淺論活塞環(huán)立式內(nèi)外圓仿形加工車床

楊擁軍

（儀征統(tǒng)一活塞環(huán)有限公司）

1 立式內(nèi)外圓仿形車床簡(jiǎn)介

立式內(nèi)外圓仿形車床是活塞環(huán)機(jī)械加工中的關(guān)鍵設(shè)備，適用于各種活塞環(huán)的內(nèi)外圓同時(shí)仿形及銑開口的成型加工。其操作流程如下：把兩端面經(jīng)過磨光的活塞環(huán)毛坯由輔助裝置中的理環(huán)機(jī)理順堆疊靠在一起 （串排成一串，最大跨列長(zhǎng)度為150mm），由上料夾具夾住成串的工件，首先送入車床工位，進(jìn)行活塞環(huán)仿形車削加工。車削完成后，由上料夾具夾住工件成串取下再送入銑床工位做活塞環(huán)的銑開口加工，然后由卸料夾具取下銑好的工件，即完成了活塞環(huán)在本機(jī)床工序的加工。

圖1

立式內(nèi)外圓仿形車銑床的組成：立式內(nèi)外圓仿形車銑床由車床工位、銑床工位、液壓系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、輔助裝置五部分構(gòu)成。車床工位 （右）和銑床工位 （左），如圖1所示：

2 立式內(nèi)外圓仿形車床的主要特點(diǎn)

2．1 將車床和銑床變?yōu)閮蓚€(gè)工位，形成一臺(tái)組合機(jī)床，結(jié)構(gòu)緊湊。

2．2 仿形加工凸輪系列化

凸輪是仿形車床的核心工裝，普通仿形車床為固定杠桿比，一般一個(gè)活塞環(huán)品種計(jì)算一個(gè)凸輪，導(dǎo)致凸輪數(shù)量很多，雖然部分凸輪可以代用，但數(shù)量仍然可達(dá)30種以上。立式內(nèi)外圓仿形車床由于杠桿比可變，因此可對(duì)凸輪進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)由活塞環(huán)自由型線計(jì)算理論可知，活塞環(huán)從壓縮狀態(tài)變?yōu)樽杂蔂顟B(tài)，不僅發(fā)生徑向位移的變化 （μ），同時(shí)也將發(fā)生角位移的變化 （η），以等壓環(huán)為例，其位移表達(dá)式為：

其中：k為活塞環(huán)系數(shù)k＝2L／〔3PI（D一T）〕

L為活塞環(huán)自由開口

T為徑向厚度

Rn為活塞環(huán)中性層半徑

D為缸徑。

由式 （1）與式 （2）與可以看出：活塞環(huán)的角位移只與活塞環(huán)系數(shù)有關(guān)，這樣就可以將具有相同系數(shù)的活塞環(huán)設(shè)計(jì)成用一個(gè)凸輪加工，而不同環(huán)徑產(chǎn)生的不同徑向位移可通過調(diào)節(jié)Rn來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)仿形凸輪按K值 （或開口直徑比值）進(jìn)行系列化。此外，從活塞環(huán)實(shí)際加工性來說，可以根據(jù)實(shí)際影響程度的大小，結(jié)合近似橢圓理論對(duì)K值（或開口直徑比）進(jìn)行進(jìn)一步的簡(jiǎn)化。內(nèi)外圓仿形車床常用的凸輪有12種，如表一所示：

表一

隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，電子凸輪 （軟靠模）在立式內(nèi)外圓仿形車床上也有所應(yīng)用，可以進(jìn)一步節(jié)約了成本。

2．3 采用創(chuàng)新的框式滑架車頭

框式滑架車頭是立式內(nèi)外圓仿形車床的創(chuàng)新，臥式內(nèi)外圓仿形車床普遍存在止推軸承早期損壞的現(xiàn)象，主要原因如下：活塞環(huán)疊是在兩端頂盤壓緊的狀態(tài)下進(jìn)行車削加工的，其壓緊力大，設(shè)計(jì)的最大壓緊力可達(dá)80KN，而兩個(gè)頂盤分別設(shè)置在兩個(gè)部件上，壓緊力會(huì)造成裝置變形，破壞兩端止推軸承的平行，致使軸承受力不均勻而損壞?？蚴交苘囶^將兩個(gè)主軸頂盤組合在一個(gè)封閉的框式整體鑄鋼滑架中，結(jié)構(gòu)剛性好，能承受較大的壓緊力，而又不致造成平行精度的破壞，可以避免止推軸承的早期損壞。

