一种加工凸轮轴底孔的导条式复合阶梯镗刀及方法与流程

本发明涉及发动机制造技术领域，更具体地说，它涉及一种加工凸轮轴底孔的导条式复合阶梯镗刀及方法。

背景技术：

发动机在制造的过程中，需要加工气缸体的凸轮轴底孔，该凸轮轴底孔一般包括位于凸轮轴底孔内腔的间隔布置的1-7档，即，凸轮轴底孔的加工需要加工7个档位，目前，对于气缸体(铸铁材质)的凸轮轴底孔加工多为采用卧式加工中心加工。该加工方法的步骤分为：半精镗和精镗，其中，半精镗加工余量为单边1.75mm，先用短柄半精镗刀加工1、2、和6、7档，再用长柄半精镗刀加工3、4、5档到半精加工尺寸；精镗加工余量为单边0.25mm，先用短柄精镗刀加工1、2档和6、7档，再用长柄精镗刀加工3、4、5档到最终尺寸。在此过程中，由于精镗刀不同时具备单边余量大于1.5mm的半精镗功能，因此半精镗和精镗的3、4、5档需要分开两把刀具加工，刀具更换过程繁琐，给生产带来加工困难、加工精度低、刀具成本高等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种结构简单，操作简便，有效提高气缸体凸轮轴底孔加工效率和加工精度的导条式复合阶梯镗刀及加工方法。

本发明的技术方案是这样的：一种加工凸轮轴底孔的导条式复合阶梯镗刀，包括与机床相连的刀柄，所述的刀柄上靠近机床的一端依次设有将所述刀柄包裹的第一导条和第二导条，另一端的端部设有用于半精加工凸轮轴底孔的半精镗刀片，所述第二导条与半精镗刀片之间的刀柄上设有与所述半精镗刀片同轴布置并且位置可调节的用于精加工凸轮轴底孔的精镗刀片。

作为进一步地改进，所述精镗刀片最外缘端点的高度大于所述半精镗刀片最外缘端点的高度，所述精镗刀片与半精镗刀片之间的距离小于相邻两档凸轮轴底孔之间的距离。

进一步地，所述精镗刀片最外缘端点的高度与所述半精镗刀片最外缘端点的高度之差为精加工的单边余量值。

进一步地，所述的刀柄为直径沿其轴向逐级减小的阶梯状长杆，包括与机床主轴相连的连接部、与该连接部相连并同轴布置的导条安装部以及与该导条安装部相连并同轴布置的刀片安装部。

进一步地，所述的第一导条和第二导条为相互间隔布置并且位置与气缸体前端及后端两档凸轮轴底孔位置相对应的环形导条，并且，该导条的宽度大于所述精镗刀片与半精镗刀片之间的距离，所述二导条与气缸体的各档凸轮轴底孔之间为间隙配合。

进一步地，所述的精镗刀片为菱形结构的刀片，所述的刀柄上设有将所述精镗刀片与刀柄相连的刀夹，在所述菱形刀片的中心设有将所述该刀片安装在所述刀夹上的安装螺钉。

进一步地，所述的刀夹一端设有可调节所述精镗刀片轴向位移的轴向调整螺钉，另一端设有可调节所述精镗刀片径向位移的径向调整螺钉，所述轴向调整螺钉与径向调整螺钉之间设有将所述刀夹锁紧在所述刀柄上的锁紧螺钉。

进一步地，所述的半精镗刀片为正方形结构的刀片，该正方形刀片的中心设有将该刀片固定在所述刀柄上的紧固螺钉。

一种加工凸轮轴底孔的方法，该方法是通过设计一种导条式复合阶梯镗刀，该镗刀的刀柄上集成设置有第一导条和第二导条以及沿切削方向依次布置的半精镗刀片和精镗刀片，使第一导条和第二导条分别与气缸体前端及后端的两档凸轮轴底孔相配合并以此作为导向，然后利用半精镗刀片和精镗刀片实现使用一把刀具加工完气缸体中间的三档凸轮轴底孔。

具体的操作步骤如下：

步骤1、先用短柄半精镗刀分别加工气缸体前端及后端的1、2、和6、7档凸轮轴底孔以完成1、2、和6、7档的半精加工，然后用短柄精镗刀分别加工气缸体前端及后端的1、2、和6、7档凸轮轴底孔以完成1、2档和6、7档的精加工，从而使气缸体的1、2、和6、7档凸轮轴底孔加工到合格的尺寸；

步骤2、气缸体的后端保持朝向机床，更换刀具，将导条式复合阶梯镗刀装在机床主轴上，镗刀旋转进入气缸体内，使第一导条和第二导条分别与已加工好的7、6档凸轮轴底孔相配合并以此为导向，半精镗刀片和精镗刀片依次完成半精加工和精加工第5档凸轮轴底孔至合格的尺寸；

