柴油機缸體缸套孔止口孔精加工組合機床

　　　 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
定位基準為工藝孔

1.2　加工尺寸及精度(見圖1)

2　技術(shù)方案分析

2.1　機床方案

根據(jù)工件的特點，機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，立式三導軌液壓精密滑臺一個，移位精密工作臺一個，敞開式夾具一套，PC控制變頻調(diào)速電氣系統(tǒng)一套，單獨液壓站驅(qū)動液壓系統(tǒng)一套。自動工作循環(huán)(見圖3)由二根刀桿一次加工兩個缸套孔及止口孔，先由上端向下進給為半精加工，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。同時為了不使定位時滑臺的進給力施加到工件上，在鏜頭上設(shè)置了緩沖浮動機構(gòu)。定位后由鏜頭偏心機構(gòu)動作，使半精加工一組刀具退出切削位置，同時精加工止口刀具橫向進給，精鏜孔刀轉(zhuǎn)到缸孔精加工位置，然后鏜頭向上返回，精加工刀具對缸套孔進行精加工。第一次兩個缸套孔加工完成后，移位工作臺移動一缸孔距，重復上述內(nèi)容，完成另兩個缸套孔、止口孔及端面的加工。機床滑臺為立式三導軌滑臺，滑座與立柱為一體，中間導軌導向，兩側(cè)導軌限位，大大提高了滑臺的強度剛性。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，在定位前對定位部位進行吹凈，確保定位準確。機床全部采用機夾刀。

圖2　機床簡圖

圖3　機床工作循環(huán)圖

在確定上述機床方案前，我們也曾經(jīng)考慮過進刀機構(gòu)用斜面推拉刀塊進行橫向切削。經(jīng)過比較后，我們認為偏心機構(gòu)優(yōu)點較多，刀體與刀桿無相對運動為剛性連接，不會出現(xiàn)被鐵屑或機構(gòu)卡死，刀具定位精度很高。如偏心機構(gòu)配置數(shù)控系統(tǒng)后，通過控制偏心的轉(zhuǎn)角和刀具的分布，用數(shù)控調(diào)整實現(xiàn)一次加工多個(兩個以上)不同直徑的孔和倒角工序。

2.2　切削用量及刀輔具設(shè)計

主軸切削用量表(電機轉(zhuǎn)速可調(diào))

當?shù)毒哂缮舷蛳逻M給時，d、e、f三把鏜刀進行半精鏜(見圖4)，鏜刀f到達止口孔深度位置時，偏心機構(gòu)動作，鏜刀a鏜車止口端面，同時半精鏜刀退刀，精鏜刀a、b、c進刀至精鏜孔尺寸，刀具由下向上進給進行精鏜。切削用量見表，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)計基準與夾具定位基準重合，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，對扶平、輔助支承、夾緊機構(gòu)都要求較高?？紤]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。這時夾具的形式是一面兩銷定位，使得結(jié)構(gòu)簡單，工件裝卸方便，并且大大減少了機床電氣、液壓系統(tǒng)的復雜程度。因此機床夾具采用一面兩銷頂面夾緊的形式。

3　偏心鏜頭設(shè)計

鏜削頭是本機床的關(guān)鍵部件。在研制中吸取了國內(nèi)外同類型鏜頭的先進技術(shù)，結(jié)合本公司B4125缸體的加工要求和特點，采用了單軸偏心機構(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)動機缸套孔的半精鏜、精鏜、鏜車、倒角等多工序加工。

3.1　主要結(jié)構(gòu)特點

(1)刀桿軸中心偏離主軸回轉(zhuǎn)中心。利用偏心量進行半精鏜、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，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)裝置，避免了定位時機床滑臺超行程干涉。
(3)鏜頭設(shè)計為單軸鏜頭，集中由一個變速箱一個電機傳動，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軸承并用液性塑料張緊滑套，消除其間隙，提高了對刀桿的抗振動能力。
(5)鏜車端面及缸徑的進刀運動傳遞機構(gòu)采用了消除間隙結(jié)構(gòu)，以保證傳動精度。

3.2　鏜頭動作

如圖5所示，電機轉(zhuǎn)矩經(jīng)齒形帶帶動帶輪2，帶輪2經(jīng)平鍵帶動主軸5旋轉(zhuǎn)，同時帶輪2經(jīng)銷帶動法蘭8，法蘭8內(nèi)花鍵帶動花鍵軸3，花鍵軸前端大螺旋角花鍵帶動螺旋花鍵法蘭4，螺旋花鍵法蘭4經(jīng)鍵帶動處于偏心狀態(tài)的軸7與主軸5同步旋轉(zhuǎn)。當定位擋鐵10在缸體頂面定位后，推桿1(由油缸推動)帶動花鍵軸3作軸向移動，軸3前端螺旋花鍵經(jīng)螺旋花鍵法蘭4帶動處于偏心狀態(tài)的軸7轉(zhuǎn)動。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)動不斷變化，從而實現(xiàn)橫走刀和換刀)。由ΔO′OD余弦定理，

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

當以Rmin和Rmax為半徑回轉(zhuǎn)時，兩個圓周中間的環(huán)形區(qū)域則是端面上可以加工到的范圍。開始工進時，刀尖至主軸回轉(zhuǎn)中心半徑為p1，工進終了為p2，則工作進給過程中偏心軸轉(zhuǎn)角為：φ＝θ2－θ1?？紤]本機床特點，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°時不是直徑的最大值。因而在刀具出現(xiàn)磨損時，增大θ2即可進行刀具磨損量的補償。θ1＝0°時為半精加工直徑。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，可實現(xiàn)多直徑鏜車、倒角等。

圖6　偏心示意圖

4　結(jié)束語

目前本機床已制造、調(diào)試完成并投入使用，可保證工件的精度要求。國外同類型機床把精銑缸體頂面與精鏜缸套孔、止口孔設(shè)置在同一機床上，可更有效地控制止口孔深度。由于缸體尺寸較大，機床設(shè)計較龐大，復雜。因此我們采用銑、鏜分開，機床較前者簡單，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)計算也可保證其要求。本機床如果配置數(shù)控系統(tǒng)，可大大提高加工精度及自動化程度，這將有待于今后對本機床的改造。