立式單面四工位擴鉸缸體挺柱孔組合機床

吳慧萍，李前明

(安陽第二機床有限公司，河南 安陽 455000)

0 引言

隨著汽車市場產品的更新要求加快，汽車制造越來越呈現(xiàn)出注重產品多元化、小批量生產和以市場需求為導向等發(fā)展新趨勢［1］。進入20 世紀末，我國組合機床開始向數(shù)控和柔性發(fā)展，派生出數(shù)控組合機床和柔性加工單元。這雖然使機床行業(yè)技術有了重大突破，可是，由于組合機床受各運動部件結構形式所限，使其不能適應多品種的要求［2］。因此組合機床實現(xiàn)多品種的柔性加工，深受市場發(fā)展的需求，本文介紹的立式單面四工位擴鉸組合機床，通過優(yōu)化組合設計、更換高低不同的定位塊，實現(xiàn)對A3100、L300、L3100、430、J5600、J1000、Y6L4700 等系列不同品種的零件加工，一次裝夾同時加工兩個工件，不僅降低了工人的勞動強度、保證了加工質量，而且大大提高了生產效率，有效地解決多孔自動加工難、效率低等問題。

本機床為濕式加工，全防護，采用CL63 立柱、SEHY630-630 滑臺及專用12 軸剛性多軸箱配置，定位面設有高壓吹氣裝置，棘爪輸送，通過式夾具。具體形式如圖1 所示。

圖1 機床示意圖

1 加工內容和加工節(jié)拍

挺柱孔加工是柴油機缸體加工工藝中的一個重要部分。挺柱在挺柱孔內做高速往復運動，屬于配氣機構的重要部件，對整機性能有著重要影響。由于挺柱孔一般位于缸體的中間部位，所以對挺柱孔的表面粗糙度、圓柱度、直線度均有較高工藝要求，在設計加工工藝時是需要慎重考慮的。本機床需要完成的加工內容為:12-φ28H8 孔口倒角和12-φ32H8孔口倒角。工序內容如圖2 所示。

本文介紹的組合機床生產節(jié)拍為3.5 分鐘/件，年生產量為6 萬件/年。

圖2 加工工序圖

2 加工工藝的選擇

因受限于缸體頂面挺柱孔的形狀限制，傳統(tǒng)的加工方法只能從缸體底面進刀，而這樣的結果是:刀具懸伸很長并遠離導套，導套到加工平面的距離約為六倍刀具直徑，對加工造成較大難度，加工工藝復雜，加工困難，效率低，精度不易保證，且鉆頭易折斷。

考慮諸多不利因素，為了保證挺柱孔的加工質量和精度要求，經過反復分析演示，制訂了挺柱孔加工工藝方案:鉆通挺柱孔底孔→擴、鉸挺柱孔→精鉸挺柱孔。本組合機床采用擴、鉸帶前導向的復合刀具剛性加工的方法，很好的解決了生產中出現(xiàn)的上述問題，完成擴鉸加工工序。

本組合機床采用專用接桿連接多軸箱和刀具，擴孔刀使用雙螺母加頂絲結構，大大地減少了在加工過程中刀具受切削力的影響而引起的松動現(xiàn)象;刀具前導向部分帶有反向螺旋式容屑槽使加工完成退刀后，鐵屑從下面排出而不劃傷已加工孔;前導向裝置的導向桿內鑲入導向套，既保證了加工精度也方便磨損后快速更換。加工示意圖如圖3 所示。

3 夾具和前導向移動裝置

夾具作為組合機床的重要組成部分，是根據(jù)機床的工藝和結構方案的具體要求而專門設計的。專用夾具雖然設計制造周期長，但結構更簡單合理，裝夾穩(wěn)定可靠，操作方便省時，能確保證被加工零件精度，適用于成批輪番上機，加工精度要求高、形狀復雜的零件［3］。本機床采用一次裝夾兩個工件同時加工，實現(xiàn)了定位基準的統(tǒng)一，減少了因多次裝夾產生的加工誤差，保證了擴鉸加工精度;而本機床的移動導向裝置在加工過程中對提高加工精度也起著決定性作用，兩根φ55 長達1445mm 長的導向桿就成了重中之重。因考慮到兩導向桿要承受軸向力和相當大的摩擦力，決定采用20Cr 的材料制作。20Cr 鋼有較高的強度及淬透性，經過下料-鍛造毛坯-退火-機械粗加工-退火-機械精加工-滲碳-淬火、回火-研磨拋光等工藝加工而成。為了提高耐磨性，加工后需要進行滲碳處理，然后再進行淬火和低溫回火，從而保證表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性，在保證其剛性的同時減少變形，保持導桿的穩(wěn)定性，使機床能長時間保持加工的可靠性和精度。前導向移動裝置如圖4 所示。

圖3 加工示意圖

圖4 前導向移動裝置

本機床在接收上序輸送工件到位后，接近開關發(fā)出信號，第一組活動插銷機構動作，工件以底面、一個圓銷和一個菱銷限定六個自由度，定位準確后，四個夾緊油缸接收到信號進行液壓夾緊，一切就緒后，前導向移動裝置上的兩個導向桿通過移動連接裝置安裝在直線導軌上，在整體油缸的帶動下，插入缸體的凸輪孔中，到位后兩個側向油缸對兩個前導向桿夾緊固定，整個動作完成后就進入加工狀態(tài);接近開關發(fā)出信號同時加工兩個工件，即第Ⅰ、Ⅲ工位擴1、3、5、7、9 六個φ31.5H8 的缸體挺柱孔并倒角，加工完成后四個夾緊油缸松開，第一組活動插銷機構退回原位，第一組的兩個換工位油缸推動工件移動41.5mm，到達Ⅱ、Ⅳ工位的待加工位置;工件到位后第二組活動插銷機構進行插銷，四個夾緊油缸再次夾緊工件，進入Ⅱ、Ⅳ工位的加工狀態(tài);接近開關發(fā)出信號開始鉸2、4、6、8、10、12 六個φ32H9 缸體挺柱孔，先后共完成12 個缸體挺柱孔的擴、倒、鉸的加工工序。各夾緊油缸松開，整體油缸帶動前導向移動裝置退出工件，第二組活動插銷機構退回原位，第二組的兩個換工位油缸把工件推到原位即輸送滾道上，進入下一工序的加工。

4 結束語

該組合機床實現(xiàn)了精度要求較高的缸體挺柱孔的多品種柔性自動加工。加工精度可以達到位置度φ0.3mm，垂直度φ0.1mm，表面粗糙度在Ra1.6 以上，為后序的精加工奠定了良好的基礎。機床出廠后，經過用戶一段時間的使用，效果良好，性能可靠，精度穩(wěn)定。

［1］王曉玉，趙智，化春雷，等. 機器人在柔性制造系統(tǒng)中的應用［J］. 制造技術與機床，2012(10):63－67.

［2］劉德棟，劉任，張樹禮. 汽車發(fā)動機缸體柔性生產線的研制［J］. 組合機床與自動化加工技術，2006(8):82－85.

［3］劉強強，韓柏. 加工中心用夾具的特點及其設計［J］. 機械工程師，2012(9):81－82.

［4］周世學. 機械制造工藝與夾具［M］. 北京:北京理工大學出版社，2006.

［5］王啟平. 機床夾具設計［M］. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000.

［6］叢風廷，遲建山. 組合機床設計(第二版)［M］. 上海:上?？茖W技術出版社，1993.