在发动机缸盖研发试制过程中，经常遇到缸盖凸轮轴孔表面划伤问题，严重影响研发进度。本文从设备、毛坯、夹具、刀具和测量等方面进行分析，通过修改毛坯档宽构造、改善精镗刀具结构、优化加工参数以及夹具施力方式标准化等措施，最终解决了严重划伤问题。

随着汽车工业的蓬勃发展，发动机研发进展飞速，由此对发动机零部件试制工作提出了更高的要求。在缸体、缸盖等箱体类零件的试制过程中，经常会遇到间断细长孔的加工，该类孔长度400mm以上，长径比可达15倍，由5～6个档宽组成，其中缸盖凸轮轴孔加工难度最高。

某发动机缸盖采用DOHC结构，在进排气侧各有一个凸轮轴孔，各项要求如表1所示。在发动机缸盖试制过程中，凸轮轴孔出现啃刀、振刀现象（见图1、图2），内孔表面凹凸不平存在严重划伤，表面粗糙度超差，导致缸盖成品交付时间延期，影响项目进度。针对此问题，我们展开了深入研究。

原因分析

按照“人、机、料、法、环、测”思路进行分析，编制分析鱼骨图（见图3）。

1. 对人员、设备、环境及测量进行分析

（1）人员方面 试制调刀人员经过专门培训，掌握凸轮轴孔刀具调整方法，拥有完备的上岗资格。调试技术人员参与过多项生产线调试任务，前期主要负责发动机缸体生产线的调试，加工经验丰富。

（2）设备方面 精加工机床采用北一大隈MAR-500H卧式加工中心，重复定位精度0.004mm，机床能力指数Cmk值9.86，大于1.67要求值，稳定性能良好，完全满足发动机缸盖试制要求。

（3）温湿度方面 因加工时使用切削液，湿度对加工影响不大。加工车间拥有中央空调，温度恒定在20～25℃，刀具及材料等变形量可忽略不计，满足加工条件。

（4）测量方面 采用国际知名品牌设备（海克斯康及日本三丰），拥有年检合格证。另外三坐标和粗糙度设备的测量主要影响直径、圆柱度及表面粗糙度值等项目，与加工时的表面划伤无关。

经以上分析，来自“人、机、环和测”4个方面的原因非问题原因，可以排除。

2. 毛坯分析

（1）材质方面 本批次加工的缸盖和缸盖罩都符合要求，刀具及参数选择合理情况下，不会出现粘刀及啃刀现象。毛坯检测报告如表2所示。

（2）结构方面 经过图样及实物对比，可明显发现缸盖罩与缸盖在凸轮轴孔处档宽不一致，如图4所示，其中缸盖罩档宽为12.2mm，而缸盖档宽只有11mm。由此可知，加工时刀具都将先接触缸盖罩，切削0.6mm后才切削缸盖档宽，存在短时半切削现象，刀具单向受力，加大刀具跳动存在啃刀风险。

经上分析，毛坯方面存在设计结构缺陷，有啃刀风险，为问题原因。

3. 工艺分析

（1）工艺过程安排分析 缸盖凸轮轴孔加工分为四步进行，如表3所示。精镗余量0.3mm能够保证直径圆柱度等参数，关键在于考虑到凸轮轴孔精镗刀较长（400mm）而加设了一个引导孔，用于稳定因其本身自重而产生的强烈跳动，以保证引导孔的加工质量满足需要。所用引导孔加工镗刀如图5所示，凸轮轴孔精镗刀如图6所示。

（2）刀具分析 精镗刀具采用HSK63刀柄一体式自导向单刀片式精镗刀，自导向长度5mm，刀片材质为镀层碳化钨合金。精镗刀具圆周分布的4根碳化钨支撑导条用来吸收切削阻力和振动。