步骤3、镗刀继续旋转进给，使第一导条和第二导条分别与已加工好的6、5档凸轮轴底孔相配合并以此为导向，半精镗刀片和精镗刀片依次完成半精加工和精加工第4档凸轮轴底孔至合格的尺寸；

步骤4、镗刀撤离气缸体，将气缸体回转180°，使气缸体的前端朝向机床；

步骤5、镗刀旋转进入气缸体内，使第一导条和第二导条分别与已加工好的1、2档凸轮轴底孔相配合并以此为导向，半精镗刀片和精镗刀片依次完成半精加工和精加工第3档凸轮轴底孔至合格的尺寸；

步骤6、镗刀撤离气缸体，加工结束。

有益效果

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明结构简单、操作方便，通过使用同时具有导向、半精加工及精加工功能的导条式复合阶梯镗刀实现一把刀具加工完气缸体中间的三档凸轮轴底孔，加工精度高，相比于原工艺方案，加工效率提升了约50％，并且，降低了刀具成本；

2、本发明利用镗刀上的第一导条和第二导条分别与加工完成的气缸体前端及后端的两档凸轮轴底孔进行配合导向，充分利用了已加工好的凸轮轴底孔，克服了刀具长径比大，容易引发颤振，加工表面粗糙度差等质量问题；

3、本发明中的精镗刀片可实现轴向和径向位移调节，可根据加工要求，适当调节精加工的加工余量，合理使用精镗刀片，有效提高了精镗刀片和半精镗刀片的使用寿命，从而降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明中气缸体的左视结构示意图；

图2为本发明中气缸体的右视结构示意图；

图3为气缸体的主视结构示意图；

图4为本发明中镗刀的结构示意图；

图5为本发明中镗刀的局部结构放大示意图；

图6为本发明中镗刀加工第4档凸轮轴底孔时的结构示意图；

图7为本发明中镗刀加工第3档凸轮轴底孔时的结构示意图。

其中：1-刀柄、2-第一导条、3-第二导条、4-半精镗刀片、5-精镗刀片、6-刀夹、7-安装螺钉、8-轴向调整螺钉、9-径向调整螺钉、10-锁紧螺钉、11-紧固螺钉、12-气缸体、1a-连接部、1b-导条安装部、1c-刀片安装部、a-凸轮轴底孔、b-前端、c-后端。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。

参阅图1-7，本发明的一种加工凸轮轴底孔的导条式复合阶梯镗刀，该镗刀作为一种刀具配合机床实现加工气缸体12的凸轮轴底孔a，而凸轮轴底孔a的加工沿其轴向可分为1档、2档、3档、4档、5档、6档、7档七个档的加工，其中，1、2档位于气缸体12的前端b，7、6档位于气缸体12的后端c，3档、4档、5档位于气缸体12的前端b与后端c之间，即为气缸体12的中间，本发明的镗刀则专用于半精加工和精加工气缸体12中间的3档、4档、5档三档凸轮轴底孔a。该镗刀包括与机床相连的刀柄1，在刀柄1上靠近机床的一端依次设有将刀柄1包裹的第一导条2和第二导条3，另一端的端部设有用于半精加工凸轮轴底孔a的半精镗刀片4，在第二导条3与半精镗刀片4之间的刀柄1上设有与半精镗刀片4同轴布置并且位置可调节的用于精加工凸轮轴底孔a的精镗刀片5。本发明结构简单、操作方便，通过使用同时具有导向、半精加工及精加工功能的导条式复合阶梯镗刀实现一把刀具加工完气缸体12中间的三档凸轮轴底孔a，加工精度高，相比于原工艺方案，加工效率提升了约50％，并且，降低了刀具成本，同时，合理利用镗刀上的第一导条2和第二导条3分别与加工完成的气缸体12前端b及后端c的两档凸轮轴底孔a进行配合导向，充分利用了已加工好的凸轮轴底孔a，克服了刀具长径比大，容易引发颤振，加工表面粗糙度差等质量问题，并且，设置位置可调节的精镗刀片5可实现轴向和径向位移调节，根据加工要求，适当调节精加工的加工余量，合理使用精镗刀片5，有效提高了精镗刀片5和半精镗刀片4的使用寿命，从而降低了生产成本。

在上述的实施例中，精镗刀片5最外缘端点的高度大于半精镗刀片4最外缘端点的高度，并且，精镗刀片5最外缘端点的高度与半精镗刀片4最外缘端点的高度之差为精加工的单边余量值，半精镗刀片4完成单边余量1.75mm的大余量切削后，精镗刀片5接着完成单边余量0.25mm的精加工，实现了半精加工和精加工的同步加工，提升了加工效率；精镗刀片5与半精镗刀片4之间的距离小于相邻两档凸轮轴底孔a之间的距离，确保半精加工的过程中，精镗刀片5与每一档凸轮轴底孔a错开布置，防止精镗刀片5与其它档位的凸轮轴底孔a接触，从而影响加工精度和损坏刀具，同时确保精加工的过程中，半精镗刀片4与每一档凸轮轴底孔a错开布置，防止半精镗刀片4与其它档位的凸轮轴底孔a接触，从而影响加工精度和损坏刀具。

