一種新型發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床

馮如意

摘要：文章介紹了一種專門針對汽車發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔半精鏜、精鏜加工的高檔數(shù)控機床。該機床是由沈陽機床成套設(shè)備有限責任公司承制該課題而研發(fā)設(shè)計的發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床，形成擁有自主產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝和一條年產(chǎn)量60萬件以上連桿加工生產(chǎn)線，滿足汽油發(fā)動機15萬臺以上的配套能力，并實現(xiàn)市場應用。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機；裂解式連桿；大小頭孔；精鏜加工工藝；數(shù)控機床 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH16 文章編號：1009-2374（2017）08-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.010

1 機床結(jié)構(gòu)

發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床，該機床基本系統(tǒng)由電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)組成，其特征在于整體機床采用三坐標結(jié)構(gòu)。X軸傳動、Y軸傳動、Z軸傳動分別由主軸箱、立柱、托板、主床身實現(xiàn)，加上控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)構(gòu)成一臺專用數(shù)控機床，其總體平布布局如圖1所示：

發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床包含X軸、Y軸、Z軸、A軸以及TM軸（刀庫伺服運轉(zhuǎn)）五個數(shù)控軸（如圖2所示）。

X軸平行于地面并與Y軸和Z軸垂直，X軸是使立柱移動的數(shù)控直線軸，以實現(xiàn)工件左右方向不同位置的加工，Y軸垂直于地面并垂直于Z軸和X軸，Y軸是使主軸箱上下移動的數(shù)控直線軸，以實現(xiàn)工件上下不同位置的加工，Z軸平行于地面并與X軸和Y軸垂直，Z軸是使托板移動的數(shù)控直線軸，以實現(xiàn)工件前后方向不同位置的加工，A軸為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，其回轉(zhuǎn)軸線平行于X軸，使工件沿平行于X軸方向回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)工件不同角度的加工，夾具系統(tǒng)固定在平行于地面的A軸上，繞A軸旋轉(zhuǎn)，A軸分度夾具是X軸、Y軸、Z軸三個數(shù)控軸的方位參照基準軸。主軸箱包含兩個互相平行的電主軸，它們被安裝在主軸箱上同時運動，可以同時加工兩個工件。夾具固定在A軸上，夾具系統(tǒng)分兩個工位：加工位和裝載位，每個工位可同時安裝兩個工件。

該機床將高精度A軸分度夾具與機床三坐標結(jié)構(gòu)通過一套電氣控制、液壓、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)組合為一體，可以實現(xiàn)一次裝夾，同時完成兩個工件的徑向和軸向不同角度和位置的鉆削和鏜銑加工。

2 機床的工作原理

發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床（如圖1和圖2所示）包括操作面板1、外防護2、主機3、電氣控制系統(tǒng)4、冷卻過濾系統(tǒng)5、主軸冷卻機6、排屑系統(tǒng)7、油冷機8及液壓系統(tǒng)9，從圖中的機床坐標軸側(cè)圖可見主機由主床身10、X軸滑鞍11、立柱12、主軸箱13、主軸14、刀庫15、刀庫支架16、A軸轉(zhuǎn)臺17、轉(zhuǎn)臺尾座18、A軸基座19、夾具系統(tǒng)組成。三坐標單元包括主床身10、X軸滑鞍11、立柱12、主軸箱13、主軸14。夾具所固定的A軸系統(tǒng)包括A軸轉(zhuǎn)臺17、轉(zhuǎn)臺尾座18、A軸基座19。由圖2可見三坐標單元與A軸系統(tǒng)之間的關(guān)系，三坐標單元由其特征在于主床身10、X軸滑鞍11、立柱12、主軸箱13、主軸14組成；TM軸為刀庫運轉(zhuǎn)伺服軸獨立安裝在床身之上，可以極大地利用機床空間布局；A軸系統(tǒng)包由其特征在于A軸轉(zhuǎn)臺17、轉(zhuǎn)臺尾座18、A軸基座19組成；三坐標單元與A軸系統(tǒng)是各自獨立的裝置，三坐標單元位于A軸系統(tǒng)的正后面，三坐標單元加上A軸系統(tǒng)，再加上刀庫、刀庫支架、夾具系統(tǒng)，通過一套電氣控制系統(tǒng)4、操作面板1、外防護2、冷卻過濾系統(tǒng)5、主軸冷卻機6、排屑系統(tǒng)7、油冷機8及液壓系統(tǒng)9，見圖1和圖2，將所有裝置構(gòu)成一臺完整的專用數(shù)控機床；發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床，有X軸、Y軸、Z軸、A軸四個數(shù)控軸，平行于地面的A軸系統(tǒng)是X軸、Y軸、Z軸三個數(shù)控軸的方位參照基準軸。