经分析，由于第一档直径为32.7mm，精镗刀具在进入第二档时才开始切削。由于该刀具的自导向长度明显过短，在进入凸轮轴孔第二档时无法完全起到导向作用，容易引起第二档啃刀，与实际加工中的现象较为符合。

（3）夹具分析 定位采用“一面两销”定位方式，由于为缸盖小批试制加工，从费用及实用性考虑，采用进气排气侧手动施力夹紧，如图7所示。

经过现场测量：圆柱销直径为11.885mm，菱形销直径为11.889mm，精加工定位时的孔径为12.003～12.007mm，装夹时能够顺利安装，无卡死现象存在。但因是手动夹紧，未将加力方式标准化，故操作者在不同的夹紧点有加力差异，导致加工时存在跳动或者松动的可能。

（4）加工参数分析 对原先加工中的参数进行分析，根据切削公式计算线速度及每齿进给量：

式中 d——刀具直径；

n——机床转速；

Vc——刀具切削线速度；

Vf——机床进给速度；

f——刀具的进给量；

Z——刀片数。

将已知参数代入公式计算得出：Vc=80m/min，f=0.1m/r。将此结果告知刀具厂家，得到明确回复：Vc偏小，而f偏大很多，需要进行优化。

（5）切屑液分析 加工缸盖使用的是奎克HDSI切削液，浓度值稳定在7%～8%，具有良好的润滑冷却功能，不会造成划伤现象。

综上所述，我们得出结论，刀具自身引导过短，导致刀具跳动无法得到有效控制，为啃刀及划伤现象的主要原因。夹具手动施力方式，加工时存在松动风险，加工参数不合理，需要优化。

解决措施

根据以上分析确认毛坯质量、刀具及夹具为主要问题点，于是我们提出如下解决措施：

1. 毛坯整改

联系发动机开发部及毛坯供应商，减小缸盖档宽，将上下档宽统一为11.5mm，保证上下加工的一致性，提高加工性能。

2. 工艺整改

（1）刀具整改 重新制作一把自导向长度为10mm凸轮轴孔精镗刀。

（2）增加调刀要求 提高精镗刀及最终精镗刀的调刀要求，其中导向精镗刀具跳动5mm以内，直径控制在24.70～24.72mm之内，最终精镗刀跳动4mm以内。另保证刀尖比导向块尖角（径向）高出5～7um，以保证导向条的挤光作用，防止导条参与加工破坏刀具及工件质量。

（3）参数调整 考虑提高线速度，并降低刀具导向进入凸轮轴孔时产生的跳动，避免引起扎刀及粘刀现象，选择如下参数：Vc=120m/min，f=0.03m/min，代入公式（1）和（2），计算得出：n=1500r/min，Vf=50mm/min。由此确定了精加工参数的刀具转速和进给速度。

在试切过程中，可通过切削声音来判断刀具的转速与进给参数是否合理，对以上参数再进行调整。

3. 夹具调整

检测并调整手动夹紧力矩，记录调试时夹具的跳动情况，如表4所示。从表中可看出，在力矩满足45Nm时，加工跳动为5um，超过45Nm对减轻跳动无帮助现象且存在变形可能。于是，仍然采用原先的手动夹具，但是对夹紧力进行了量化并固化，以45Nm为标准规定。

结语

在以上调整完成后的调试过程中，凸轮轴孔的表面粗糙度质量明显得到改善，再无划伤现象出现，不良品率大幅度下降，发动机缸盖试制得以顺利进行。试制加工与量产条件不同，在加工各方面都相对不够成熟的时候，应充分做好设备、毛坯、工艺编排及刀具、夹具设计等前期准备工作，试制过程中灵活运用，由此才能保证试制质量及进度要求，同时也能够更好地反馈设计缺陷，以便及时改正。

目前在缸盖凸轮轴轴孔量产中，已经出现精密直线镗孔等先进技术，如图8所示，其主要原理为夹具前端安装滚动导向套，得以克服细长孔摆动大的缺陷，并大大了提高加工效率。