一種精密油缸缸筒加工雙主軸雙刀架車(chē)削中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與加工方法

何海峰 李 林 路世強(qiáng) 武利坡

(德州德隆(集團(tuán))機(jī)床有限責(zé)任公司，山東 德州253003)

目前，傳統(tǒng)油缸缸筒(見(jiàn)圖1)加工工藝流程是:冷拔管下料——平頭倒角及車(chē)架子口——內(nèi)孔鏜孔滾壓——車(chē)右端內(nèi)止口、溝槽、螺紋——調(diào)頭車(chē)左端溝槽、車(chē)焊接坡口——車(chē)外圓及外圓溝槽——鉆進(jìn)油孔及排氣孔——磨外圓——外圓拋光——外圓電鍍等工序。其中車(chē)削工序包括車(chē)內(nèi)止口、溝槽、螺紋、外圓形位公差都是以?xún)?nèi)孔為基準(zhǔn)，并且與內(nèi)孔同軸度都要求在0.030 mm 以?xún)?nèi)，在通用的全功能數(shù)控車(chē)床上需要調(diào)頭加工、二次裝夾、人工找正，才勉強(qiáng)加工出合格的產(chǎn)品，產(chǎn)品的質(zhì)量保證能力指數(shù)低，精度與效率都不能得到很好的保證。為此，研制出了油缸缸筒加工雙主軸雙刀架車(chē)削中心，通過(guò)該機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾油缸缸筒(工件)，完成兩端內(nèi)孔及外圓溝槽、螺紋、止口、進(jìn)油口和排氣口的加工，完全滿(mǎn)足圖紙要求，具有高效、高精度的特點(diǎn)。

1 機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)布局

油缸缸筒加工雙主軸雙刀架車(chē)削中心CH6156 -2×2/3000 是為加工油缸缸筒而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用車(chē)削中心，配置日本FANUC 31i 系統(tǒng)，8 軸四聯(lián)動(dòng)。該機(jī)床由床身、主副主軸、雙刀架、液壓自定心中心架、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、全封閉防護(hù)部分組成。床身采用后斜15°整體床身，樹(shù)脂砂造型，包砂鑄造工藝，床頭箱配置了液壓2 檔變速，檔內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，并且主軸采用高剛性設(shè)計(jì)，既能保證低速大扭矩，又能實(shí)現(xiàn)高速精加工。副主軸與主軸對(duì)置同軸布置、液壓自定心中心架開(kāi)口豎直向上布置，其軸線(xiàn)與主軸、副主軸軸線(xiàn)同軸布置，工件托架安裝在中心架座體上，中心架體與副主軸Z 向移動(dòng)分別采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，共用1 根絲杠固定結(jié)構(gòu)。

2 機(jī)床的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1 床身

床身是機(jī)床的重要基礎(chǔ)部件之一，是機(jī)床其他功能部件的載體。該機(jī)床采用床身底座一體式箱型結(jié)構(gòu)，樹(shù)脂砂包砂鑄造后經(jīng)人工時(shí)效處理，精加工前進(jìn)行二次燜火。導(dǎo)軌采用矩形導(dǎo)軌，中頻淬火，精密磨削，淬火深度≥2 mm，硬度大于52HRC。床身導(dǎo)軌平面與基面成后傾15°角。床身導(dǎo)軌基面、床頭箱導(dǎo)軌面、副主軸導(dǎo)軌面及Z 軸絲杠軸承座安裝面構(gòu)成床身重要加工表面。在該件的設(shè)計(jì)過(guò)程中兼顧機(jī)床整體造型、通風(fēng)散熱、冷卻水泄漏的收集、排屑器安裝、機(jī)床吊運(yùn)等方面的要求。

2.2 主、副主軸箱

主軸箱是機(jī)床重要基礎(chǔ)部件，主軸軸承采用日本NSK 高精度雙列圓柱滾子軸承和雙列角接觸球軸承，從而使機(jī)床主軸具有回轉(zhuǎn)精度高，剛性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用日本FANUC 高性能主軸伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)ZF 減速箱變速，既能實(shí)現(xiàn)低速大扭矩切削，又能完成高速精車(chē)加工。副主軸軸承結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與主主軸相同，Z向移動(dòng)結(jié)構(gòu)為伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母旋轉(zhuǎn)。副主軸體移動(dòng)到設(shè)定位置后先定位后鎖緊，能消除與主主軸的不同軸。主、副主軸都采用磁柵尺進(jìn)行位置反饋控制，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)同步。

2.3 雙刀架

該機(jī)床采用雙刀架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，左刀架為液壓刀架，具有背向加工能力130 mm，能實(shí)現(xiàn)缸筒左端焊接坡口及內(nèi)孔的加工，右刀架為伺服動(dòng)力刀架，能實(shí)現(xiàn)缸筒左端導(dǎo)向及缸筒的外圓加工。

2.4 液壓自定心中心架

液壓中心架采用側(cè)臂豎直向上布置方式，下臂主要承受切削力和工件的重力，兩側(cè)臂與下臂共同夾緊工件，能實(shí)現(xiàn)兩側(cè)臂滾輪所受的夾緊力盡量相同，因此中心架滾輪的壽命相近。此外，中心架體定位鎖緊同樣采用先定位后鎖緊方式，保證了主軸、副主軸、液壓自定心中心架3 點(diǎn)同軸。

3 加工過(guò)程

首先，油缸缸筒內(nèi)孔已經(jīng)加工完畢，該機(jī)床主副主軸卡盤(pán)以?xún)?nèi)孔定位雙撐缸筒，左、右刀架修車(chē)缸筒兩端外圓中心架架口位置，液壓自定心中心架夾持右架口，副主軸后退，右刀架車(chē)缸筒右端的內(nèi)止口、溝槽，車(chē)削完畢后，副主軸前進(jìn)，副主軸卡盤(pán)撐住缸筒內(nèi)孔，中心架松開(kāi)，中心架移動(dòng)到缸筒左端架口處夾緊缸筒，主軸卡盤(pán)松開(kāi)，副主軸與中心架夾持缸筒同步右移300 mm，中心架體與副主軸體定位鎖緊，左刀架加工左端端面、內(nèi)孔溝槽及焊接坡口，右刀架同時(shí)加工外圓及外圓溝槽、鉆進(jìn)油孔、排氣孔等工步。至此，缸筒的車(chē)削工序一次裝夾，全部完成。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工程機(jī)械、礦山機(jī)械、液壓行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)精密、大型、長(zhǎng)規(guī)格的缸筒需求不斷地增加，越來(lái)越需要高精、高效的復(fù)合機(jī)床來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。自推出該款機(jī)床后，典型工件車(chē)削工序加工節(jié)拍由原來(lái)的55 min 縮短到現(xiàn)在的12 min，并且精度得到了保障，解放了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)率，為整個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展起到了重要的推動(dòng)力量。

［1］機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1986.

［2］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.