柴油機(jī)缸體缸套孔止口孔精加工組合機(jī)床

　　　 止口
　　　 上缸孔
　　　 下缸孔
　　　 鏜止口深至

工步2：精車2、4(1、3)缸止口深至

工步3：精鏜
　　　 　　
工件移位后再加工1、3缸孔
定位基準(zhǔn)為工藝孔

1.2　加工尺寸及精度(見(jiàn)圖1)

2　技術(shù)方案分析

2.1　機(jī)床方案

根據(jù)工件的特點(diǎn)，機(jī)床采用立式二軸雙工位，如圖2所示。配置單軸偏心鏜頭兩個(gè)，立式三導(dǎo)軌液壓精密滑臺(tái)一個(gè)，移位精密工作臺(tái)一個(gè)，敞開(kāi)式夾具一套，PC控制變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)一套，單獨(dú)液壓站驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)一套。自動(dòng)工作循環(huán)(見(jiàn)圖3)由二根刀桿一次加工兩個(gè)缸套孔及止口孔，先由上端向下進(jìn)給為半精加工，用鏜頭上定位塊與缸體頂面直接定位，以保證止口孔端面至缸體頂面要求0.05mm的公差。同時(shí)為了不使定位時(shí)滑臺(tái)的進(jìn)給力施加到工件上，在鏜頭上設(shè)置了緩沖浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。定位后由鏜頭偏心機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使半精加工一組刀具退出切削位置，同時(shí)精加工止口刀具橫向進(jìn)給，精鏜孔刀轉(zhuǎn)到缸孔精加工位置，然后鏜頭向上返回，精加工刀具對(duì)缸套孔進(jìn)行精加工。第一次兩個(gè)缸套孔加工完成后，移位工作臺(tái)移動(dòng)一缸孔距，重復(fù)上述內(nèi)容，完成另兩個(gè)缸套孔、止口孔及端面的加工。機(jī)床滑臺(tái)為立式三導(dǎo)軌滑臺(tái)，滑座與立柱為一體，中間導(dǎo)軌導(dǎo)向，兩側(cè)導(dǎo)軌限位，大大提高了滑臺(tái)的強(qiáng)度剛性。另外，在鏜頭定位塊與工件的定位處，設(shè)置了壓縮空氣噴口，在定位前對(duì)定位部位進(jìn)行吹凈，確保定位準(zhǔn)確。機(jī)床全部采用機(jī)夾刀。

圖2　機(jī)床簡(jiǎn)圖

圖3　機(jī)床工作循環(huán)圖

在確定上述機(jī)床方案前，我們也曾經(jīng)考慮過(guò)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)用斜面推拉刀塊進(jìn)行橫向切削。經(jīng)過(guò)比較后，我們認(rèn)為偏心機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)較多，刀體與刀桿無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)為剛性連接，不會(huì)出現(xiàn)被鐵屑或機(jī)構(gòu)卡死，刀具定位精度很高。如偏心機(jī)構(gòu)配置數(shù)控系統(tǒng)后，通過(guò)控制偏心的轉(zhuǎn)角和刀具的分布，用數(shù)控調(diào)整實(shí)現(xiàn)一次加工多個(gè)(兩個(gè)以上)不同直徑的孔和倒角工序。

2.2　切削用量及刀輔具設(shè)計(jì)

主軸切削用量表(電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào))

當(dāng)?shù)毒哂缮舷蛳逻M(jìn)給時(shí)，d、e、f三把鏜刀進(jìn)行半精鏜(見(jiàn)圖4)，鏜刀f到達(dá)止口孔深度位置時(shí)，偏心機(jī)構(gòu)動(dòng)作，鏜刀a鏜車止口端面，同時(shí)半精鏜刀退刀，精鏜刀a、b、c進(jìn)刀至精鏜孔尺寸，刀具由下向上進(jìn)給進(jìn)行精鏜。切削用量見(jiàn)表，切削速度v采用變頻調(diào)速，可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。進(jìn)給量采用液壓系統(tǒng)由調(diào)速閥控制。

圖4　鏜工序示意圖

2.3　夾具方案

工件缸套孔中心線對(duì)曲軸軸承孔公共中心垂直度要求為0.08mm，若采用曲軸軸承孔定位，底面扶平加輔助支承的定位方式，工件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與夾具定位基準(zhǔn)重合，能較好地保證零件缸套孔的位置度要求，但夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲軸軸承孔與定位心軸之間的間隙還必須用可漲心軸較好地消除，此外，對(duì)扶平、輔助支承、夾緊機(jī)構(gòu)都要求較高。考慮到精鏜曲軸軸承孔是采用底面及兩銷孔定位，可以保證曲軸軸承孔中心線平行于底面0.04mm，故本機(jī)床采用底面及二銷定位，保證缸套孔中心線垂直底面0.04mm即可滿足垂直度要求。這時(shí)夾具的形式是一面兩銷定位，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工件裝卸方便，并且大大減少了機(jī)床電氣、液壓系統(tǒng)的復(fù)雜程度。因此機(jī)床夾具采用一面兩銷頂面夾緊的形式。

3　偏心鏜頭設(shè)計(jì)

鏜削頭是本機(jī)床的關(guān)鍵部件。在研制中吸取了國(guó)內(nèi)外同類型鏜頭的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合本公司B4125缸體的加工要求和特點(diǎn)，采用了單軸偏心機(jī)構(gòu)鏜削頭，經(jīng)單頭或多軸組合可以完成單缸及多缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸套孔的半精鏜、精鏜、鏜車、倒角等多工序加工。

