ECK6520B數(shù)控鋼活塞立式車床的開發(fā)

石貴發(fā)

摘要：隨著國V、國VI內(nèi)燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的實施推進(jìn)，國內(nèi)重型發(fā)動機(jī)越來越傾向于使用全鋼活塞來代替原有的鋁活塞，而全鋼活塞的加工，對于國內(nèi)外活塞生產(chǎn)商來說，是一個新的難題。為滿足國內(nèi)外活塞生產(chǎn)商對全鋼活塞加工的急切需求，一派數(shù)控設(shè)計開發(fā)了ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床。該系列車床采用雙立柱結(jié)構(gòu)，搭載雙Z軸、雙X軸，可實現(xiàn)加工工序的集中;采用雙通道數(shù)控系統(tǒng)可同時控制雙向三軸聯(lián)動，成倍地提高了加工效率;采用模塊化設(shè)計，便于柔性組線，可根據(jù)不同加工要求選裝功能部件。

關(guān)鍵詞：立式車床;鋼活塞;焊前加工;焊后加工;雙立柱;模塊化設(shè)計;止口;燃燒室;異形外圓;環(huán)槽頂面

0? 引言

隨著發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，高燃爆技術(shù)的普及，全鋼活塞越來越多;在高檔全鋼活塞的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素中，外圓型線、環(huán)槽、頂面的形位精度要求日益提高。要適應(yīng)這種趨勢，一是要分別提高外圓型線、環(huán)槽、頂面的加工精度，二是要提高外圓型線、環(huán)槽、頂面的相對位置精度，目前國內(nèi)主要是在工藝流程和工裝夾具上采取措施，這已不能滿足活塞加工工藝進(jìn)步的要求。為此，一派數(shù)控設(shè)計開發(fā)了工序集成度更高的ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車削系統(tǒng)，以滿足國內(nèi)外全鋼活塞止口、燃燒室、頂面、異形外圓、環(huán)槽車削加工的精度和效率需求。

1? 機(jī)床基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式

機(jī)床可用于加工全鋼活塞異形外圓、頂面、止口、燃燒室、環(huán)槽等。可加工材質(zhì)為42CrMo4、38MnVS6Ti，硬度為250-320HBW鍛鋼的活塞。加工活塞尺寸的可選范圍為Φ100～Φ200mm。機(jī)床整體尺寸：長×寬×高=2295×2026×2697mm，機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)及外觀如圖1、圖2所示。

機(jī)床主體為雙立柱結(jié)構(gòu)，搭載雙Z軸、雙X軸?；钊ㄎ缓?，兩刀架可同時對活塞進(jìn)行加工，從而使得加工工序集中，減少了裝夾時間所占比例，加工效率成倍地提高。同時這種結(jié)構(gòu)形式也極大地提高了機(jī)床主體的剛性，為機(jī)床的高精度加工提供了有力保障。

機(jī)床可同時配置精密液壓尾架和液壓拉緊裝置，采用拉緊和頂緊結(jié)合的方式進(jìn)行鋼活塞精車工序，定位精度高，穩(wěn)定性好，活塞受力變形小。

根據(jù)需要，機(jī)床還可以配置主軸圓光柵代替主軸電機(jī)編碼器對主軸位置進(jìn)行更精確的反饋和定位，這對改善異形外圓加工質(zhì)量有明顯作用。

機(jī)床可配置定向停車和自動穿銷裝置，可用于各種定位方式的全自動鋼活塞生產(chǎn)線的組線。

2? 機(jī)床主要創(chuàng)新點

2.1 雙立柱結(jié)構(gòu)，雙排屑口床身? 機(jī)床底座和立柱為兩個整體鑄件，保證了機(jī)床整體的剛性。雙Z軸、雙X軸同在立柱上安裝，保證拖板的安裝剛性及位置精度。針對鋼活塞加工斷屑困難、長切屑多、排屑難的問題，本機(jī)床設(shè)計了雙排屑口，通過兩個鏈板式的排屑器同時工作，使機(jī)床排屑更順暢。

2.2 采用拉緊和頂緊相結(jié)合的裝夾方式? 機(jī)床采用拉緊和頂緊相結(jié)合的方式進(jìn)行鋼活塞的裝夾，定位精度高，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好。首先，尾架軸心線相對于主軸回轉(zhuǎn)軸心線的同軸度，對活塞的精密加工影響非常大。為了提高該同軸度，我們專門設(shè)計了一款精密液壓尾架，全行程上套筒在尾架體內(nèi)的支撐長度不變，有效地保證了尾架在整個行程內(nèi)的支撐剛度。尾架可進(jìn)行高低壓控制，可根據(jù)同一加工過程中不同工序的壓緊力要求進(jìn)行壓緊力的切換，確保機(jī)床加工的高精度。

同時，機(jī)床還配置了高低壓拉緊裝置，可根據(jù)需要安裝卡盤或活塞專用工裝進(jìn)行活塞的加緊或拉緊，可適用于不同全鋼活塞加工工藝，可加工有定位止口和無定位止口的全鋼活塞。在使用通過銷孔拉緊活塞的工裝時，可在同一加工過程中切換拉緊力，以適應(yīng)加工余量不同時對活塞拉緊力不同的需求。

在進(jìn)行活塞異形外圓、頂面及環(huán)槽精車時，可以采用拉緊和頂緊結(jié)合的裝夾方式，同時根據(jù)不同加工工序，選擇不同的拉緊和頂緊力的配合，大大提高了加工過程中活塞定位的穩(wěn)定性和受力均勻性，從而提高鋼活塞外圓、頂面及環(huán)槽的尺寸精度和位置精度。

