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
2.1.4 数控加工过程
操作工人将编制好的数控程序输入车床的控制面板，利用空运转或模拟检验程序的正确性。然后将工件夹紧，校正，对刀，就可以实施加工了。由于活塞头顶部燃烧室形状精度要求高，要求工人在加工过程中要灵活运用刀尖半径补偿（G41 G42）指令。
2.1.5 产品数控加工后的检验效果
采用数控机床加工完成的活塞头，精度可以达到Ra1.6，用标准样板检验，尺寸完全控制在±0.02 mm范围，并且全部一致，曲线形状非常吻合，表面粗糙度完全符合图纸要求Ra1.6。利用数控机床的加工特性，只要加工人员按照预定的指令来输入各种参数，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。
2.2 使用数控钻床加工主螺孔
2.2.1零件概况
活塞头底部主螺栓孔工序图如图2所示。
图2 活塞关底部主螺孔钻孔工序图
2.2.2 数控钻床的选用
选用桂林正菱第二机床有限公司生产的数控立式钻床，型号为ZK5150A，最大钻孔直径为50 mm，数控系统是广州数控GSK983M。
2.2.3分析主螺孔分布特征，编制数控加工程序，由图可见，12只主螺孔沿圆周呈均匀分布，起始孔与X轴呈15°夹角，相邻孔呈30°夹角。与XOY平面垂直的轴为 Z。选用直径为21 mm的钻头，选用绝对坐标系，取活塞头底平面中心点为工件原点，即X=0，Y=0，Z=0，小数点编程，程序编制如下：
N10 G0 G90 G54 L0;
N20 S800 M3;
N25 M08;
N30 Z10. F20.;
N40 G81 R-57. Z-134. ;
N50 G65 P0000 X0 Y0 R170 A15. H12.;
N60 G80;
N70 G0 Z10.;
N80 M09;
N90 M5;
在正式钻孔前，为了安全，先进行孔定位，定位用的数控程序与钻孔程序相同，只是进刀量不同，改为0.20 mm就可以了。
螺孔采用数控钻床加工，使工作简单化，不但提高了工作效率，还节约了成本。由于活塞头系列产品的工艺类似，可以建立活塞头加工的标准程序格式，对产品的开发、加工程序的编制以及加工质量的可靠性保证，具有较大的意义。
3 结果分析
根据以上两个加工实例，列表分析活塞头采用数控加工与普通车床加工的差异，见表2。
表2 活塞头的顶部燃烧室与主螺孔采用数控加工同普通加工的差异
4 结语
从数控技术实际应用的效果来看，活塞头的加工质量有了保证，产品制造周期大大缩短，生产效率有了明显提高，加工成本也显著降低。因此，发展数控加工技术是提高活塞头加工质量和生产效率的有效途径。同时采用数控加工技术解决了工作效率和产品质量问题；对整个加工过程可以进行实时监控，便于及时解决错误；用智能化加工，有效地把繁琐的加工工序简单化。所以活塞头加工工艺过程中要大力发展数控技术。
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本文标题：数控加工技术在活塞头制造中的应用
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