缸蓋是內(nèi)燃機的重要部件，它的加工精度直接影響到發(fā)動機的工作性能。發(fā)動機工作時，由于可燃氣體是在缸蓋燃燒室壓縮后進行點燃，致使氣門閥座承受很高的熱負荷和機械負荷。這既要求閥座有很高的耐磨性，還要有很好的密封性。如果閥桿工作時中心發(fā)生偏移除了會導(dǎo)致有害的熱傳導(dǎo)和閥桿及導(dǎo)管孔的很快磨損外，還會造成耗油量的增加。因此，對氣門閥座和導(dǎo)管孔的加工精度提出了很高的要求，特別是對氣門閥座工作錐面與導(dǎo)管孔的相互間的同軸度規(guī)定了很嚴的公差。 對于汽油發(fā)動機，同軸度允差規(guī)定為0.015-0.025mm，而對于柴油機則僅為0.01-0.015mm（在燃燒室中，柴油可燃氣體的壓縮比要比汽油大2-2.5倍）。在大批量生產(chǎn)中，要穩(wěn)定的保持這樣的公差，除需要優(yōu)化加工工藝外，定位基準的選擇，專用刀具和精鏜頭的合理結(jié)構(gòu)及其精度均具有重要的意義。 氣門閥座和導(dǎo)管孔的加工是缸蓋加工的關(guān)鍵技術(shù)。長期以來，國內(nèi)外許多組合機床和刀具制造廠，如大連組合機床研究所、Ex-Cell-O、Alfing、Grob、Hüler Hille、Ernst Krause & Co等機床廠和Komet、Plansee、Beck、Mapal等刀具廠都十分重視這類技術(shù)設(shè)備及專用刀具的開發(fā)。近幾年來，特別是在專用刀具開發(fā)方面取得了長足進步，這對提高加工精度、刀具耐用度和加工效率起著積極作用。 氣門閥座和導(dǎo)管孔的底孔加工 氣門閥座和導(dǎo)管孔的底孔精度是直接影響氣門閥座和導(dǎo)管孔終加工精度的重要因素。因為底孔的同軸度誤差（一般應(yīng)低于0.02-0.05mm）會造成氣門閥座和導(dǎo)管孔精加工余量的分配不均，從而影響到終加工精度。 為保證閥座和導(dǎo)管孔底孔的同軸度公差，許多廠家采用專用復(fù)合刀具，并分鉆擴、半精鏜、和精鏜三道工序進行加工。在精鏜時，為增強細長鏜桿的剛性，大多數(shù)采用硬質(zhì)合金鏜桿（圖1），但也有采用背導(dǎo)向支承的方式（圖2）。由于硬質(zhì)合金的彈性模數(shù)（E＝500000N/mm²-630000N/mm²）比鋼（E＝200000N/mm²）約大3倍，因此，選用硬質(zhì)合金制作的鏜桿可獲得較好的剛性（R＝3EI/L³）。采用背導(dǎo)向支承方式，同樣也可增強鏜桿的剛性，但為確保支承效果，背導(dǎo)向的支承導(dǎo)套與鏜桿中心應(yīng)保持足夠高的同軸度，在結(jié)構(gòu)上也比較復(fù)雜。 缸蓋的定位 精加工氣門閥座工作錐面和導(dǎo)管孔時，多數(shù)是以與缸體的接合面和該平面上的兩個定位銷孔進行定位。這種曾被普遍應(yīng)用的一面二銷的定位方式，由于夾具定位銷與閥座、導(dǎo)管孔之間的位置誤差以及相鄰閥座（和相鄰導(dǎo)管孔）之間的位置誤差均會造成加工余量的偏移，在最終精加工時，導(dǎo)致剛性差的鉸刀也隨之產(chǎn)生加工偏移，所以采用這種定位方式并非總能達到規(guī)定的精度。 因此，為確保加工精度，必須要減少定位誤差以提高加工余量的均勻性，否則閥座和導(dǎo)管孔應(yīng)分兩次加工才是比較合理的。 缸蓋采用平面和導(dǎo)管孔外圓進行定位，可以顯著減少上述的定位誤差（圖2右）。