HBR-02缸套專用車(chē)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 亮，陳正國(guó)

(1.黃岡師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃州 438000；2.湖北福欣機(jī)床制造有限公司，湖北 黃州 438000)

HBR-02缸套專用車(chē)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 亮1，陳正國(guó)2

(1.黃岡師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 黃州 438000；2.湖北福欣機(jī)床制造有限公司，湖北 黃州 438000)

根據(jù)揚(yáng)州某汽車(chē)缸套毛坯零件粗車(chē)外圓工藝要求，研制了一種專用機(jī)床：設(shè)計(jì)了上、下兩組排刀架，上刀架同時(shí)定位裝夾6把車(chē)刀，可完成一次加工零件的5個(gè)外圓尺寸任務(wù)，外圓加工效率提高近5倍；下刀架液定位安裝2把車(chē)刀，可完成加工零件的2個(gè)端面尺寸；采用液壓控制刀架動(dòng)作，非接觸式渦流傳感器檢測(cè)加工到位，PLC自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)電磁閥換向，完成動(dòng)作快速轉(zhuǎn)換?？梢詽M足用于揚(yáng)州某汽車(chē)缸套從毛坯加工到半成品加工高效、快速加工，并對(duì)其液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

專用機(jī)床；液壓系統(tǒng)；汽車(chē)缸套

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)多數(shù)采用干式薄壁鑄鐵氣缸套。干式薄壁鑄鐵氣缸套金屬切削加工工藝流程主要有：粗車(chē)大端外圓→粗校內(nèi)孔→粗車(chē)外圓→半精車(chē)外圓→粗磨外圓→半精鉸內(nèi)孔→粗鏜內(nèi)孔→精車(chē)外圓→精車(chē)支承肩→半精磨外圓→珩磨內(nèi)孔→精磨外圓[1]。一般市面上汽車(chē)缸套的粗車(chē)外圓的機(jī)床多采用仿形數(shù)控機(jī)床，這種機(jī)床多采用1把車(chē)刀加工外圓，加工工時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)廠家缸套生產(chǎn)工藝，要求高效、快速的毛坯進(jìn)行粗車(chē)外圓加工，研制了一種專用機(jī)床，采用雙刀架設(shè)計(jì)，上刀架同時(shí)定位裝夾6把車(chē)刀，可完成一次加工零件的5個(gè)外圓尺寸任務(wù)；下刀架液定位安裝2把車(chē)刀，可完成加工零件的2個(gè)端面尺寸，以達(dá)到對(duì)毛坯進(jìn)行粗車(chē)外圓的高效、快速加工(即粗車(chē)外圓與車(chē)端面，形成半成品)，下面就該機(jī)床設(shè)計(jì)思路和液壓系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

1 零件加工工藝原理分析

如圖1是一種缸套的毛坯圖，材料是硼鑄鐵，目前大多用仿形車(chē)床進(jìn)行外圓及端面粗加工成如圖2所示的半成品，為了提高生產(chǎn)效率，我們開(kāi)發(fā)出HBR-02缸套專用車(chē)床。

圖2 粗加工完半成品圖

2 數(shù)控機(jī)床加工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路

本次設(shè)計(jì)的數(shù)控專用機(jī)床為了達(dá)到兩次加工完成零件毛坯加工目標(biāo)，機(jī)床加工過(guò)程如下：第一次由6把刀具同時(shí)加工5個(gè)外圓尺寸，其中2把刀具(如圖3所示的最中間兩把，即從左數(shù)第3、第4兩把車(chē)刀)加工Φ197±0.5mm的外圓加工成Φ190 mm±0.5的外圓，單刀加工長(zhǎng)度約120mm；第二次由2把刀具橫向移動(dòng)加工兩端長(zhǎng)度，即端面加工。

