采用车削方式实现对座圈角度产品的柔性化加工，可以降低座圈导管孔的加工时间，提高加工效率。该加工方式为缸盖座圈的加工提供了一种优秀的参考方案，在现场实际使用过程中取得了良好的效益。

发动机是汽车的心脏，缸盖是发动机的核心部件之一，缸盖座圈作为缸盖加工难点之一，对发动机的性能和排放有着重要的影响。座圈通常由3个锥面组成，分别是气流进口引导座圈锥面、气流密封座圈锥面和气流内倒角座圈锥面（部分机型气流内倒角采用圆弧面过渡，无此锥面）。

由于四缸机进排气普遍采用16气门结构，所以此部位加工易成为缸盖生产线的瓶颈工序。在生产线工序排布时，如何降低座圈导管孔的加工时间、提高生产节拍，成为人们重点关注的项目。目前座圈导管的加工通常有两种方式：采用镗铰动力头形式，座圈锥面采用车削加工；采用成形刀具，座圈锥面采用锪削加工。本文主要分析如何采用镗铰动力头刀具实现座圈的柔性加工，提高加工效率。

车削加工方法分析

1.刀具介绍

采用镗铰动力头形式刀具（见图1），动力头内部嵌套了U1、U2两层轴，U1轴驱动中心轴铰刀进行导管孔加工，U2轴驱动滑块1和滑块2进行座圈锥面角度加工。

目前的座圈通常采用粉末冶金烧结制造，含有大量微量元素，硬质点多，加工中对刀具磨损影响较大。

设计时加工座圈两个刀片安装位置有高度差，加工过程分层切削，减少座圈材料难加工引起的刀具磨损，可实现座圈及导管粗、精加工一次完成。刀片安装角度通常与座圈密封锥面角度相同。

2.加工原理

以滑块运动方向与主轴方向交点建立坐标系。

（1）滑块向外运动（即车削方向由内向外）

参数说明：v为滑块速度，vz为主轴运动速度，α为刀具装夹角度（固定值），β为需要加工角度，v1为加工β实际速度方向（运动轨迹）。

①若α＞β，则vz向右运动，即主轴需向后运动（见图2a）。

②若α＜β，则vz向左，即主轴需向前进给（见图2b）。

采用此种方案时，因主轴向前进给，增加了刀具负载，对刀具寿命存在负面影响，不推荐使用。

③若α=β，则vz=0，即主轴无进给运动，通过滑块移动完成加工。

（2）滑块向内运动（即车削方向由外向内）

①若α＞β，则vz向左运动，即主轴需向前进给（见图3a）。

采用此方案时，主轴向前进给，同样增加了刀具承受的切削力，对刀具寿命存在负面影响，不推荐使用。

②若α＜β，则vz向右，即主轴需向后进给（见图3b）。

③若α=β，则vz=0，即主轴无进给运动，通过滑块移动完成加工。

（3）推荐加工方案

加工角度大于滑块滑动角度时，建议滑块由外向内加工，主轴后退，如图2a所示。

加工角度小于滑块滑动角度时，建议滑块由内向外加工，主轴后退，如图3b所示。加工角度等于滑块滑动角度时，主轴无进给，滑块滑动，完成车削。

（4）应用实例

以某四缸机进气侧为例：气流进口引导座圈锥面角度为130°，气流密封座圈锥面角度为90°，气流内倒角座圈锥面不加工且刀具上两滑块角度为90°。

因气流进口引导座圈锥面角度为130°大于刀具滑块滑动角度（90°），在此选择滑块由外向内加工方式，加工过程如下。

第一步，气流进口引导座圈锥面角度（130°）加工，主轴运动到加工起始位置，主轴开始后退，同时滑块由外向内开始加工。加工β角滑块与主轴速度关系需满足：v滑块/vsp=tanβ/（tanβcosα－sinα）=tan65°/（tan65° cos45° －sin45°）≈2.5。

第二步，气流密封座圈锥面角度为90°，加工气流密封座圈锥面角度与刀具滑块角度相同；第一步加工完成后，主轴停止后退，滑块继续向内运动，完成气流密封座圈锥面角度（90°）加工。

第三步，导管孔加工（见图4）。U2轴停止进给（滑块1、滑块2停止运动），U1轴进给，完成导管孔加工。

图5  气流密封座圈锥面60°加工刀具与主轴运动示意

3.车削加工实现柔性化加工

通过镗铰动力头结构刀具加工方法的分析可知，座圈角度是通过滑块与主轴的合成运动完成加工，主要改变滑块与主轴的速度关系，即可完成不同角度加工。

以我厂某四缸A机型为例，A机型进排气侧气流进口引导锥面角度不同，并且该机型与某四缸柴油机型B共线生产。工艺排布时，采用两台CNC加工单元分别加工进排气侧座圈，均采用镗铰动力头形式刀具。

机型切换生产时无需更换刀具，只需调用不同加工程序即可完成不同座圈角度加工。

如柴油机B气流密封座圈锥面60°加工，加工运动如图5所示。

v′为滑块在主轴方向上分解速度；vxy为滑块在垂直于主轴方向上分解速度；vz为主轴速度。

vxy= v滑块sinα，vxy = vtanβ，即v滑块sinα = vtanβ。

将v= v′+ vz，v′=v滑块cosα带入得v滑块sinα=（v滑块cosα+vz）tanβ，整理可得：v滑块/vz=tanβ/（sinα－tanβcosα）=tan30°/（sin44.75°－tan30°cos44.75°）≈2。

调整滑块与主轴速度比例，即可完成60°角的加工。

另外，加工进气侧、排气侧座圈的两台CNC加工单元，机床程序可互为备份，当其中一台机床故障时，可使用另一台机床单独完成进气侧、排气侧座圈的加工，规避了此处设备故障引起的停线隐患。

结语

缸盖座圈采用镗铰动力头形式刀具，使用车削方式进行加工，不仅实现了粗精加工一次完成，提升了生产效率。同时，通过修改程序，调整滑块与主轴的速度比，在刀具与工件空间无干涉的前提下，不需要增加额外刀具，便可实现不同座圈角度产品的柔性化加工。实践证明，采用车削的加工方式为缸盖座圈的加工提供了一种优秀的参考方案。