3 立式內(nèi)外圓仿形車銑床的優(yōu)勢(shì)

目前，用于活塞環(huán)生產(chǎn)的仿形車床有三種：外圓仿形車床，臥式內(nèi)外圓仿形車床，立式內(nèi)外圓仿形車床。立式內(nèi)外圓仿形車床獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與其他兩種仿形設(shè)備相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3．1 與普通外圓仿形車床相比，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短

活塞環(huán)普通外圓仿形車削時(shí)，仿形、銑開口、粗車內(nèi)圓、粗修開口四道工序必須由四臺(tái)機(jī)床分開加工，加工后的產(chǎn)品內(nèi)外圓同軸度差、物流時(shí)間延長(zhǎng)。采用立式內(nèi)外圓仿形車銑床后，以上四道的工序在一臺(tái)設(shè)備上就可完成，不僅提高了產(chǎn)品加工精度，而且縮短了產(chǎn)品流轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

3．2 與臥式內(nèi)外圓仿形車床相比，具有更高的生產(chǎn)效率

立式內(nèi)外圓仿形車床在床座上設(shè)有一門式箱體立柱，門式箱體立柱的門框內(nèi)設(shè)有由伺服升降器驅(qū)動(dòng)沿其上下滑動(dòng)的整體框式滑架車頭，其車床上、下主軸設(shè)置在整體框式滑架內(nèi)，止推軸承為推力圓柱滾子軸承。臥式內(nèi)外圓仿形車床車削工位其車床主軸前軸承為銅瓦，后軸承為角接觸球軸承，其兩端頂盤分別在兩個(gè)部件上。因此立式內(nèi)外圓仿形車床比臥式內(nèi)外圓仿形車床具有更好的剛性和強(qiáng)度，更適用于高切削速度，大切削力的工況。以加工高度為2．5mm的90合金錐面環(huán)為例，6小時(shí)機(jī)床有效工作時(shí)間計(jì)算班產(chǎn)量，如表二：

表二

由上表可知，立式內(nèi)外圓仿形車床的班產(chǎn)量約為臥式內(nèi)外圓仿形車床的1．8倍。當(dāng)車削球墨鑄鐵活塞環(huán)或高硬度活塞環(huán)時(shí)，效率提升更為明顯。此外由于部分活塞環(huán)毛坯余量較大，當(dāng)內(nèi)圓或外圓余量超過2mm時(shí)，一般需進(jìn)行兩次車削，而立式內(nèi)外圓仿形車銑床可一次車削完成。

3．3 加工質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)

選取批量產(chǎn)品90錐面環(huán)在三種車床上各投入2000片，并跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)比表三：形成較粗網(wǎng)紋輪廓后，平頂時(shí)采用粒度小的碳化硅砂條，這樣Rk相對(duì)于Rvk降低的效果顯著，珩磨出的網(wǎng)紋參數(shù)完全符合設(shè)計(jì)要求。

表三

4 總結(jié)

綜上所述，這些網(wǎng)紋參數(shù)之間并不是孤立的，它們之間有著密切的聯(lián)系。在調(diào)整某一個(gè)參數(shù)時(shí)，可能有多種控制辦法，要考慮采取哪種調(diào)整方法時(shí)，必須充分考慮到這種調(diào)整方法會(huì)產(chǎn)生哪些后果，會(huì)對(duì)哪些網(wǎng)紋參數(shù)產(chǎn)生影響。要引導(dǎo)這些參數(shù)向有利于我們控制的方向發(fā)展，花費(fèi)較小的代價(jià)，達(dá)到最佳的預(yù)期目的，而對(duì)于那些難以避免的副作用，要采取補(bǔ)救措施。