為了保證加工的可靠性，加工結(jié)構(gòu)如圖3示：①車(chē)削時(shí)為6把車(chē)刀同時(shí)加工，且車(chē)削深度大，為防止工件變形，采用的夾具是三瓣式脹力夾具[2]，特點(diǎn)是：可自定心，與工件接觸面積大，可提供較大的夾緊力，不易在工件內(nèi)圓夾出“內(nèi)傷”，夾持時(shí)工件剛度大，加工變形小，可在液壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；②上刀架采用排刀夾具[2]可同時(shí)裝夾6把車(chē)刀，在加工時(shí)負(fù)責(zé)5個(gè)外圓尺寸加工，只要調(diào)整好夾具位置，車(chē)刀之間的相對(duì)位置得到保證，粗車(chē)中車(chē)削的長(zhǎng)度位置就很容易保證；③下刀架采用排刀夾具同時(shí)裝夾2把車(chē)刀，在外圓加工完成以后負(fù)責(zé)對(duì)工件的兩個(gè)端面加工，以保證端面加工的長(zhǎng)度尺寸；④排刀架車(chē)刀安裝定位較難，為了方便上、下刀架的車(chē)刀定位安裝，我們制作了簡(jiǎn)易的對(duì)刀具定位尺(刀具定位尺以車(chē)刀刀尖定位)；⑤夾具、刀架的運(yùn)動(dòng)均由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，上刀架和下刀架的傳動(dòng)液壓缸供油回路中均裝有手動(dòng)調(diào)速閥，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；⑥車(chē)刀到位檢測(cè)由非接觸式電渦流傳感器檢測(cè)，PLC編程進(jìn)行自動(dòng)控制。

圖3 工件加工示意圖

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及動(dòng)作實(shí)現(xiàn)

3.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)加工工藝特點(diǎn)和性能要求，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]如圖4液壓系統(tǒng)原理圖所示。①夾緊油缸、上刀架橫向移動(dòng)油缸(簡(jiǎn)稱為上橫油缸)、上刀架縱向移動(dòng)油缸(簡(jiǎn)稱為上縱油缸)、下刀架橫向移動(dòng)油缸(簡(jiǎn)稱為下橫油缸)組成；②夾緊油缸帶動(dòng)夾具作夾緊與放松裝夾零件的動(dòng)作；③上刀架縱向的快進(jìn)、工進(jìn)、快退：速度可調(diào)，控制切削缸套的厚度；④上刀架橫向的快進(jìn)、工進(jìn)、快退：速度可調(diào)，控制切削缸套的橫向進(jìn)給速度；⑤下刀架橫向的快進(jìn)、工進(jìn)、快退：速度可調(diào)，控制切斷缸套去毛刺；⑥潤(rùn)滑冷卻：油液經(jīng)22減壓閥減壓到0.3MPa以下，對(duì)進(jìn)行缸套加工的車(chē)刀進(jìn)行冷卻；⑦上橫油缸、上縱油缸、下橫油缸三個(gè)油缸都有快進(jìn)、工進(jìn)、快退的動(dòng)作，要求速度可調(diào)節(jié)，所以采用三個(gè)手動(dòng)調(diào)速閥分別手動(dòng)調(diào)節(jié)三個(gè)油缸的速度；⑧而工進(jìn)與快進(jìn)、快退兩個(gè)大速度差由單泵供油與雙泵供油來(lái)實(shí)現(xiàn)，即工進(jìn)時(shí)只有小定量泵YB1-12(圖4中5號(hào)油泵)為油缸供油，快進(jìn)、快退時(shí)小定量泵YB1-12(圖4中5號(hào)油泵)和雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25(圖4中6、7號(hào)油泵)同時(shí)供油；⑨同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)本專用機(jī)床自動(dòng)化，所有換向閥均采用電磁換向閥，電磁換向閥動(dòng)作如圖5所示(“+”代表得電，“-”代表失電)。

圖4 液壓原理圖

圖5 電磁鐵動(dòng)作圖

3.2 夾緊油缸回路設(shè)計(jì)

夾緊油缸在夾緊時(shí)，23號(hào)閥在左位(YV5失電)，其他電磁閥也在失電狀態(tài)雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25的6號(hào)泵和7號(hào)泵的油分別通過(guò)14號(hào)溢流閥和17號(hào)溢流閥流回油箱，只有小定量泵YB1-12(圖4中5號(hào)油泵)為夾緊油缸供油(夾緊狀態(tài)為常態(tài)，21號(hào)單向閥加入防止停電后放松夾緊工件)；夾緊油缸在放松時(shí)23號(hào)閥在右位(YV5得電)，其他電磁閥也在失電狀態(tài)只有小定量泵YB1-12為夾緊油缸供油，當(dāng)放松到位油壓略高于20減壓閥，25號(hào)繼電器動(dòng)作通知系統(tǒng)一次加工循環(huán)完成。

