柴油机缸体缸套孔止口孔精加工组合机床高压喷枪

柴油机缸体缸套孔止口孔精加工组合机床

柴油机缸体缸套孔止口孔精加工组合机床 2011年12月04日 来源： 摘要：我公司B4125(及B4130)四缸柴油机缸体中缸套孔尺寸精度、粗糙度、止口孔深度及位置度要求都较高，尤其是止口孔深度公差较难控制。目前多采用引进国外设备解决这个问题。本机床的研制成功为我公司B4125(B4130)柴油机缸体的加工提供了可靠的技术保证。关键词：缸套孔；止口孔；精加工偏心机构；组合机床1工件加工内容及其精度要求1.1加工内容B4125柴油机缸体合件(B4125.02.021)中4个缸套安装孔及其4个缸套上端止口孔深度。工步1：半精镗2、4(1、3)缸孔至尺寸

工步2：精车2、4(1、3)缸止口深至150-0.06工步3：精镗2-φ144+0.040，2-φ141+0.040工件移位后再加工1、3缸孔定位基准为工艺孔2-φ26+0.02501.2加工尺寸及精度(见图1)

图1工件工序图

主要技术要求1.φ144+0.040对φ141+0.040同轴度小于φ0.032．A－C中心线对B面垂直度小于φ0.053．φ152+0.160对A中心同轴度小于φ0.14．止口面φ150-0.05对A-C中心全跳动小于φ0.052技术方案分析2.1机床方案根据工件的特点，机床采用立式二轴双工位，如图2所示。配置单轴偏心镗头两个，立式三导轨液压精密滑台一个，移位精密工作台一个，敞开式夹具一套，PC控制变频调速电气系统一套，单独液压站驱动液压系统一套。自动工作循环(见图3)由二根刀杆一次加工两个缸套孔及止口孔，先由上端向下进给为半精加工，用镗头上定位块与缸体顶面直接定位，以保证止口孔端面至缸体顶面要求0.05mm的公差。同时为了不使定位时滑台的进给力施加到工件上，在镗头上设置了缓冲浮动机构。定位后由镗头偏心机构动作，使半精加工一组刀具退出切削位置，同时精加工止口刀具横向进给，精镗孔刀转到缸孔精加工位置，然后镗头向上返回，精加工刀具对缸套孔进行精加工。第一次两个缸套孔加工完成后，移位工作台移动一缸孔距，重复上述内容，完成另两个缸套孔、止口孔及端面的加工。机床滑台为立式三导轨滑台，滑座与立柱为一体，中间导轨导向，两侧导轨限位，大大提高了滑台的强度刚性。另外，在镗头定位块与工件的定位处，设置了压缩空气喷口，在定位前对定位部位进行吹净，确保定位准确。机床全部采用机夹刀。

图2机床简图

图3机床工作循环图

在确定上述机床方案前，我们也曾经考虑过进刀机构用斜面推拉刀块进行横向切削。经过比较后，我们认为偏心机构优点较多，刀体与刀杆无相对运动为刚性连接，不会出现被铁屑或机构卡死，刀具定位精度很高。如偏心机构配置数控系统后，通过控制偏心的转角和刀具的分布，用数控调整实现一次加工多个(两个以上)不同直径的孔和倒角工序。2.2切削用量及刀辅具设计

主轴切削用量表(电机转速可调)-上缸孔下缸孔止口切削用量半精镗精镗半精镗精镗半精镗精切切削速度vm／min80～90100～11380～90100～11380～90100～113主轴转速nr／min170～190210～245170～190210～245170～190210～245立式滑台每分进给量mm5028502850-镗孔每转进给量mm0.26～0.290.11～0.130.26～0.290.11～0.130.26～0.29-

当刀具由上向下进给时，d、e、f三把镗刀进行半精镗(见图4)，镗刀f到达止口孔深度位置时，偏心机构动作，镗刀a镗车止口端面，同时半精镗刀退刀，精镗刀a、b、c进刀至精镗孔尺寸，刀具由下向上进给进行精镗。切削用量见表，切削速度v采用变频调速，可在一定范围内调整。进给量采用液压系统由调速阀控制。

