柴油機(jī)機(jī)體孔精鏜數(shù)控機(jī)床專用夾具的研發(fā)

陳 輝 周瑞婷

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

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柴油機(jī)機(jī)體孔精鏜數(shù)控機(jī)床專用夾具的研發(fā)

陳 輝 周瑞婷

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

介紹了用于完成柴油機(jī)機(jī)體精鏜主軸承孔、凸輪軸孔、定位銷孔的數(shù)控專機(jī)專用夾具的設(shè)計(jì)思想。以高精度、高效率為原則，通過合理設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)，制造出了完全符合工藝要求，滿足用戶需求的專用夾具。

柴油機(jī)機(jī)體；主軸承孔；凸輪軸孔；定位銷孔；精鏜數(shù)控機(jī)床；專用夾具

機(jī)體主軸承孔、凸輪軸孔、定位銷孔的精加工是機(jī)體生產(chǎn)線上最關(guān)鍵的工序之一，其加工精度的好壞直接決定了發(fā)動機(jī)的性能。

此工序一般采用多軸鏜床的方式進(jìn)行加工，此類設(shè)備我國以前一直依賴進(jìn)口，而進(jìn)口設(shè)備一般很難掌握其中的核心技術(shù)，所以自主研發(fā)成為唯一出路。我公司作為國內(nèi)傳統(tǒng)的組專機(jī)床制造商，承接了一些此類機(jī)床的訂單。我們結(jié)合訂單，進(jìn)行設(shè)備的研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)公司技術(shù)突破，提高市場競爭力。

此類機(jī)床均采用浮動鏜孔的形式，鏜孔精度均由專用夾具上的導(dǎo)向部分的精度決定，此機(jī)床的核心部件就是專用夾具。

1 項(xiàng)目概述

1.1 機(jī)床主要部件及布置形式

機(jī)床采用臥式雙面布置形式。機(jī)床的基礎(chǔ)部件為一個中間底座，中間底座上安裝夾具，中間底座左右各安裝一個側(cè)底座，側(cè)底座上部各安裝一個進(jìn)給滑臺，進(jìn)給滑臺上安裝鏜頭，左鏜頭上安裝精鏜主軸承孔和凸輪軸孔鏜桿，右鏜頭上安裝加工定位銷孔刀具。機(jī)床主視圖如圖1所示。

1.2 專用夾具主要設(shè)計(jì)思路

1.2.1 原因

柴油機(jī)機(jī)體示意圖如圖2～圖4所示。機(jī)床精加工的五檔主軸承孔(孔1)和三檔凸輪軸孔(孔2)的精度要求很高，其中圓柱度公差要求在0.008 mm,五檔主軸承孔之間孔的同軸度公差要求在0.015 mm,同時定位銷孔(孔3，孔4)的位置度需要保證0.06 mm，這些精度是很難保證的，所以在專用夾具設(shè)計(jì)時需要采用一些比較特殊的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，從而保證加工精度。

1.2.2 機(jī)床動作循環(huán)

工件沿滑道和兩端面導(dǎo)向自動輸送到機(jī)床內(nèi)，夾具內(nèi)齒條微抬機(jī)構(gòu)將工件微抬起2 mm，左鏜頭帶動鏜桿進(jìn)給，穿進(jìn)夾具內(nèi)的前后導(dǎo)向套內(nèi)，楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)向上將工件夾緊，工件定位銷孔插入頂蓋定位銷，同時與頂蓋定位塊定位，左右滑臺進(jìn)行加工循環(huán)，完成后夾緊油缸松開工件，同時打料油缸向下打料，使工件順利脫開定位銷，工件落到齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)上之后，鏜桿退出工件外，齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)帶動工件向下落在上料滑道上，工件自動輸送出機(jī)床外，整個循環(huán)結(jié)束。

1.2.3 夾具結(jié)構(gòu)

整個夾具以夾具本體為基礎(chǔ)，夾具本體上左右分別安裝左墻板和右墻板，左右墻板上分別安裝導(dǎo)向板，夾具頂蓋支撐在左右墻板上，左鏜模架直接安裝在夾具頂蓋上，由于機(jī)床兼顧加工三四缸品種，所以右鏜模架安裝在夾具頂蓋上的手動調(diào)整滑臺上，定位銷、定位塊、打料油缸安裝在夾具頂蓋上，楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)和齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)安裝在夾具本體上。夾具機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖1 機(jī)床主視圖

Figure 1 Main view of machine tool

2 整體夾具機(jī)構(gòu)

由于工件加工精度要求很高，所以本整體夾具機(jī)構(gòu)共采用了七項(xiàng)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，以滿足精度以及專用夾具功能要求。

2.1 采用浮動鏜桿結(jié)構(gòu)

由于加工工件的主軸承孔和凸輪軸孔很長，且加工部位為五檔，必須采用一次加工完成，所以

圖2 柴油機(jī)機(jī)體示意圖

Figure 2 Schematic drawing of diesel engine block

圖3 五檔主軸承孔示意圖

Figure 3 Schematic drawing of five levels of main bearing holes

圖4 三檔凸輪軸孔示意圖

Figure 4 Schematic drawing of three levels of camshaft holes

圖5 夾具結(jié)構(gòu)圖

Figure 5 Fixture structure diagram

圖6 浮動鏜桿機(jī)構(gòu)圖

Figure 6 Mechanism chart of floating boring bar

不能采用剛性鏜桿鏜孔，必須采用浮動鏜桿的結(jié)構(gòu)，鏜桿的前后兩端分別設(shè)置前后導(dǎo)向，如圖6所示，采用高速角接觸軸承支承滾動導(dǎo)向套的外滾式導(dǎo)向支承鏜桿，充分保證了加工部位各檔的同軸度和圓柱度。鏜模套上設(shè)置導(dǎo)向鍵，保證鏜桿能夠順利穿入工件。