采用這種定位方式，夾具的定位導(dǎo)套與機床主軸應(yīng)保持很嚴的同軸度，以確保加工余量的均布。這樣，閥座和導(dǎo)管孔只需進行一次性加工就能達到規(guī)定的公差。但是，缺點是在一個工位上只能加工一個閥座及導(dǎo)管孔。與采用一面兩銷定位方式相比，生產(chǎn)率要低一些，也就是，在保持同樣生產(chǎn)率的情況下，需要增加一定數(shù)量的加工工位，從而增加了生產(chǎn)線的長度。 加工氣門閥座和導(dǎo)管孔的專用刀具 采用一把專用刀具同時加工氣門閥座和導(dǎo)管孔有利于提高同軸度。加工閥座的工作錐面，一般是采用锪削和車削兩種成型工藝。锪削的刀刃傾斜角要與氣門閥座工作錐面的半錐角相等。加工時，由于閥座是淬硬材料（HRC50-58），刀刃的磨損較快，而這種刀刃磨損的輪廓會復(fù)制在密封錐面上，從而影響到閥座工作時的密封性。但其優(yōu)點是刀具的結(jié)構(gòu)和刀具切削運動的控制較為簡單，加工效率也較高。 用車削工藝加工閥座工作錐面可避免锪削時出現(xiàn)的缺陷。加工閥座時，一般需要加工閥座的端面，75°錐面和45°的工作錐面。前兩個面的加工是為了獲得一個寬度恒定的工作錐面。圖4是加工閥座和導(dǎo)管孔的專用刀具，在專用刀具上傾斜布置的滑板刀架用于車削閥座的工作錐面，附加固定安裝的三把刀具則用來加工閥座的端面、45°和75°錐面。由裝在專用刀具端面處的導(dǎo)向套對加工導(dǎo)管孔的鉸刀進行導(dǎo)向。為保證導(dǎo)向套與機床主軸的同軸度，在導(dǎo)向套裝入刀體后可以再對導(dǎo)向套進行磨削，以消除構(gòu)件的制造誤差和裝配誤差。專用刀具刀體的導(dǎo)軌是精確按閥座工作錐面的角度制造的，所以可保證工作錐面的加工精度和重復(fù)精度。 加工開始前，分別推動滑板和鉸刀運動的兩個推桿位于起始位置，以便使車刀和鉸刀都處在加工的初始位置（鉸刀僅伸出導(dǎo)向套幾毫米）。加工開始時，固定安裝的刀具首先锪閥座和端面（刀刃Ⅱ）和倒棱（刀刃Ⅲ和Ⅳ）（圖3）。接著這些刀具后退約0.2mm，使刀刃Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ脫離加工面，并使裝在傾斜滑板上的車刀處于待加工位置，此時通過推動外層推桿使滑板實現(xiàn)進給，對閥座工作錐面進行精車。加工完后在滑板移到終點位置時，按鉸削速度調(diào)整專用刀具的轉(zhuǎn)速，內(nèi)推桿推動鉸刀實現(xiàn)導(dǎo)管孔的鉸削加工。當鉸削結(jié)束后，內(nèi)推桿退回并使刀具退到起始位置。 如果采用CBN刀具車削閥座工作錐面時，由于要采用很高的轉(zhuǎn)速（2000r/min-3600r/min），加工時產(chǎn)生的離心力會影響到加工精度，因此，對于這種專用刀具應(yīng)采用平衡滑板。 隨著高速加工中心進入汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，越來越多的缸蓋已轉(zhuǎn)向采用加工中心來進行加工。由于加工中心難于在主軸后端設(shè)置推動鉸刀實現(xiàn)進給的油缸，故只能尋求別的辦法。Mapal和Beck公司已開發(fā)出利用離心力控制的適合于加工中心使用的專用刀具（圖5）。