精鏜缸體主軸承孔DKM033組合機(jī)床的研制

彭小敢

(大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，遼寧大連 116620)

隨著柴油機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式各不相同，但都保持了基本結(jié)構(gòu)形式—曲柄連桿結(jié)構(gòu)。作為安裝曲軸的缸體主軸承孔加工就特別重要。由于機(jī)體形式不同，在主軸承孔周圍有許多與其位置關(guān)系要求嚴(yán)格的孔，這些孔與主軸承孔組成的主軸承孔系是缸體加工的關(guān)鍵工序。因加工精度要求高，加工難度大，所以對(duì)工藝設(shè)備要求比較特殊，一般采用進(jìn)口機(jī)床進(jìn)行加工。同時(shí)由于國(guó)內(nèi)機(jī)床裝備設(shè)計(jì)制造水平不斷提高，此類設(shè)備也逐步被國(guó)產(chǎn)機(jī)床替代。下面就大連機(jī)床集團(tuán)研制的編號(hào)為DKM033精鏜缸體主軸承孔組合機(jī)床做介紹。

1 機(jī)床方案的制定

1.1 被加工零件工序內(nèi)容

被加工零件名稱:D9TCI機(jī)體總成(直列四缸);材料:HT250(機(jī)體)，QT450－10(瓦蓋);硬度:220～275 HB(機(jī)體)，160 ～210 HB(瓦蓋);輪廓尺寸:412.6 mm×406 mm×302.8 mm(長(zhǎng)×寬×高)。

1.2 加工精度目標(biāo)

加工節(jié)拍:1.94 min;加工內(nèi)容及精度要求:主軸承孔尺寸 φ63.95mm，同軸度 φ0.025 mm，圓柱度0.015 mm，對(duì)定位銷孔心連線平行度φ0.025 mm，粗糙度3.2 μm。

油泵孔尺寸 φ50H8，對(duì)主軸承孔平行度 φ0.02 mm，粗糙度 3.2 μm。

啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔尺寸φ77H8，對(duì)主軸承孔平行度φ0.015 mm，對(duì)主軸承孔位置度φ0.10 mm，粗糙度3.2 μm。

正時(shí)齒輪孔尺寸 φ20H7，對(duì)主軸承孔位置度φ0.10 mm，粗糙度3.2 μm。

定位銷孔尺寸 φ8S7，對(duì)主軸承孔位置度 φ0.08 mm，粗糙度 3.2 μm。

1.3 工藝方案的制定

定位方式:采用一面兩銷定位方式。

加工方法:根據(jù)上述加工內(nèi)容及精度要求，擬定主軸承孔、油泵孔、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔采用鏜削加工，正時(shí)齒輪孔和定位銷孔采用鉸削加工。由圖1可見(jiàn)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔、正時(shí)齒輪孔和定位銷孔位于機(jī)體前端面，油泵孔位于機(jī)體后端面，所以將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔、正時(shí)齒輪孔和定位銷孔加工刀具集成在同一個(gè)動(dòng)力頭上，將主軸承孔和油泵孔加工刀具集成在另一個(gè)動(dòng)力頭上。

主軸承孔采用單刃雙刀拉鏜加工方式。為縮短加工時(shí)間及提高油泵孔精度，避免產(chǎn)生退刀痕，油泵孔也采用拉鏜方式，其加工時(shí)間與主軸承孔前刀加工時(shí)間重合。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔采用單刃推鏜加工方式，由于主軸承孔拉鏜時(shí)間占用加工節(jié)拍時(shí)間較長(zhǎng)，因此先推鏜啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔，完畢后再鉸正時(shí)齒輪孔和定位銷孔。

由于為多軸加工，而且主軸承孔跨距較大，如果采用剛性主軸方式，必須加強(qiáng)主軸支承剛性，提高主軸箱上各主軸之間的位置精度，提高進(jìn)給滑臺(tái)的導(dǎo)向精度，改善鏜桿剛性、穩(wěn)定性等。在當(dāng)前技術(shù)水平下，困難重重且成本高昂。所以采用主軸與鏜桿浮動(dòng)連接，鏜桿由鏜模雙支撐的結(jié)構(gòu)形式。

切削參數(shù):主軸承孔v=140 m/min，n=700 r/min，s0=0.12 mm/r(每轉(zhuǎn)進(jìn)給量)，sm=84 mm/min(工進(jìn)速度);

油泵孔:v=110 m/min，n=700 r/min，s0=0.12 mm/r，sm=84 mm/min;

啟動(dòng)電機(jī)孔:v=110 m/min，n=455 r/min，s0=0.1 mm/r，sm=45.5 mm/min;

正時(shí)齒輪孔:v=8.8 m/min，n=140 r/min，s0=0.325 mm/r，sm=45.5 mm/min;

定位銷孔尺寸:v=8.9 m/min，n=355 r/min，s0=0.128 mm/r，sm=45.5 mm/min。

1.4 機(jī)床布局

根據(jù)上述工藝方案擬定，機(jī)床采用雙面臥式六軸布置形式。工件在夾具上的姿態(tài)為底面在下，后端面在右。夾具居中固定在底座上，四軸左動(dòng)力頭由數(shù)控滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)加工啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)孔、正時(shí)齒輪孔和定位銷孔。雙軸右動(dòng)力頭由數(shù)控滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)加工主軸承孔和油泵孔。機(jī)床與物流滾道設(shè)計(jì)為旁通式布置，通過(guò)上下料機(jī)械手將物流滾道上的工件上下料至機(jī)床夾具。集中冷卻過(guò)濾裝置供給刀具冷卻液和沖屑液，并通過(guò)底座將廢液回收，過(guò)濾后循環(huán)利用。霧氣收集裝置將加工中產(chǎn)生的煙霧和水汽進(jìn)行過(guò)濾凈化。機(jī)床具有高精度、高效率、高剛性、數(shù)控自動(dòng)化程度高、環(huán)保的特點(diǎn)。

