摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體三面七孔加工專用夾具設(shè)計(jì)*

肖鐵忠，黃　娟，羅　靜

(1.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車輛工程系，四川 德陽(yáng)　618000；2.重慶理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，重慶　400054 )

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摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體三面七孔加工專用夾具設(shè)計(jì)*

肖鐵忠1，黃娟1，羅靜2

(1.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 車輛工程系，四川 德陽(yáng)618000；2.重慶理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，重慶400054 )

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的重要部件之一，是摩托車的“心臟”，其加工及裝配等精度直接決定整車的性能與品質(zhì)。文章針對(duì)某摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體三面七孔的加工精度要求，通過(guò)分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)，確定了三面七孔的加工工藝方案，并依據(jù)工藝方案制定了工件的定位及夾緊方案，最后對(duì)專用夾具的結(jié)構(gòu)及工作原理做了說(shuō)明。設(shè)計(jì)的夾具在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線上的實(shí)際應(yīng)用表明，缸體三面七孔的各項(xiàng)精度均達(dá)到或超過(guò)企業(yè)的技術(shù)要求，缸體的生產(chǎn)節(jié)拍為40s/件，實(shí)際年生產(chǎn)能力約為32萬(wàn)件。

關(guān)鍵詞：缸體；加工；專用夾具；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0前言

發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的重要部件之一，是摩托車的心臟，其加工及裝配等精度直接決定整車的性能與品質(zhì)[1-3]。在發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工中，國(guó)內(nèi)主要采用傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行加工，其主要原因是針對(duì)產(chǎn)品加工的專機(jī)研發(fā)相對(duì)落后，沒有形成自主的專機(jī)研發(fā)基地和專機(jī)制造規(guī)模；而國(guó)外均采用先進(jìn)的數(shù)控專用機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)加工，一次裝夾多工位同時(shí)加工，加工效率高，產(chǎn)品品質(zhì)好，互換性強(qiáng)，能源消耗低[4-6]。針對(duì)此現(xiàn)狀，筆者所在團(tuán)隊(duì)一直致力于汽車、摩托車零部件的專機(jī)研發(fā)，通過(guò)十幾年的積累，研發(fā)出了一大批用于汽摩零部件加工的先進(jìn)數(shù)控設(shè)備。本文摩托車缸體三面七孔數(shù)控鉆鏜銑復(fù)合加工機(jī)床即是其中之一。重慶某企業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的年生產(chǎn)量在15萬(wàn)件左右，屬于大批量生產(chǎn)，采用此專機(jī)后，產(chǎn)品單件加工時(shí)間在40s左右，年生產(chǎn)量在32萬(wàn)件左右，遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)要求。

1技術(shù)要求

摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體三面七孔的尺寸精度及形位誤差要求如圖1所示。

由圖1知，三面七孔加工精度要求均較高，主要技術(shù)要求總結(jié)如下：

(1)A面四孔孔徑尺寸精度為φ9±0.01mm，表面粗糙度值為Ra=3.2μm，各孔間的位置精度為±0.1mm；

(2)B面兩孔孔徑尺寸精度為φ7±0.01mm，表面粗糙度值為Ra=3.2μm，各孔間的位置精度為±0.1mm；

(3) h7孔分為兩段，圖示上端小孔和小孔沉頭孔要一次完成加工，孔徑精度為φ12±0.01mm，下端大孔需鏜削、倒角及銑端面，孔徑精度為φ22.6±0.01mm，內(nèi)孔表面粗糙度值為Ra=1.6μm，端面表面粗糙度值為Ra=3.2μm；

