φ1mm 的球刀用於過渡圓角處（chù）的清根，刀具建立如圖4 所示（shì）。
以上是將毛坯、坐標和刀具分別建立（lì）的過程，下一步開始CNC 數控加工最核心的內容——加工（gōng）策略的編製，首先進（jìn）行零件燃燒麵的加工，經過如附表所示的數控加工工（gōng）藝過程，如圖5 所示。
燃燒室麵加工完成後， 在程序輪廓外鑽鉸2處φ 8mm 定位找正（zhèng）孔，並在毛坯（pī）四邊精加工一邊作為找正線，翻麵後將坐（zuò）標（biāo）係繞Y 軸翻轉180°，以找正線及φ 8mm 定位找正孔找正零（líng）件毛坯，加工（gōng）氣道麵。
加（jiā）工完成後將性能檢測盒（hé）的下盒（hé）取下，將加工後的上盒與下盒裝配合件（jiàn）後（hòu），壓板壓緊（jǐn）頂麵（避開燃燒室），精加（jiā）工導管孔及座圈孔。成品完成後，利用三坐標檢（jiǎn）測設備對零件尺寸（cùn）進行檢測，結果滿足圖樣要（yào）求。
4.結語
本次CNC 數控加工解決了氣（qì）道性能檢（jiǎn）測盒的製作周期（qī）與（yǔ）技術（shù）問題，驗證了加工策略和刀具方案，掌握了相關的（de）加工經驗，為後續同類產品試製開發奠定（dìng）了工藝基礎，該技術方法可廣泛應用於類似結構的零件加工，具有（yǒu）很好的（de）指導意義。
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