摩托車曲軸箱孔系鉆鉸復(fù)合加工工藝

李 梁，滕峻林，肖鐵忠，趙 勇

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000)

0 引言

摩托車曲軸箱是摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的核心組成零件。目前針對(duì)曲軸箱孔系加工的主要方法：一是利用搖臂鉆床多次裝夾逐孔加工，二是利用加工中心單次裝夾多刀加工[1-3]。利用搖臂鉆床加工時(shí)，因多次裝夾帶來定位精度低，加工效率低等缺點(diǎn)，利用加工中心加工時(shí)，加工效率低，生產(chǎn)成本高，難以滿足企業(yè)高精度、高效率及低成本的要求[4-5]。目前針對(duì)上述問題多從工藝及設(shè)備的研制上進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)高精度、大批量生產(chǎn)的要求，最重要的手段之一就是研制專用機(jī)床[6]。

本文針對(duì)摩托車曲軸箱四面四孔加工，分析了加工難點(diǎn)，并提出了一次裝夾鉆鉸復(fù)合加工工藝方案，并對(duì)專用夾具做了詳盡介紹，企業(yè)采用此工藝及裝備后，產(chǎn)品單件加工時(shí)間在30s左右，設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線年生產(chǎn)量在30萬件左右，遠(yuǎn)超過企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)要求標(biāo)準(zhǔn)。

1 工件參數(shù)及技術(shù)要求

1.1 工件參數(shù)

名稱：CG125曲軸箱

外形尺寸：311 mm 298 mm 223mm

工件材質(zhì)：壓鑄鋁合金YL102

材料硬度：95HB

工件重量：重約5kg

1.2 技術(shù)要求及難點(diǎn)分析

被加工工件為某摩托車曲軸箱右體，企業(yè)給的技術(shù)圖樣如圖1所示，由圖知，本工序共有4個(gè)油道孔需要加工，其中有3個(gè)需精加工才能滿足加工精度要求， 4個(gè)孔又位于不同的4個(gè)平面上，而所設(shè)計(jì)的工藝及裝備需滿足大批量生產(chǎn)(15萬件/年及以上)的要求，綜上，加工的主要難點(diǎn)體現(xiàn)如下：

(1)工件材料較軟，易于加工，但是裝夾過程中易受力變形；

(2)工件需加工的孔較多，且位于不同的平面，同時(shí)還需粗精加工集成至一道工序，不利于加工工序的安排；

(3)工件是薄壁腔體類零件，在裝緊及加工時(shí)很容易因受力變形，給工件的裝夾及切削用量的選擇等均帶來較大的難度；

(4)工件加工精度要求高，且長徑比大，給大批量生產(chǎn)的高效率要求帶來較大的困難。

圖1 技術(shù)圖樣

2 工藝方案的擬定

由圖1可知，工件共有4個(gè)孔需加工，4個(gè)加工孔中，其中3個(gè)(φ5mm，φ6mm,φ7mm)需進(jìn)行精加工，且4個(gè)孔分別位于4個(gè)不同的平面，如按傳統(tǒng)的加工方法：采用搖臂鉆床進(jìn)行加工，則工件需進(jìn)行多次裝夾，加工的孔可能既無法滿足位置度要求，也無法滿足加工效率要求；或者采用加工中心進(jìn)行加工，雖可一次裝夾完成所有孔的加工，但是需多次換刀，工件需多次變位，無法滿足高效率、低成本的要求。故本文在對(duì)比上述兩種加工方案的優(yōu)劣后，采用工序集中的原則，將工件4孔的粗精加工集成在一道工序內(nèi)，重新設(shè)計(jì)工藝和設(shè)備，具體方案如圖2所示，在床身的中央設(shè)置專用夾具，對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊，夾具可帶著工件上下移動(dòng)，工件4孔對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置4個(gè)主軸箱，每個(gè)主軸箱上設(shè)置兩把刀具。當(dāng)夾具處于靠下的位置時(shí)，4個(gè)主軸箱分別對(duì)4孔進(jìn)行粗加工，粗加工后，刀具退出，夾具帶著工件上升，4個(gè)主軸箱帶著刀具完成4孔的精加工。采用此工藝與設(shè)備后，既解決了搖臂鉆床加工精度不高的問題，又解決了加工中心效率低、成本高的問題。

圖2 工藝方案

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 油道孔加工工藝參數(shù)的確定

本文主要確定進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量等切削用量在內(nèi)的加工工藝參數(shù)。

3.1.1 進(jìn)給量的確定

進(jìn)給量由孔直徑、深度、零件材料、表面是否平整、刀具的槽型角度、刀具的材質(zhì)、孔的精度、機(jī)床進(jìn)給功率等諸多因素決定[7]。對(duì)于小直徑鉆頭鉆孔時(shí)，進(jìn)給量過大可能使孔打偏或者直接導(dǎo)致鉆頭折斷，為避免鉆頭折斷或方向?qū)?，選取較小的進(jìn)給量。此工件的4孔加工采用高速鋼刀具，查手冊(cè)加工鋁合金的進(jìn)給量并結(jié)合實(shí)際的加工經(jīng)驗(yàn)及各種因素[7]，鉸削與鉆削的進(jìn)給量分別取0.04 mm/r與0.08 mm/r。