(4) h7孔上端小孔中心軸線與下端大孔中心軸線的同軸度為φ0.05mm，h7孔中心軸線相對(duì)于缸孔中心軸線的垂直度為0.1/80mm。

綜上，缸體零件三個(gè)端面上共7個(gè)孔，需一次裝夾同時(shí)完成粗、精加工、孔端面銑削和倒角加工，加工難度較大。

(a)主視圖

(b)后視圖

(c)剖視圖

2工藝分析

企業(yè)設(shè)計(jì)的缸體生產(chǎn)綱領(lǐng)為15萬(wàn)件/年，合格率為99.9%，針對(duì)缸體三面七孔的加工，傳統(tǒng)加工企業(yè)一般采用搖臂鉆床或數(shù)控加工中心，采用搖臂鉆床加工時(shí)，工件需多次裝夾，加工效率低，精度無(wú)法保證；采用數(shù)控加工中心時(shí)，加工精度能達(dá)到要求，但是生產(chǎn)效率低，且成本高，無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)要求。而數(shù)控專用機(jī)床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機(jī)床，具有高效、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是大批量生產(chǎn)企業(yè)的理想裝備[7-9]。先進(jìn)合理的夾具是工件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率的重要保障，是專用機(jī)床的核心部件[10]；為縮短零件的加工周期，保證零件圖樣的技術(shù)要求，筆者團(tuán)隊(duì)對(duì)缸體三面七孔的工藝做了設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：A面4孔及B面2孔采用粗、精鏜工藝即可達(dá)到技術(shù)要求；孔7分為兩段，里端小孔采用鉆、鏜復(fù)合加工工藝，外端大孔及端面采用鏜、銑復(fù)合加工工藝均可達(dá)到技術(shù)要求；在各孔需要倒角的位置在刀具上設(shè)置倒角刀，完成各孔的倒角。為更進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率及各孔的形位精度，設(shè)計(jì)專門的夾具及機(jī)床，使缸體的三面七孔在同一工序完成。設(shè)計(jì)的機(jī)床如圖2及圖3所示，機(jī)床主要由床身、數(shù)控滑臺(tái)、專用夾具、主軸箱、專用刀具、主軸電機(jī)、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。

1.左伺服電機(jī) 2.左數(shù)控滑臺(tái) 3.左主軸電機(jī) 4.左主軸箱5.粗、精鏜復(fù)合刀具 6.工作臺(tái) 7.冷卻液過(guò)濾系統(tǒng) 8.鉆、鏜、銑復(fù)合刀具 9.后主軸電機(jī) 10.后數(shù)控滑臺(tái) 11.后伺服電機(jī) 12.后主軸箱 13.粗、精鏜復(fù)合刀具 14.右主軸箱 15.右主軸電機(jī) 16.右數(shù)控滑臺(tái) 17.床身 18.右伺服電機(jī) 19.電氣控制柜

圖2專用機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　機(jī)床實(shí)物

3夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

零件在加工時(shí)，需對(duì)其六個(gè)自由度進(jìn)行限制，并保證零件加工過(guò)程中正確的定位，使其位置保持不變，缸體類零件的孔加工一般采用一面兩銷的定位方式[11]，其定位方案如圖4所示，由φ10mm的定位銷9、定位芯軸3及兩塊工件支撐板14構(gòu)成定位裝置對(duì)工件進(jìn)行完全定位。

3.2夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，加工過(guò)程中工件保持正確的定位位置不變是加工精度及安全生產(chǎn)的重要保障，故需要設(shè)計(jì)合理的夾緊方式及機(jī)構(gòu)，保證工件正確的位置不變，避免加工過(guò)程中因位置變化造成工件的形位誤差達(dá)不到技術(shù)要求，甚至使工件在加工過(guò)程中飛出夾具，造成安全事故。本文在正確分析工件工藝情況、自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、方便上下料及夾具自動(dòng)化程度等的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了圖4所示的夾緊機(jī)構(gòu)。由圖4知，夾具上設(shè)置有三套夾緊機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)由氣缸8、接頭15、轉(zhuǎn)位支座14、回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿16、螺旋導(dǎo)向槽11、導(dǎo)向銷20、壓緊板22及壓頭等組成。在圖4b中，氣缸向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)接頭使回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿向右并回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶著壓板運(yùn)動(dòng)至圖4a所示的雙點(diǎn)劃線位置，松開工件，方便人工對(duì)已加工工件下料并對(duì)待加工工件定位；工件正確定位后，氣缸向左運(yùn)動(dòng)，拉緊壓板，對(duì)工件進(jìn)行夾緊，保證加工過(guò)程中工件的正確定位位置固定不變，順利正確的完成各孔的加工。

1、7.夾具體 2.夾緊機(jī)構(gòu) 3、12.定位芯軸 4、17.冷卻分配器 5.鉆、鏜、銑復(fù)合刀具 6.夾具安裝支座 8.夾緊氣缸 9.定位銷 10.粗、精鏜刀具 11.定位芯軸調(diào)節(jié)螺釘 13.定位支撐板 14.轉(zhuǎn)位支座 15.接頭 16.回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿 18.冷卻液導(dǎo)管 19.工件安裝平板 20.導(dǎo)向銷 21.螺旋導(dǎo)向槽 22.壓板 23.深孔粗、精鏜刀具 24.鏜刀刀柄

圖4專用夾具結(jié)構(gòu)