2.3 自動穿拔銷裝置? 根據(jù)自動化組線需要，機(jī)床設(shè)計開發(fā)了自動穿拔銷裝置，可用于通過銷棒拉緊定位的活塞加工工序的銷棒的自動穿拔或角向定位。

2.4 雙通道數(shù)控系統(tǒng)? 采用雙通道數(shù)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)左、右兩個刀架并行加工，成倍地提高了工作效率。應(yīng)用在全自動活塞生產(chǎn)線上可有效地減小活塞加工的節(jié)拍。

3? 在全自動活塞生產(chǎn)線上的應(yīng)用示例

在一派規(guī)劃設(shè)計的鋼活塞全自動生產(chǎn)線（如圖3所示）中，有4道工序5臺車床采用了ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床。由于該系列機(jī)床的模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同工序要求搭載不同的功能部件，使其在生產(chǎn)線上的應(yīng)用極其靈活。其中，異形外圓加工車床ECK6520BL采用德國SIEMENS公司生產(chǎn)的828D雙通道數(shù)控系統(tǒng)，配置自主研發(fā)的雙CPU控制的高精度伺服驅(qū)動器EHA3020T0S，通過OEM軟件嵌入到SIEMENS 828D系統(tǒng)控制加工，實現(xiàn)自由編程，提高加工精度和抗干擾能力。

活塞曲面數(shù)據(jù)由“一派活塞曲面數(shù)據(jù)處理軟件”（一派數(shù)控軟件著作權(quán)產(chǎn)品）生成（如圖4所示），該軟件能編輯活塞所要求的各種異形外圓設(shè)計，包括標(biāo)準(zhǔn)橢圓、橢圓疊加偏心圓、偏心橢圓、旋轉(zhuǎn)橢圓或離散數(shù)據(jù)擬合等;并能自動分析非圓截面車削加工時的動態(tài)響應(yīng)特性，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償。

配置單刀平板式直線伺服刀架EJX1260A（剛度加強(qiáng)版）（一派數(shù)控專利產(chǎn)品）（如圖5所示），通過調(diào)用活塞曲面數(shù)據(jù)，可加工中凸變橢圓或其它復(fù)雜形狀的鋼活塞異形外圓。該刀架出力可達(dá)2400N，行程可達(dá)6mm，頻響超過400Hz/-3dB，伺服刀架重復(fù)定位精度高達(dá)0.0003mm。

機(jī)床能適用于全自動化設(shè)計，為其在自動生產(chǎn)線上的應(yīng)用提供了便利。

上述提到的鋼活塞車削加工的4道工序及機(jī)床選裝部件配置如下：

3.1 粗車燃燒室、半精車頂面、半精車岸部外圓工序? 在ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床上配置了活塞內(nèi)腔定位工裝，選配自動穿拔銷裝置，配置雙伺服八工位刀塔;雙通道數(shù)控系統(tǒng)，左右刀塔可同時加工，大大提高了加工節(jié)拍，直徑130mm鋼活塞加工節(jié)拍約為90s。

3.2 粗精車止口、銷座內(nèi)圓及端面、半精車群部外圓、粗切凹槽工序? 在ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床上配置了三爪卡盤定位裝置，配置雙伺服八工位刀塔;雙通道數(shù)控系統(tǒng)，左右刀塔可同時加工，直徑130mm鋼活塞加工節(jié)拍約為90s。

3.3 精車燃燒室、精切凹槽、粗車環(huán)槽工序? 在ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床上配置了活塞止口定位工裝，選配自動穿拔銷裝置，配置雙伺服八工位刀塔;雙通道數(shù)控系統(tǒng)，左右刀塔可同時加工，直徑130mm鋼活塞加工節(jié)拍約為90s。

3.4 精車頂面、異形外圓、精車環(huán)槽及環(huán)槽異形倒角工序? 在ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床上配置了精密液壓尾架，左側(cè)配置伺服八工位刀架，右側(cè)直線伺服刀架系統(tǒng)以及拉緊工裝，選配自動穿拔銷裝置，可在一次裝夾過程中完成鋼活塞異形外圓、頂面、環(huán)槽的精加工，大大提高了鋼活塞關(guān)鍵工序的尺寸和位置公差，且左右兩側(cè)刀架可同時加工，直徑130mm鋼活塞加工節(jié)拍可達(dá)120s。

4? 加工精度

機(jī)床已通過各種加工測試，加工性能優(yōu)良，各項加工精度均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，已下為部分精度檢測報告（如圖6-圖8）：如圖所示，裙部非標(biāo)橢圓加工輪廓度達(dá)到了±0.002mm，裙部形線輪廓度達(dá)到了±0.005mm，且外徑尺寸穩(wěn)定性好ΦD±0.01mm CmK≥1.67，達(dá)到了國際領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)。

5? 結(jié)語

一派數(shù)控設(shè)計研發(fā)的ECK6520B系列數(shù)控活塞立式車床，從設(shè)計到采購以及制造均嚴(yán)格按照德國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。

目前，該系列車床已被全球著名的內(nèi)燃機(jī)配件制造商德國馬勒公司、美國天納克集團(tuán)、湖南江濱活塞分公司等認(rèn)可，并計劃應(yīng)用到他們的鋼活塞生產(chǎn)線上，這是對其性能的極大肯定。ECK6520B系列數(shù)控鋼活塞立式車床為國內(nèi)外鋼活塞加工提供了性能優(yōu)良的選項，期待它的杰出性能可以為內(nèi)燃機(jī)配件的制造做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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