Z軸與地面保持水平、沿刀具軸線方向移動的數(shù)控直線軸，其中Z軸主要完成鉆削和銑削的進給。X軸平行于地面并與Y軸和Z軸垂直，X軸是使三坐標單元沿床身寬度方向移動的數(shù)控直線軸，以實現(xiàn)對A軸夾具上工件不同位置的加工。Y軸垂直于地面并垂直于Z軸和X軸，Y軸是使Z軸上下移動的數(shù)控直線軸，以實現(xiàn)工件上下不同位置的加工。A軸為數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，其回轉(zhuǎn)軸線平行于X軸，以實現(xiàn)雙工位工件的加工。

液壓系統(tǒng)、排屑及冷卻過濾系統(tǒng)按機床行業(yè)常規(guī)技術(shù)要求配置，通過管路連接到達各執(zhí)行元件。

電氣控制系統(tǒng)主要采用數(shù)字控制系統(tǒng)用于各加工軸的位置控制，液壓系統(tǒng)主要用于各旋轉(zhuǎn)數(shù)控軸的到位鎖緊，排屑及冷卻過濾系統(tǒng)的設(shè)計滿足深孔加工刀具的使用要求。

機床共有軸向及徑向2個加工單元，2個動力主軸，5個伺服軸，M代碼控制油缸電磁換向閥的電磁鐵，實現(xiàn)油缸運動，G代碼為系統(tǒng)基本功能指令，控制伺服電機及X、Y、Z、A軸伺服電機和動力主軸電機，控制伺服軸移動與差補。

3 連桿精鏜加工工藝

以被加工零件A150連桿為例，其加工精度要求

如下：

加工后精度是：加工工件大孔直徑公差-0.016mm/0mm；小孔公差+0.008mm/+0.015mm，大頭孔圓柱度≤0.007mm，小頭孔圓柱度≤0.005mm；大小孔中心距公差<±0.02mm；小頭孔中心線對大頭孔中心線的平行度≤Φ0.02mm；大孔對端面垂直度≤Φ0.02。

生產(chǎn)線能力Cmk值≥1.67；設(shè)備利用率≥85%。

該機床對A150連桿大頭孔半精鏜、精鏜采用復合刀形式進行加工，一次成型保證加工精度，機床對工件的加工精度已經(jīng)通過國家機床質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的鑒定完全符合用戶要求，同時申請了國家發(fā)明專利。

4 發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床（SUC200H2）的優(yōu)勢及市場展望

該機床對孔系零件的加工具有較強的優(yōu)勢，其對稱機構(gòu)的設(shè)計使機床多主軸的布置變得更為合理，同時機床的加工區(qū)與上料區(qū)互補干涉以及加工零件時采用復合刀具，可以極大地縮短零件的加工節(jié)拍，提高加工

效率。

近年來我國汽車行業(yè)發(fā)展十分迅猛，汽車發(fā)動機零部件的加工逐漸成為我國汽車行業(yè)發(fā)展的瓶頸，發(fā)動機裂解式連桿大小頭孔精加工數(shù)控機床是將數(shù)控技術(shù)、智能技術(shù)、可靠性設(shè)計等結(jié)合起來研發(fā)的一種新型高檔數(shù)控機床，可以極大地提高汽車發(fā)動機關(guān)鍵零部件連桿的大、小頭孔精加工的效率，對于提升企業(yè)市場競爭力具有重大意義。同時我們也可以在該高檔數(shù)控機床的基礎(chǔ)上通過可靠性設(shè)計研發(fā)三主軸及四主軸結(jié)構(gòu)的高速臥式加工中心數(shù)控機床，提高產(chǎn)品的檔次和技術(shù)含量，填補國內(nèi)機床行業(yè)空白。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）