3.3 上橫刀架回路設(shè)計(jì)

上橫油缸在快進(jìn)時(shí)，28閥在左位(YV2a得電)，10號(hào)閥在右位(YV9得電)、15號(hào)閥在下位(YV8得電)、27號(hào)閥在右位(YV10得電)，此時(shí)上橫油缸有桿腔由小定量泵YB1-12的5號(hào)泵和雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25的6號(hào)泵供油，7號(hào)泵油液通過(guò)17號(hào)溢流閥直接進(jìn)入油箱，上橫油缸無(wú)桿油腔回油通過(guò)兩條油路分別為29號(hào)調(diào)速閥和30號(hào)閥，此時(shí)調(diào)節(jié)29號(hào)閥可進(jìn)行一定范圍內(nèi)調(diào)速；快退時(shí)31閥在右位(YV2b得電)，此時(shí)進(jìn)油為上橫油缸無(wú)桿腔，回油為上橫油缸有桿腔，與快進(jìn)相同；工進(jìn)時(shí)31閥在左位(只有YV2a得電)，雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25的6號(hào)泵和7號(hào)泵的油分別通過(guò)14號(hào)溢流閥和17號(hào)溢流閥流回油箱，只有小定量泵YB1-12的5號(hào)泵為上橫油缸有桿腔供油，上橫油缸無(wú)桿腔回油只通過(guò)29號(hào)調(diào)速閥進(jìn)入油箱，此時(shí)調(diào)節(jié)29號(hào)閥可實(shí)現(xiàn)工進(jìn)調(diào)速(31號(hào)閥中位為“O”型位，保證斷電時(shí)液壓缸鎖緊，提高運(yùn)動(dòng)精度)。

3.4 上縱刀架回路設(shè)計(jì)

上縱油缸的快進(jìn)、快退、工進(jìn)與上橫油缸基本同，只是換向閥從31號(hào)換為了28號(hào)由YV1a、YV1b的得電來(lái)實(shí)現(xiàn)換位，30號(hào)閥換為27號(hào)閥由YV11的得電來(lái)實(shí)現(xiàn)回油換位，在此就不多贅述了。

3.5 下橫油缸回路設(shè)計(jì)

下橫油缸在快進(jìn)時(shí)，34閥在左位(YV3a得電)，10號(hào)閥在右位(YV9得電)、16號(hào)閥在右(YV7得電)、33號(hào)閥在右位(YV4得電)，此時(shí)下橫油缸有桿腔由雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25的6號(hào)泵和7號(hào)泵供油，小定量泵YB1-12的5號(hào)泵油液通過(guò)13號(hào)溢流閥直接進(jìn)入油箱，下橫油缸無(wú)桿油腔回油通過(guò)兩條油路分別為32號(hào)調(diào)速閥和33號(hào)閥，此時(shí)調(diào)節(jié)32號(hào)閥可進(jìn)行一定范圍內(nèi)調(diào)速；快退時(shí)34閥在右位(YV3b得電)，此時(shí)進(jìn)油為下橫油缸無(wú)桿腔，回油為下橫油缸有桿腔，與快進(jìn)相同；工進(jìn)時(shí)34閥在左位(只有YV3a得電)，雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25的6號(hào)泵和小定量泵YB1-12的5號(hào)泵的油分別通過(guò)14號(hào)溢流閥和13號(hào)溢流閥流回油箱，只有雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25的7號(hào)泵為下橫油缸有桿腔供油，下橫油缸無(wú)桿腔回油只通過(guò)32號(hào)調(diào)速閥進(jìn)入油箱，此時(shí)調(diào)節(jié)32號(hào)閥可實(shí)現(xiàn)工進(jìn)調(diào)速(34號(hào)閥中位為“O”型位，保證斷電時(shí)液壓缸鎖緊，提高運(yùn)動(dòng)精度)。

