精銑缸體底面鉆鉸定位銷孔數(shù)控機床的研發(fā)

李文迪，王合增，楊紅梅

(一拖(洛陽)開創(chuàng)裝備科技有限公司，河南 洛陽 471004)

0 引言

發(fā)動機是加工要求較高的機械產(chǎn)品，其缸體底面及定位銷孔是缸體加工生產(chǎn)線中的重要定位基準，二者的精度是其它工序加工精度和機床整機性能得以體現(xiàn)的重要保證，繼而影響發(fā)動機的整機性能水平、可靠性和使用壽命。目前國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家在進行缸體的加工時，把精銑底面和定位銷孔的加工分開進行，這樣缸體在多個設備中進行多次裝夾，存在一定的定位裝夾誤差，影響最終定位基準，較難滿足產(chǎn)品精度要求;另外一些廠家為了保證缸體的裝夾次數(shù)，采取加工中心上進行加工，雖然精度得到一定的保證，但加工效率不能滿足生產(chǎn)節(jié)拍需求。為了提高缸體的加工精度，并提高缸體生產(chǎn)的加工效率，結(jié)合常州柴油機公司的需求研制出一種具有精密銑床加工功能又具有加工中心功能的數(shù)控機床。

1 機床主要參數(shù)

1.1 被加工零件加工要求

被加工零件為三、四缸共9 個品種的缸體，缸體材料為HT250，精銑底面加工余量0.5mm，平面度0.05;鉆定位銷底孔2－φ13.2，深15.5mm，倒角1.4×45°鉸定位銷孔2－φ13.6+00.018，尺寸公差±0.03。生產(chǎn)節(jié)拍3 分鐘。

圖1 被加工零件加工工序圖

1.2 主要參數(shù)

機床精銑削頭電機功率為11kW 變頻電機，鉆鉸動力頭電機功率為7.5/11kW 伺服電機，水平和立柱數(shù)控滑臺伺服電機分別為27Nm。銑削速度V =297m/min，進給速度1800mm/min;鉆孔切削速度V=100m/min，進給速度720mm/min;鉸孔切削速度V=30m/min，進給速度130mm/min。

圖2 被加工零件精銑底面加工示意圖圖

圖3 被加工零件鉆定位銷孔加工示意圖

圖4 被加工零件鉸定位銷孔加工示意圖

圖5 機床總圖

1.3 節(jié)拍

銑底面(469 +315 ÷2)÷1800 ×60 =21S

銷底孔2 ×22 ÷900 ×60 =3S

銷孔2 ×22 ÷1300 =12S

刀庫(選刀+換刀)0.75 ×2 +1.8 ×2 =5.1S

上、下料8S

夾具夾緊放松輔助10S

移位滑臺快進(1735 +3325 +175 +437.5 ×3)÷10000 ×60 =21.3S

立式滑臺快進(315 + 337 + 309 + 327)× 3 ÷10000 ×60 =15.3S

機床總節(jié)拍:95.7S

1.4 機床工作動作循環(huán)

機床原位移位滑臺停在精銑頭右側(cè):

輸送上料——移位滑臺左快進、工進銑缸體底面——銑面結(jié)束，移位滑臺左快進至鏜頭箱位置——鉆第一定位銷底孔——移位滑臺左快進——鉆第二個定位銷孔——主軸換刀(鉸刀)，移位滑臺右快退至鏜頭位置——鉸第一定位銷底孔——移位滑臺左快進——鉸第二個定位銷孔——輸送下料——滑臺右快退回原位。

圖6 移位滑臺工作循環(huán)圖

2 設計中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 整機

本機床是一臺銑、鉆鉸組合的多工位柔性加工數(shù)控機床，工件一次裝夾完成底面的精密銑削和定位銷孔的鉆鉸加工。消除多臺設備重復裝夾定位誤差的影響，保證了定位銷孔與底面的垂直度。

2.2 設計中的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 移位滑臺

移位滑臺是本設備的關(guān)鍵部件，既要承受高速銑削時產(chǎn)生的切削力，又要在鉆鉸加工時準確定位，且要滿足復合加工時的生產(chǎn)節(jié)拍，因此需要具有高剛性，高精度和高速特性，設計時采取三點措施:(1)滑臺底座采用使用高精度的滾柱直線導軌代替矩形導軌，并對基準側(cè)和從動側(cè)導軌均進行了固定;(2)絲杠采用兩端“固定－固定”支承方式，絲杠軸承采用DB 組合的配對軸承安裝，并進行預拉伸。(3)伺服電機通過撓性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián)，保證傳動無間隙。

2.2.2 精銑頭

銑頭采用從德國SFES 吸收優(yōu)化過的高剛性精密主軸結(jié)構(gòu)，可以同時承受大的軸向力和徑向力，通過修磨軸承之間的隔套對軸承進行預緊，保證高剛性。由于常柴要求同時加工9 種不同的產(chǎn)品，缸體的高低不一致，為了滿足各個產(chǎn)品的高度，在主軸上設計有行程調(diào)整機構(gòu)，可以對主軸前端外伸量依據(jù)不同工件高度進行微量調(diào)整，調(diào)整精度為0.01mm，調(diào)整完成后使用鎖緊機構(gòu)對主軸進行抱緊，保證了銑頭的剛性。為了方便銑頭對移位滑臺垂直度的調(diào)整，在銑頭前端設計有徑向調(diào)整機構(gòu)，方便精度調(diào)整和設備維護。

