数控加工技术在活塞头制造中的应用

0 引言

　　活塞头是大型船用柴油机关键零部件之一，具有精度要求高，形状复杂，可靠性要求高的特点，采用普通的加工技术生产活塞头，通常难以满足精度和形状的要求，而数控加工技术能较好地达到活塞头加工的要求。

1 采用数控加工技术制造活塞头的必要性

　　（1）活塞头的结构复杂，它的顶部燃烧室和内、外冷却腔曲面是有多个回转曲面组成。活塞头顶部燃烧室的表面粗糙度要求在Ra值1.6 μm以下，同时内、外冷却腔曲面的表面粗糙度也有较高要求，常规加工方式是在普通车床上利用靠模进行仿形加工，靠模是由工人根据图纸锉磨而成，加工后的粗糙度很难达到要求。

原因是：

　　1）普通车床的加工精度不高，一般为Ra值≥3.2 μm；

　　2）加工靠模的技术落后，造成靠模本身存在着尺寸误差；

　　3）每个工人在操作经验方面都存在着差异。一般活塞头加工后需要人工打磨处理，加工效率低，质量不稳定，外观不美观。采用数控加工技术后，解决了传统的用靠模仿形加工质量差、效率低、工作量大的难题，为公司节约了成本。

　　（2）活塞头上半部的外圆是由具有斜度的锥面组成。采用普通车床加工时，需要操作人员多次精确地调整刀及刀架的角度，加工起来非常繁琐，且不易保证加工后的锥面角度的统一性。采用数控加工技术，利用数控机床的加工特性，只要操作人员按照编写的数控程序输入到操作面板中，数控机床便能够根据指令的内容来进行加工，而且加工精度和加工效率都非常高，保证了产品质量的稳定。

　　（3） 活塞头的主螺孔和裙部螺孔，数量多，加工精度要求高。采用普通钻床时，通常是先将钻孔模板做好，操作工人钻孔时将钻孔模板固定在活塞头底面，找出定位孔，然后根据模板，定出所有孔位，孔钻好后再攻牙。这样的不足之处是：

　　1）钻孔模板制作繁琐，造成材料和人工的浪费；

　　2）钻孔模板本身容易产生累计误差，工人操作时，定位孔找的不正或稍微失误就钻深了，都会造成不合格品；

　　3）活塞头机型变化频繁，每一机型都要对应一款钻孔模板，为公司造成巨大浪费。采用数控加工技术后，完全解决了以上问题，并且活塞头的主螺孔和裙部螺孔大多是沿圆周均匀分布的，利用宏程序来加工，将大大提高工作效率和加工质量。

　　总之，在以上这些方面中，采用数控技术后，数控机床具有的曲面连续加工、重复定位、加工精度高和加工质量稳定的优点将得到充分发挥，同时采用数控加工技术后，职工数量虽然减少了，但是生产效率和生产质量均获得了显著提升，生产成本也得到了有效控制。

2 数控加工技术在活塞头制造中的实例应用

　　随着船舶行业的不断发展，公司的业务也日渐扩大，至今，公司先后购买了数控车床3台（型号CKJ61100、CAK6763、CA5116）、数控钻床1台（型号ZK5150A），考虑到加工的经济性和生产效率，主要对活塞头的顶部燃烧室、内、外冷却腔室、主螺孔和裙部螺孔的钻孔加工工艺采用了数控加工技术。由于篇幅有限，本文主要讲述具有代表性的S60ME-C活塞头的顶部燃烧室和主螺孔 （内孔）的数控精加工过程。

　　2.1 使用数控卧车精车活塞头的顶部燃烧室

　　2.1.1零件概况

　　船用柴油机零部件活塞头S60ME-C，材料为S17MoS，热处理硬度为HB219～220，活塞头顶部燃烧室，精车工序图如图1所示。

图1 活塞头顶部燃烧室精车工序图

　　2.1.2数控车床的选用选用安阳机床厂生产的数控卧车，型号为CKJ61100，机床主要参数见表1。

表1 机床主要参数

　　2.1.3分析顶部燃烧室结构，编制数控加工程序为了便于对刀，R9圆弧先不加工，保留一个平台。由于是精车，加工余量少（约为0.5 mm），每 次 进 给 量 是0.25 mm， 使 用 一 把 圆 弧 尖 刀（R0.5）循环加工两次就完成了。选用绝对坐标系编程，取活塞头顶部中心点为工件原点，即X=0，Y=0，Z=0。数控加工程序如下：

　　N10 G92 X600 Z100
　　N15 G90G95
　　N20 G97 S200 T0101
　　N25 M03 M08
　　N35 G00 X598 Z2
　　N40 G00 Z-17
　　N45 G01 X576.08 F60
　　N50 G03 X399.34 Z-30 R80
　　N55 G01 X347.44
　　N60 G03 X314.18 Z-28.25 R80
　　N65 G01 X95.64 Z-5.03
　　N70 G02 X0 Z0 R230
　　N80 M09 M30