3.6 便于檢查、維修的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中設(shè)置5個(gè)斷路油壓檢查點(diǎn)分別為：①P1=2.5MPa在7泵供油路單向閥上面；②P2=3.0MPa在5泵供油路單向閥上面；③P3=3.0MPa在6泵供油路單向閥上面；④P4=1.5～2.0MPa在夾緊油缸放松動(dòng)作進(jìn)油口(即夾緊油缸有桿腔出口處)；⑤P5=0.3MPa在潤(rùn)滑油出油24控制閥后面(以上5個(gè)油壓值都是正常工作油壓，超過(guò)或低于很多都說(shuō)明設(shè)備工作故障，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警)。在供油泵出口安裝單向閥是防止油液倒流，致使油泵倒轉(zhuǎn)(三個(gè)油泵都是單向定量泵)；設(shè)置此五個(gè)油壓觀測(cè)點(diǎn)主要是為了檢查設(shè)備油壓異常時(shí)方便，判斷故障問(wèn)題的觀測(cè)口。

4 結(jié)論及機(jī)床需要改進(jìn)的問(wèn)題

①本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)符合機(jī)床功能動(dòng)作的要求，可以完成工作流程動(dòng)作：夾緊工件→上刀架橫向快進(jìn)→上刀架縱向快進(jìn)→上刀縱向工進(jìn)→上刀架橫向工進(jìn)→上刀架橫向快退→上刀架縱向快退→下刀架快進(jìn)→下刀架工進(jìn)→下刀架快退→放松工件→壓力繼電器動(dòng)作通知換工件；②系統(tǒng)的動(dòng)作都是通過(guò)電磁閥的換向來(lái)完成的，可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)、工作可靠、易于實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化；③設(shè)置了5個(gè)油壓觀察口，方便了液壓系統(tǒng)設(shè)備的調(diào)試、檢修、維護(hù)工作；④液壓系統(tǒng)上刀架的橫向推力是按照同時(shí)帶動(dòng)6把車(chē)刀，5mm切深，0.3mm·min-1計(jì)算選用的油缸，工作時(shí)大大提高了工作效率。

使用中需要繼續(xù)改進(jìn)的主要問(wèn)題：①在粗車(chē)外圓加工中加工深度較大(最大深度處7mm)，車(chē)刀易磨損，需要經(jīng)常修磨刀具，不適合采用數(shù)控專用刀具(成型刀片)；②由于刀具磨損比較快需要加裝刀具檢測(cè)設(shè)備，自動(dòng)對(duì)刀具磨損情況進(jìn)行診斷，達(dá)到及時(shí)更換刀具，減小加工中工件的不合格率`；③由于排刀刀架自生結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原因，刀具定位裝夾用時(shí)較長(zhǎng)，雖然有定位刀尺，仍需要首車(chē)一個(gè)工件進(jìn)行微調(diào)；④液壓系統(tǒng)刀架工進(jìn)時(shí)雙聯(lián)葉片泵YB1-6/25(圖4中6、7號(hào)油泵)仍在工作(直接流入油箱)，降低了液壓系統(tǒng)利用率。

[1] 張利.淺談發(fā)動(dòng)機(jī)缸套制作工藝[J].科技風(fēng)，2011,(19):143.

[2] 朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009，10：609-612.

[3] 雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，1998，12：2005-2023.

責(zé)任編輯 王菊平

The hydraulic system design of HBR-02 cylinder special lathe

LI Liang1, CHEN Zheng-guo2

(1.College of Machanical & Eletrical Engineering, Huanggang Normal University, Huangzhou 438000, Hubei, China;2. Hubei Fuxin Machine Tool Co. Ltd., Huangzhou 438000, Hubei, China)

A special machine tool with two rows of tool posts was designed to meet the requirements of auto part thick cylindrical cylinder blank technology in Yangzhou. The upper tool holder positioned on clamp six turning tools could complete processing part five tasks at one time, increasing production efficiency nearly by five times. The tool rest fixed two turning tools, finish the two sides of the parts processing. The hydraulic system was used to control tool carriage movement. The contactless eddy current sensors were used to measure limitation signal. The PLC took charge of the Action quickly switch with an electromagnetic valve. The design realized high efficiency and fast processing of the cylinder liner of a certain automobile in Yangzhou from the rough to semi-finished products. Also presented in the paper is the design of the hydraulic system.

special machine; hydraulic system; automotive cylinder

TG

A

2015-11-16 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2016.06.17

李亮，男，江蘇鹽城人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)與應(yīng)用。

黃岡師范學(xué)院橫向項(xiàng)目(2014000611)。