2.2 采用活動鉆模套

定位銷孔的位置度須保證0.06 mm，如果采用固定鉆模套，則無法保證此精度。所以采用圖7中所示的活動鉆模套結(jié)構(gòu)，在鏜模架上固定一個直角座作為基礎(chǔ)，通過配磨X、Y方向的調(diào)整墊，微量調(diào)整鉆模座的位置，確保位置度的精度。

2.3 調(diào)整鏜模架

在鏜模架左右兩側(cè)各設(shè)置一個推靠座和一個拉靠座，通過配磨調(diào)整墊，調(diào)整整個鏜模架的坐標(biāo)位置，確保鏜孔精度，如圖8所示。調(diào)整完成后，通過拉緊拉靠螺釘，使鏜模架靠緊拉靠座，同時擰緊推靠螺釘，進(jìn)一步固定鏜模架的位置在加工過程中不移動。

2.4 調(diào)整定位銷

定位銷孔的位置度須保證0.06 mm，如果采用固定位置的定位銷，則無法保證此精度。所以采用圖9所示的定位銷調(diào)整機(jī)構(gòu)，在頂蓋上固定一個直角座作為基礎(chǔ)，通過配磨X、Y方向的調(diào)整墊，微量調(diào)整定位銷座的位置，確保位置度的精度。

圖7 活動鉆模套

Figure 7 Movable drill die sleeve

圖8 鏜模架結(jié)構(gòu)圖

Figure 8 Boring mold structure diagram

圖9 定位銷調(diào)整機(jī)構(gòu)

Figure 9 Positioning pin adjusting mechanism

圖10 手搖絲杠移動鏜模架機(jī)構(gòu)

Figure 10 Hand screw movable boring mold mechanism

2.5 采用手搖絲杠移動鏜模架

由于夾具需要兼顧三四缸產(chǎn)品的加工，為了保證導(dǎo)向套和加工孔口之間的導(dǎo)向距離，所以右鏜模架必須進(jìn)行移位，在頂蓋上設(shè)置了手搖絲杠定位機(jī)構(gòu)，用于支撐手搖絲杠，直線導(dǎo)軌安裝在頂蓋上，滑鞍安裝在直線導(dǎo)軌上，右鏜模架固定在滑鞍上，在三四缸換線時，通過手搖絲杠，驅(qū)動滑鞍帶動鏜模架前后移位，確保加工精度。手搖絲杠移動鏜模架機(jī)構(gòu)如圖10所示。

2.6 楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)

楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)用于加工時將工件夾緊在定位塊上。夾緊油缸安裝在夾具本體上，楔鐵套安裝在夾具本體的孔上，用于導(dǎo)向楔鐵，夾緊油缸帶動活塞桿前端的推桿，推桿推動楔鐵向前運(yùn)動，楔鐵上的斜面帶動頂升夾緊桿將工件抬起并夾緊。楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)示意圖如圖11所示。

圖11 楔鐵夾緊機(jī)構(gòu)示意圖

Figure 11 Schematic diagram of the wedge iron clamping mechanism

2.7 齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)

齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)中油缸座固定在夾具本體上，微抬油缸固定在油缸座上，導(dǎo)向套固定在油缸座內(nèi)孔上，對齒條一進(jìn)行導(dǎo)向，油缸驅(qū)動齒條一向前運(yùn)動，齒條一驅(qū)動齒輪一旋轉(zhuǎn)，齒輪一帶動軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，軸帶動齒輪二旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，齒輪二帶動齒條二做上下直線運(yùn)動，齒條二帶動微抬支架將工件微抬，確保刀桿順利穿進(jìn)工件內(nèi)，通過微調(diào)可調(diào)擋鐵，保證齒條一向前運(yùn)動的行程，從而保證抬起行程的準(zhǔn)確性。齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)示意圖見圖12。

圖12 齒輪齒條微抬機(jī)構(gòu)

Figure 12 Micro lifting mechanism of rack and pinion

3 結(jié)論

通過以上介紹的整體夾具結(jié)構(gòu)，以及七項(xiàng)創(chuàng)新結(jié)構(gòu),使得本數(shù)控機(jī)床專用夾具的技術(shù)水平和實(shí)際精度指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，已經(jīng)通過了用戶驗(yàn)收，機(jī)床各加工精度均滿足用戶要求，得到用戶的好評。

編輯 陳秀娟

Research and Development of Special Fixture for Fine Boring CNC Machine Tool to Bore Body Holes of Diesel Engine

Chen Hui，Zhou Ruiting

This paper has introduced the design idea on the CNC machine special fixture for finish boring the main bearing hole, camshaft hole and positioning pin hole of the diesel engine block.Based on a principle of high precision and high efficiency, the special fixture fulfilled technological requirements and clients demands has been manufactured by reasonably designing fixture structure.

diesel engine block; main bearing hole; camshaft hole; positioning pin hole; fine boring CNC machine tool; special fixture

2016—05—12

陳輝(1980—)，高級工程師，從事組專機(jī)床、數(shù)控機(jī)床以及工裝夾具等設(shè)計(jì)研發(fā)工作。

TG754

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