2 機(jī)床主要部件及其特點(diǎn)

機(jī)床(圖2)主要由夾具、數(shù)控動(dòng)力頭、中間底座、側(cè)床身、數(shù)控滑臺(tái)、上下料裝置、物流滾道、冷卻過(guò)濾裝置、潤(rùn)滑裝置、霧氣收集裝置、液壓裝置等組成。下面簡(jiǎn)述夾具及上下料裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.1 夾具

在機(jī)加工工藝系統(tǒng)中，夾具的好壞直接影響加工精度的高低或加工的成敗。在組合機(jī)床設(shè)計(jì)中，是以工件為中心展開(kāi)的，機(jī)床的布局是以工件夾具為中心設(shè)計(jì)。組合機(jī)床夾具除了具備一般夾具的特點(diǎn)外，還具有高剛性、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。本機(jī)床夾具為亭子式結(jié)構(gòu)，由上蓋、夾具體、支柱及鏜模組成。

定位系統(tǒng)采用一面兩銷方式，主定位面由工件底平面上固定位置的三點(diǎn)組成，為提高主定位面剛性，增加兩個(gè)輔助支撐點(diǎn)。兩銷采用傳統(tǒng)一圓一菱固定銷方式。經(jīng)過(guò)大連機(jī)床集團(tuán)長(zhǎng)期組合機(jī)床設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，將定位銷尺寸精度控制在φ－0.005－0.01mm 范圍，可以有效保證定位精度。

夾緊系統(tǒng)采用典型的液壓油缸驅(qū)動(dòng)的連桿自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。液壓夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力穩(wěn)定可靠，在松夾狀態(tài)時(shí)，可有效增加夾具內(nèi)部活動(dòng)空間，便于工件上、下料及各種維修工作。

鏜模在三軸鏜機(jī)床上非常重要，前面所述，主軸承孔系是以主軸承孔為基點(diǎn)。工件在夾具上定位后，通過(guò)鏜模上的導(dǎo)向裝置確定工件主軸承孔與主軸承孔鏜刀的相對(duì)位置。而工件其他孔與刀具的相對(duì)位置是通過(guò)調(diào)整鏜模上各孔導(dǎo)向裝置與主軸承孔導(dǎo)向裝置的相對(duì)位置來(lái)間接找正。所以，鏜模決定了加工主軸承孔系的位置精度。

采用拉鏜方式加工長(zhǎng)孔，在加工前、后必須要有讓刀動(dòng)作。在三軸鏜機(jī)床上主軸和夾具相對(duì)位置固定，所以一般采用工件讓刀方法。根據(jù)工件上、下料特點(diǎn)，機(jī)床設(shè)計(jì)采用工件上下移位讓刀方式，即先將工件落到定位面，然后通過(guò)齒輪—齒條機(jī)構(gòu)將工件抬起離開(kāi)定位面到達(dá)讓刀位。穿刀后，工件落下定位夾緊并加工，加工完成后再次讓刀。

2.2 上、下料裝置

由于三軸鏜機(jī)床精度高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不采用從物流滾道直接流入的方式，而采用包括人工吊裝、機(jī)構(gòu)輸送、機(jī)械手等方式上下料。雖然各種上下料方式特點(diǎn)不同，但都具有如下特點(diǎn):上下料位置準(zhǔn)確、安全可靠、操作簡(jiǎn)便、不至使整機(jī)結(jié)構(gòu)龐雜化。采用何種上下料方式，主要取決工件總生產(chǎn)線布局、廠房空間、機(jī)床特點(diǎn)及設(shè)備成本控制等。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，降低勞動(dòng)者工作強(qiáng)度、改善勞動(dòng)環(huán)境、提高生產(chǎn)率、保證精度、降低機(jī)床故障率等要求，必須采用自動(dòng)化的上下料方式。

機(jī)床采用懸掛筐式簡(jiǎn)易機(jī)械手機(jī)構(gòu)，先將筐式簡(jiǎn)易機(jī)械手定位在物流滾道上，將工件推入機(jī)械手，然后機(jī)械手提起工件橫向移動(dòng)到機(jī)床夾具位置，再向下將工件定位到夾具上。待加工結(jié)束后，將工件提起橫向移動(dòng)返回物流滾道，推出加工完成工件，推入待加工工件，進(jìn)入機(jī)床下一個(gè)循環(huán)。整套機(jī)構(gòu)復(fù)合在夾具上蓋上，簡(jiǎn)易機(jī)械手上下移動(dòng)采用液壓油缸直接驅(qū)動(dòng)，橫向移動(dòng)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

這臺(tái)機(jī)床已經(jīng)成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)用戶廠生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，完全滿足主軸承孔加工精度要求，并且具有可靠的加工性能和穩(wěn)定的加工精度。這臺(tái)機(jī)床的研制成功，為精鏜缸體主軸承孔類機(jī)床的研制積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也提供了一些新的思考。

［1］大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì):第一冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［2］金振華.組合機(jī)床及其調(diào)整與使用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

［3］盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［4］馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［5］張維繼.金屬切削原理及刀具［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2003.

［6］秦國(guó)華，張衛(wèi)紅.機(jī)床夾具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2006.

［7］鄭修本，馮冠大.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［8］劉元祿.精鏜主軸孔和凸輪軸孔方案的制定和分析［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1997(9):5－7.

［9］丁國(guó)琴.柴油機(jī)氣缸體三軸孔及曲軸止推面精鏜床的設(shè)計(jì)［J］.輕型汽車技術(shù)，2003(1):32－35.