其中，刀柄1为直径沿其轴向逐级减小的阶梯状长杆，包括与机床主轴相连的连接部1a、与该连接部1a相连并同轴布置的导条安装部1b以及与该导条安装部1b相连并同轴布置的刀片安装部1c，第一导条2和第二导条3以及半精镗刀片4和精镗刀片5分别套设固定在导条安装部1b和刀片安装部1c的外围，并且，第一导条2和第二导条3为相互间隔布置并且位置与气缸体12前端b及后端c的两档凸轮轴底孔a位置相对应的环形导条，该导条的宽度大于精镗刀片5与半精镗刀片4之间的距离，确保镗刀在加工的过程中，第一导条2和第二导条3始终与气缸体12前端b及后端c的两档凸轮轴底孔a相对应，二导条保持导向，防止因镗刀颤振而影响加工精度，二导条与气缸体12的各档凸轮轴底孔a之间为间隙配合，确保导条刮伤已加工好的凸轮轴底孔a，从而提高加工精度。

其中，镗刀上的精镗刀片5为菱形结构的刀片，该菱形刀片倾斜布置在刀柄1上，利用菱形的菱角加工气缸体12，在刀柄1上还设有将精镗刀片5与刀柄1相连的刀夹6，在菱形刀片的中心设有将该刀片安装在刀夹6上的安装螺钉7，即精镗刀片5是通过刀夹6安装在刀柄1上的，主要是用于实现精镗刀片5的调节功能，在刀夹6一端设有可调节精镗刀片5轴向位移的轴向调整螺钉8，另一端设有可调节精镗刀片5径向位移的径向调整螺钉9，即精镗刀片5是通过轴向和径向的位移调节实现精加工单边余量的改变，在轴向调整螺钉8与径向调整螺钉9之间设有将刀夹6锁紧在刀柄1上的锁紧螺钉10，防止刀夹6与刀柄1发生相对位移；半精镗刀片4为正方形结构的刀片，该正方形刀片倾斜布置在刀柄1的端部，利用正方形的直角加工气缸体12，在正方形刀片的中心还设有将该刀片固定在刀柄1上的紧固螺钉11，防止半精镗刀片4发生位移或旋转。

一种加工凸轮轴底孔的方法，该方法是通过设计一种导条式复合阶梯镗刀，该镗刀的刀柄1上集成设置有第一导条2和第二导条3以及沿切削方向依次布置的半精镗刀片4和精镗刀片5，使第一导条2和第二导条3分别与气缸体12前端b及后端c的两档凸轮轴底孔a相配合并以此作为导向，然后利用半精镗刀片4和精镗刀片5实现使用一把刀具加工完气缸体12中间的三档凸轮轴底孔a，加工效率高，刀具成本低。

该方法的具体操作步骤如下：

步骤1、先用短柄半精镗刀分别加工气缸体12前端b及后端c的1、2、和6、7档凸轮轴底孔a以完成1、2、和6、7档的半精加工，然后用短柄精镗刀分别加工气缸体12前端b及后端c的1、2、和6、7档凸轮轴底孔a以完成1、2档和6、7档的精加工，从而使气缸体12的1、2、和6、7档凸轮轴底孔a加工到合格的尺寸；

步骤2、气缸体12的后端c保持朝向机床，更换刀具，将导条式复合阶梯镗刀装在机床主轴上，镗刀旋转进入气缸体12内，使第一导条2和第二导条3分别与已加工好的7、6档凸轮轴底孔a相配合并以此为导向，半精镗刀片4和精镗刀片5依次完成半精加工和精加工第5档凸轮轴底孔a至合格的尺寸，此过程中，确保第一导条2和第二导条3始终与已加工好的7、6档凸轮轴底孔a位置相对应；

步骤3、镗刀继续旋转进给，使第一导条2和第二导条3分别与已加工好的6、5档凸轮轴底孔a相配合并以此为导向，半精镗刀片4和精镗刀片5依次完成半精加工和精加工第4档凸轮轴底孔a至合格的尺寸，此过程中，确保第一导条2和第二导条3始终与已加工好的6、5档凸轮轴底孔a位置相对应；

步骤4、镗刀撤离气缸体12，将气缸体12回转180°，使气缸体12的前端b朝向机床，此时，需确保镗刀的轴心线与气缸体12d的凸轮轴底孔a的轴心线重合；

步骤5、镗刀旋转进入气缸体12内，使第一导条2和第二导条3分别与已加工好的1、2档凸轮轴底孔a相配合并以此为导向，半精镗刀片4和精镗刀片5依次完成半精加工和精加工第3档凸轮轴底孔a至合格的尺寸，此过程中，确保第一导条2和第二导条3始终与已加工好的1、2档凸轮轴底孔a位置相对应；

步骤6、镗刀撤离气缸体12，加工结束。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。