圖7 銑頭結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3 專用夾具

夾具上安裝有擺桿輸送裝置，自動完成工件的上下料;工件拉到夾具后，工件后端有液壓定位裝置，前端靠油缸推工件到位，側(cè)面定位油缸推缸體定位，液壓壓緊。

圖8 夾具結(jié)構(gòu)圖

支承面有自動氣檢裝置和吹屑裝置，確保缸體定位準確且壓緊可靠;夾具壓緊油缸設置自鎖結(jié)構(gòu)，使整個加工過程中夾緊可靠，有效保證加工精度。為避免高速銑削時產(chǎn)生振動，在缸體兩側(cè)面分別布置有帶自鎖的液壓輔助抱緊裝置。壓板的壓緊點與工件中心成一個微小角度，夾具的壓緊力使工件靠緊定位塊，保證加工時工件的側(cè)定位基準可靠。采用鋼球代替銷軸進行導向，防止旋轉(zhuǎn)液壓夾緊缸咬死，效果良好。

2.2.4 高剛性立柱式滑臺

通常立式加工機床的機構(gòu)是立柱固定在底座上，進給滑臺座固定在立柱上，而把動力頭安裝在滑臺體上，這種結(jié)構(gòu)主軸懸伸距離固定較長，高速切削時容易產(chǎn)生振動，且產(chǎn)生顛覆力矩，設計一種把立式進給滑臺底座和立柱優(yōu)化成一體的立柱式滑臺結(jié)構(gòu)，省去滑臺底座，有效提高了剛性。

2.3 刀具的選擇及加工工藝

2.3.1 銑底面

為了保證在高速銑削保證產(chǎn)品達到較高的平面度、粗糙度要求，我們對名牌廠家:山特維克、瓦爾特、三菱等公司做了大量的調(diào)研，并分別對三家公司的刀具進行研究，且分別對實體鑄鐵件以及鋼件進行試切，經(jīng)過認真研究和大量的試驗，最后采用肯納公司的φ315 精銑刀，該刀具具有以下特點:

(1)刀體為整體式，剛性好;

(2)刀座一次磨成共面;刀片裝上以后即共面，不需調(diào)整，操作方便;

(3)所有刀片切削刃為大圓弧，可獲得良好的光潔度，可達鏡面效果。

銑刀的中心與工件中心有一定的偏移量確保銑削加工時為順銑狀態(tài)。

2.3.2 鉆鉸定位銷孔

為了消除導向套的導向誤差對定位銷孔位置精度的影響，采取剛性鉆鉸的方式。鉆頭與鉸刀通過液壓高精強力主刀柄直接與主軸剛性連接，為了更好地防止鉆孔時底孔被引偏，鉆頭采用帶有定心作用的直槽鉆頭，鉸刀采用無斜切削錐的端刃鉸刀。

2.3.3 刀具的冷卻

為了提高加工效率，整個加工過程采用了高速切削，刀具就需要進行冷卻，如果采用濕式加工，就會增加很大的經(jīng)濟投入，且后期維護使用成本也較為昂貴。通過對多家微量潤滑系統(tǒng)的調(diào)研和試驗，最后采用了性價比較高的Accu-Lube 微量潤滑系統(tǒng)，在鉆鉸孔時進行噴霧潤滑冷卻刀具，起到抑制溫升、降低刀具磨損的作用，既延長了刀具的使用壽命提高了鉸孔的表面粗糙度，又有效降低了生產(chǎn)維護成本。

2.4 設備的維護及環(huán)保

設計了可調(diào)式托刀裝置，方便工人進行銑刀刀具的更換;在鏜頭前端增加了手動按鈕，方便工人進行刀具的更換和設備的調(diào)試;設計了自動排屑裝置進行排屑;吸塵裝置在銑削時進行除塵處理，吸塵罩固定在銑頭上可以根據(jù)不同產(chǎn)品跟隨移動，達到環(huán)保目的。

3 設備的使用情況

從機床投入使用以來，已經(jīng)在常柴股份有限公司480 機體項目生產(chǎn)線使用近2 年時間，各項性能指標都達到了設計要求，已加工出8 萬多件合格工件。滿足了精銑底面和鉆鉸定位銷孔集成加工內(nèi)容，且具有很高的生產(chǎn)效率。有效解決了生產(chǎn)現(xiàn)場該序阻礙生產(chǎn)效率的瓶頸問題。

分別與另外兩個采用傳統(tǒng)加工工藝和進口加工中心進行加工缸體生產(chǎn)廠家的設備進行比較分析，該設備具有一定經(jīng)濟性。

表1 被加工零件檢測結(jié)果

表2 設備經(jīng)濟性能比較

4 結(jié)束語

本機床的研制成功，對常柴股份有限公司480機體項目缸體缸體精銑底面和鉆鉸定位銷孔加工工序的效率和精度的提高具有很大的促進作用，提高了缸體產(chǎn)品合格率。該設備結(jié)構(gòu)新穎，制造簡單，維護方便，有高效率和柔性化生產(chǎn)特點，客戶可根據(jù)需要調(diào)整銑頭行程高度和夾具，更換銑刀盤和刀庫上的鉆鉸刀具，可加工高度在280－360mm、寬度在160－500mm、長度≤700mm 范圍內(nèi)的箱體類零件精銑面和鉆鉸定位銷孔的加工。

目前該設備技術(shù)已成功應用于姜堰動力機械有限公司、濰柴動力揚州柴油機公司和常柴股份有限公司N390T 機體生產(chǎn)線中，有進一步推廣價值。

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