3.1.2 主軸轉(zhuǎn)速的確定

材料的加工性是影響切削速度的主要因素之一，材料工藝性較差的工件采用較低的切削速度，反之亦然[8-9]。鋁合金的加工工藝性比較高，因此可采用較高的切削速度。結(jié)合實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，鉆削加工線速度(鋁合金加工)選取20 m/min～50m/min，鉸削加工線速度為6 m/min～15m/min。

由于是多工位多工序加工，且加工孔徑較小，孔徑比較大，要適當(dāng)降低切削速度，故選用較小的鉆削線速度(20m/min)和鉸削線速度(6m/min)進(jìn)行加工，加工φ5mm與φ6的油道孔，根據(jù)公式得出鉆削油道的主軸工作轉(zhuǎn)速分別為1274r/min和1062r/min，鉸削油道孔的主軸轉(zhuǎn)速為382r/min和318r/min，加工直徑φ1.5mm與φ3mm的小孔，主軸工作轉(zhuǎn)速分別為4246 r/min與2123 r/min。

3.1.3 進(jìn)給速度的確定

進(jìn)給速度主要根據(jù)工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取[10-11]。根據(jù)機(jī)床性能及相關(guān)的手冊(cè)、結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，機(jī)床進(jìn)給速度要跟主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等相匹配[7]。

vf=nf

式中，vf—為進(jìn)給速度(mm/min)；

f—為進(jìn)給量(mm/r)；

n—為主軸轉(zhuǎn)速 (r/min)。

根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)[12]及實(shí)際加工驗(yàn)證，鉆削加工時(shí)，進(jìn)給量f取0.08mm/r，故鉆削加工的進(jìn)給速度分別為102 mm/min (φ5mm)、85mm/min(φ6mm)、340mm/min(φ1.5mm)、170mm/min(φ3mm)；鉸削加工時(shí)，進(jìn)給量f取0.04mm，鉸削加工時(shí)的進(jìn)給速度分別為51 mm/min (φ5mm)、43mm/min(φ6mm)。

3.2 夾具設(shè)計(jì)

3.2.1 定位與夾緊方案

工件的定位與夾緊方案如圖3所示。定位方式：一面兩孔，即曲軸箱與曲軸箱蓋的已加工箱蓋連接面(平面A)作為定位面，定位面上兩個(gè)φ8mm的孔作為定位孔。

圖3 曲軸箱定位夾緊方案圖

3.2.2 夾具的結(jié)構(gòu)及工作原理

專用夾具結(jié)構(gòu)如圖4及圖5所示，主要由夾具體、定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)等組成。在夾具體1上合適位置設(shè)置三個(gè)相同的滑動(dòng)立柱，浮動(dòng)定位軸18的上下運(yùn)動(dòng)由氣缸13帶動(dòng)，夾具底板上兩個(gè)支撐墊3及浮動(dòng)定位套8形成的平面，浮動(dòng)定位套里安裝的浮動(dòng)定位銷7共同形成“一面兩銷”，與工件上的加工平面A及定位孔(見圖4)配合對(duì)工件進(jìn)行定位。氣缸11帶動(dòng)支撐桿5上下移動(dòng)，支撐桿帶動(dòng)鎖緊馬崽4旋轉(zhuǎn)壓緊、松開工件，組成夾具的夾緊機(jī)構(gòu)。如圖5所示，黃色的面代表定位面，紅色的為浮動(dòng)銷定位。

本夾具的工作原理如下：工人將工件按既定的定位方式安裝后，舉升氣缸帶著活動(dòng)支撐桿向下運(yùn)動(dòng)加工位置，夾緊氣缸向下運(yùn)動(dòng)使鎖緊馬崽向下壓緊工件，然后進(jìn)行鉆削加工，鉆削加工完成后，刀具退出；舉升氣缸帶著夾具與工件一起向上移動(dòng)60mm對(duì)工件進(jìn)行鉸削加工；鉆鉸加工完成后，夾緊氣缸向上運(yùn)動(dòng)使鎖緊馬崽向上旋轉(zhuǎn)松開工件，人工將工件拿出夾具，再上新的工件，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

1.夾具體 2.鉆模組件 3.支撐墊 4.鎖緊馬崽 5.活動(dòng)支撐桿 6.固定支撐桿 7.浮動(dòng)定位銷 8.浮動(dòng)定位套 9.壓縮彈簧 10.夾具底板 11.夾緊氣缸 12.氣缸加長桿 13.舉升氣缸 14.浮動(dòng)定位銷套 15.六角螺母 16.緊定螺釘 17.擋銷套 18.浮動(dòng)定位軸 19.定位套

圖4夾具結(jié)構(gòu)圖

1.夾具體 2.夾具底板 3、6.支撐墊 4、8.浮動(dòng)定位套 5、7.浮動(dòng)定位銷 9.夾緊機(jī)構(gòu)

4 結(jié)束語

通過對(duì)工件加工難點(diǎn)的分析，總結(jié)了傳統(tǒng)加工工藝方案及設(shè)備加工的優(yōu)劣，利用工序集中原則，提出了一次裝夾，多刀多工位同時(shí)加工的方案，使工件加工的精度、效率及成本等都達(dá)到很好的效果。實(shí)際生產(chǎn)表明，采用此工藝及設(shè)備后，產(chǎn)品單件加工時(shí)間在30s左右，年生產(chǎn)量在30萬件左右，遠(yuǎn)超過實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)要求標(biāo)準(zhǔn)。

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