3.3夾具工作原理

由圖4知，夾具上料前，氣缸8通過(guò)接頭15推動(dòng)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿16向右運(yùn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)位支座14導(dǎo)向，同時(shí)，回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿在螺旋導(dǎo)向槽21及導(dǎo)向銷20的作用下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶著壓板22運(yùn)動(dòng)至松開位置，即圖4a雙點(diǎn)劃線位置，人工將待加工工件插入位銷9及定位芯軸3內(nèi)，與定位支撐板14組成“一面兩銷”對(duì)工件定位，然后由氣缸8拉動(dòng)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿16向左運(yùn)動(dòng)，由轉(zhuǎn)位支座14導(dǎo)向，同時(shí)，回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿16在螺旋導(dǎo)向槽21及導(dǎo)向銷20的作用下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶著壓緊板22運(yùn)動(dòng)至夾緊位置，即圖4a中實(shí)線位置，夾緊工件，完成工件的定位夾緊，啟動(dòng)自動(dòng)加工程序，同時(shí)完成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體三面七孔的鉆、鏜、銑加工內(nèi)容，松開工件，人工下料，進(jìn)入下一道工序，如此循環(huán)，對(duì)缸體各孔進(jìn)行加工。

4結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)與試制，開發(fā)的夾具應(yīng)用于某機(jī)械制造企業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線，發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際加工生產(chǎn)節(jié)拍為40s/件，按每年工作280天，設(shè)備負(fù)荷率為0.80，兩班8小時(shí)的工作制度，實(shí)際年生產(chǎn)能力達(dá)到32萬(wàn)件左右，遠(yuǎn)超過(guò)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)能力的要求；

(2)通過(guò)實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)，工件的各項(xiàng)精度均達(dá)到或超過(guò)企業(yè)要求；

(3)設(shè)計(jì)的機(jī)床與夾具在生產(chǎn)線上應(yīng)用近兩年以來(lái)，沒有出現(xiàn)過(guò)任何大型故障，且機(jī)床各項(xiàng)精度均保持良好；

(4)由于設(shè)備運(yùn)行狀況良好，為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益，正在積極準(zhǔn)備投產(chǎn)第二條生產(chǎn)線。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳嘉明.摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭氣門鏜鉸數(shù)控專機(jī)的設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002(11)：67-69.

[2] 劉敬平,馮仁華，楊靖,等. 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2012，33(1)：76-71.

[3] 楊宏強(qiáng). CG150 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化的研究[D]. 洛陽(yáng)：河南科技大學(xué)，2011.

[4] 劉立波. 發(fā)動(dòng)機(jī)柔性制造策略及工藝探索[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2014(8)：167-171.

[5] 張曉輝. 專用數(shù)控銑床的研究設(shè)計(jì)[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2013.

[6] 景富軍，譚勝龍，劉 玲,等. 我國(guó)機(jī)床數(shù)控化的現(xiàn)狀和未來(lái)對(duì)策[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2013(4)：42-45.

[7] 張洪濤，楊海軍. 具有讓刀功能的鏜孔及切端面裝置的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013(4)：134-136.

[8] 李吉，李健，黃艷,等. 薄壁長(zhǎng)軸套類零件雙面加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014(2)：147-153.

[9] 李文迪，王合增，楊紅梅. 精銑缸體底面鉆鉸定位銷孔數(shù)控機(jī)床的研發(fā)[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(6)：124-129.

[10] 羅靜，肖鐵忠，龔文君,等.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體曲軸孔加工專用鏜床設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013(9)：76-79.

[11] 李吉，賴玉活，馮月霞. 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸鉆孔專用夾具設(shè)計(jì)[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013(3)：108-110.

(編輯趙蓉)

Motorcycle Engine Block Seven Holes on Three Sides Processing Special Fixture Design

XIAO Tie-zhong1,HUANG Juan1,LUO Jing2

(1. Department of Vehicle Engineering，Sichuan Engineering Technical College, Deyang Sichuan 618000,China;2. College of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054,China)

Abstract：The engine is one of the important parts of a motorcycle, which is a motorcycle "heart", so its processing and assembly precision directly determines the performance and quality of the vehicle. In this paper, aimed at the machining accuracy of a motorcycle engine block seven holes on three sides, by analyzing its structural characteristics and technical difficulties, the processing scheme of seven holes on three sides was determined, and workpiece positioning and clamping scheme were developed on the basis of process scheme, finally the structure and working principle of special fixtures were made instructions. Through the practical application of the designed fixture in the engine block production line, the accuracy of the cylinder seven holes on three sides have reached or exceeded the technical requirements of the enterprise, the cylinder tact is 40s / piece, and the actual annual production capacity reaches about 320,000 member.

Key words：block; process; special fixture; structure design

文章編號(hào)：1001-2265(2016)05-0126-03

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.05.035

收稿日期：2015-06-03

*基金項(xiàng)目：墊江縣汽摩配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析與研究(CSTC2013JCCXB60001)

作者簡(jiǎn)介：肖鐵忠(1986—)，男，湖南新化人，四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)及裝備；通訊作者：黃娟(1987—)，女，四川人，四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程，(E-mail)460046931@qq.com。

中圖分類號(hào)：TH122；TG65

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A