這種刀具在加工閥座和導(dǎo)管孔時，刀具先是以1000r/min的轉(zhuǎn)速锪削閥座錐面，加工完畢后，刀具后退約0.2mm，接著刀具轉(zhuǎn)速提高到5000r/min，此時活塞依靠所產(chǎn)生的離心力而徑向外移，擠壓油腔中的油，并借助于閥門的控制以恒定的進給速度推動鉸刀對導(dǎo)管孔進行加工。當導(dǎo)管孔加工完畢后，專用刀具的轉(zhuǎn)速再降至1000r/min，鉸刀自動退回到起始位置。 鉸刀 用于終加工導(dǎo)管孔的刀具既有采用單刃鉸刀，也有采用多刃鉸刀的。由于單刃鉸刀在鉸削過程中是依靠布置在刀體上的兩根導(dǎo)向條來導(dǎo)向和支承切削力，因此，它對加工余量的不均勻敏感程度較低，這有利于提高氣門閥座工作錐面與導(dǎo)管孔加工的同軸度。 而采用多刃鉸刀，由于可采用較高的進給速度，導(dǎo)管孔的加工時間一般可比單刃約縮短75％，但這種鉸刀對不均勻的加工余量比較敏感，會影響到閥座工作錐面與導(dǎo)管孔加工的同軸度。目前，從組合機床自動線上的加工技術(shù)水平出發(fā)，采用單刃鉸刀有利于確保加工精度。 主軸部件 根據(jù)經(jīng)驗，氣門閥座和導(dǎo)管孔的加工精度在較大程度上與主軸部件的剛性和精度有關(guān)。所以，主軸部件的徑向跳動應(yīng)低于2mm，端面跳動不大于1.5mm。這些偏差的大小直接決定閥座工作錐面的加工圓度，也就影響到閥座工作時的密封性。 主軸部件多數(shù)采用三聯(lián)（或雙聯(lián)）角接觸球軸承為前軸承，采用雙聯(lián)角接觸球軸承為后軸承，軸承的精度等級一般采用P4。 氣門閥座和導(dǎo)管孔加工精度的自動檢測。 在自動線上為對缸蓋的加工質(zhì)量進行監(jiān)控，通常在精加工工位后面設(shè)置測量工位。圖6所示是缸蓋氣門閥座和導(dǎo)管孔綜合精度的自動測量裝置。該裝置采用四個氣動測量頭同時對四個閥座和導(dǎo)管孔進行測量。在測量閥座工作錐面的測量頭上設(shè)有隙縫寬度約為50mm的環(huán)形噴嘴，測量導(dǎo)管孔的心棒同樣設(shè)有測量噴嘴。當該心棒低速引入導(dǎo)管孔時，對閥座工作錐面自動定心和找正，這是通過專門設(shè)計的滾動軸承來實現(xiàn)的。并借助于彈簧給測量閥座工作錐面圓度的測量頭施加一定的貼合力，使測量頭靠在工作錐面上。當接通壓縮空氣進行測量時，就可以通過從環(huán)形噴嘴中排出的氣體量來測定： 閥座工作錐面的圓度 導(dǎo)管孔的圓度 閥座工作錐面對導(dǎo)管孔的跳動誤差 。 [b]結(jié)束語 [/b] 從對氣門閥座和導(dǎo)管孔多種加工技術(shù)的分析中，可以提出提高其加工精度的下列途徑： 為提高閥座工作錐面與導(dǎo)管孔的加工同軸度，應(yīng)確保導(dǎo)管孔加工余量的均布，這可以通過采用缸蓋接合面和導(dǎo)管外圓進行定位的方法來達到。 閥座工作錐面采用車削工藝可避免锪削工藝出現(xiàn)的一些缺陷。 終加工導(dǎo)管孔采用單刃鉸刀有利于克服加工余量偏移引起的加工誤差。 采用高速車削閥座工作錐面時，應(yīng)用裝有平衡滑板的專用刀具。 主軸部件的軸向和徑向跳動應(yīng)分別低于0.0015mm和0.002mm。 隨著刀具材料和專用刀具的不斷發(fā)展和推廣應(yīng)用，特別是適合于加工中心用的專用刀具的不斷開發(fā)和完善，將進一步提高氣門閥座和導(dǎo)管孔的加工精度、加工效率和加工柔性。