3.1　主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)刀桿軸中心偏離主軸回轉(zhuǎn)中心。利用偏心量進(jìn)行半精鏜、精鏜直徑尺寸的控制及鏜車止口孔端面。鏜孔和車止口在同一工位，保證了止口面與上下缸孔中心線的垂直。
(2)止口加工時(shí)，用鏜頭上的定位擋鐵直接與缸體頂面定位，較好地控制了止口端面至缸體頂面的深度并設(shè)置了定位緩沖(浮動(dòng))裝置，避免了定位時(shí)機(jī)床滑臺(tái)超行程干涉。
(3)鏜頭設(shè)計(jì)為單軸鏜頭，集中由一個(gè)變速箱一個(gè)電機(jī)傳動(dòng)，有利于制造安裝調(diào)整。主軸前支承采用雙列短圓柱滾子軸承加推力球軸承結(jié)構(gòu)，使得徑向、軸向剛性好，精度較高。
(4)刀桿軸后支承采用滑動(dòng)軸承并用液性塑料張緊滑套，消除其間隙，提高了對(duì)刀桿的抗振動(dòng)能力。
(5)鏜車端面及缸徑的進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)采用了消除間隙結(jié)構(gòu)，以保證傳動(dòng)精度。

3.2　鏜頭動(dòng)作

如圖5所示，電機(jī)轉(zhuǎn)矩經(jīng)齒形帶帶動(dòng)帶輪2，帶輪2經(jīng)平鍵帶動(dòng)主軸5旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶輪2經(jīng)銷帶動(dòng)法蘭8，法蘭8內(nèi)花鍵帶動(dòng)花鍵軸3，花鍵軸前端大螺旋角花鍵帶動(dòng)螺旋花鍵法蘭4，螺旋花鍵法蘭4經(jīng)鍵帶動(dòng)處于偏心狀態(tài)的軸7與主軸5同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)定位擋鐵10在缸體頂面定位后，推桿1(由油缸推動(dòng))帶動(dòng)花鍵軸3作軸向移動(dòng)，軸3前端螺旋花鍵經(jīng)螺旋花鍵法蘭4帶動(dòng)處于偏心狀態(tài)的軸7轉(zhuǎn)動(dòng)。由于軸7安裝在主軸5的偏心孔內(nèi)，因而軸7在主軸5的偏心孔內(nèi)回轉(zhuǎn)就使刀具在徑向尺寸上增大(減小)，完成鏜車止口孔端面，并由一組刀具換為另一組刀具進(jìn)行不同直徑孔的加工。

圖5　鏜頭結(jié)構(gòu)
1.推桿 2.帶輪 3.花鍵軸 4.螺旋花鍵法蘭 5.主軸
6.彈簧 7.偏心主軸 8.內(nèi)花鍵法蘭 9.前端蓋 10.定位擋鐵

3.3　偏心工作原理

如圖6所示，O為主軸5回轉(zhuǎn)中心(即刀具回轉(zhuǎn)中心)，O′為偏心軸7回轉(zhuǎn)中心，兩者間距離為偏心距e，刀尖D到偏心軸7回轉(zhuǎn)中心O′距離為r(此值在加工過(guò)程中為定值)，刀尖D到主軸5回轉(zhuǎn)中心O距離為R(此值隨著偏心軸7在主軸5體內(nèi)偏心孔中的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷變化，從而實(shí)現(xiàn)橫走刀和換刀)。由ΔO′OD余弦定理，

當(dāng)∠rO′O＝0°時(shí)，R最小Rmin＝r－e
當(dāng)∠rO′O＝180°時(shí)，R最大Rmax＝r＋e
最大行程是Lmax＝Rmax－Rmin＝2e

當(dāng)以Rmin和Rmax為半徑回轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)圓周中間的環(huán)形區(qū)域則是端面上可以加工到的范圍。開(kāi)始工進(jìn)時(shí)，刀尖至主軸回轉(zhuǎn)中心半徑為p1，工進(jìn)終了為p2，則工作進(jìn)給過(guò)程中偏心軸轉(zhuǎn)角為：φ＝θ2－θ1。考慮本機(jī)床特點(diǎn)，設(shè)置θ1＝0°，θ2＝150°，θ2處直徑即為精鏜直徑及車端面刀停留直徑。θ2＝150°時(shí)不是直徑的最大值。因而在刀具出現(xiàn)磨損時(shí)，增大θ2即可進(jìn)行刀具磨損量的補(bǔ)償。θ1＝0°時(shí)為半精加工直徑。由圖不難看出，只要控制轉(zhuǎn)角在θ1至θ2間的變化，刀具就可出現(xiàn)一系列直徑位置，可實(shí)現(xiàn)多直徑鏜車、倒角等。

圖6　偏心示意圖

4　結(jié)束語(yǔ)

目前本機(jī)床已制造、調(diào)試完成并投入使用，可保證工件的精度要求。國(guó)外同類型機(jī)床把精銑缸體頂面與精鏜缸套孔、止口孔設(shè)置在同一機(jī)床上，可更有效地控制止口孔深度。由于缸體尺寸較大，機(jī)床設(shè)計(jì)較龐大，復(fù)雜。因此我們采用銑、鏜分開(kāi)，機(jī)床較前者簡(jiǎn)單，但從工藝上提高了前道工序銑缸體頂面與底面的平行度要求。經(jīng)計(jì)算也可保證其要求。本機(jī)床如果配置數(shù)控系統(tǒng)，可大大提高加工精度及自動(dòng)化程度，這將有待于今后對(duì)本機(jī)床的改造。