图4镗工序示意图

2.3夹具方案工件缸套孔中心线对曲轴轴承孔公共中心垂直度要求为0.08mm，若采用曲轴轴承孔定位，底面扶平加辅助支承的定位方式，工件的设计基准与夹具定位基准重合，能较好地保证零件缸套孔的位置度要求，但夹具结构复杂，曲轴轴承孔与定位心轴之间的间隙还必须用可涨心轴较好地消除，此外，对扶平、辅助支承、夹紧机构都要求较高。考虑到精镗曲轴轴承孔是采用底面及两销孔定位，可以保证曲轴轴承孔中心线平行于底面0.04mm，故本机床采用底面及二销定位，保证缸套孔中心线垂直底面0.04mm即可满足垂直度要求。这时夹具的形式是一面两销定位，使得结构简单，工件装卸方便，并且大大减少了机床电气、液压系统的复杂程度。因此机床夹具采用一面两销顶面夹紧的形式。3偏心镗头设计镗削头是本机床的关键部件。在研制中吸取了国内外同类型镗头的先进技术，结合本公司B4125缸体的加工要求和特点，采用了单轴偏心机构镗削头，经单头或多轴组合可以完成单缸及多缸柴油发动机缸套孔的半精镗、精镗、镗车、倒角等多工序加工。3.1主要结构特点(1)刀杆轴中心偏离主轴回转中心。利用偏心量进行半精镗、精镗直径尺寸的控制及镗车止口孔端面。镗孔和车止口在同一工位，保证了止口面与上下缸孔中心线的垂直。(2)止口加工时，用镗头上的定位挡铁直接与缸体顶面定位，较好地控制了止口端面至缸体顶面的深度并设置了定位缓冲(浮动)装置，避免了定位时机床滑台超行程干涉。(3)镗头设计为单轴镗头，集中由一个变速箱一个电机传动，有利于制造安装调整。主轴前支承采用双列短圆柱滚子轴承加推力球轴承结构，使得径向、轴向刚性好，精度较高。(4)刀杆轴后支承采用滑动轴承并用液性塑料张紧滑套，消除其间隙，提高了对刀杆的抗振动能力。(5)镗车端面及缸径的进刀运动传递机构采用了消除间隙结构，以保证传动精度。3.2镗头动作如图5所示，电机转矩经齿形带带动带轮2，带轮2经平键带动主轴5旋转，同时带轮2经销带动法兰8，法兰8内花键带动花键轴3，花键轴前端大螺旋角花键带动螺旋花键法兰4，螺旋花键法兰4经键带动处于偏心状态的轴7与主轴5同步旋转。当定位挡铁10在缸体顶面定位后，推杆1(由油缸推动)带动花键轴3作轴向移动，轴3前端螺旋花键经螺旋花键法兰4带动处于偏心状态的轴7转动。由于轴7安装在主轴5的偏心孔内，因而轴7在主轴5的偏心孔内回转就使刀具在径向尺寸上增大(减小)，完成镗车止口孔端面，并由一组刀具换为另一组刀具进行不同直径孔的加工。

图5镗头结构1.推杆 2.带轮 3.花键轴 4.螺旋花键法兰 5.主轴 6.弹簧 7.偏心主轴 8.内花键法兰 9.前端盖 10.定位挡铁

3.3偏心工作原理如图6所示，O为主轴5回转中心(即刀具回转中心)，O′为偏心轴7回转中心，两者间距离为偏心距e，刀尖D到偏心轴7回转中心O′距离为r(此值在加工过程中为定值)，刀尖D到主轴5回转中心O距离为R(此值随着偏心轴7在主轴5体内偏心孔中的转动不断变化，从而实现横走刀和换刀)。由ΔO′OD余弦定理，当∠rO′O＝0°时，R最小Rmin＝r－e当∠rO′O＝180°时，R最大Rmax＝r＋e最大行程是Lmax＝Rmax－Rmin＝2e当以Rmin和Rmax为半径回转时，两个圆周中间的环形区域则是端面上可以加工到的范围。开始工进时，刀尖至主轴回转中心半径为p1，工进终了为p2，则工作进给过程中偏心轴转角为：φ＝θ2－θ1。考虑本机床特点，设置θ1＝0°，θ2＝150°，θ2处直径即为精镗直径及车端面刀停留直径。θ2＝150°时不是直径的最大值。因而在刀具出现磨损时，增大θ2即可进行刀具磨损量的补偿。θ1＝0°时为半精加工直径。由图不难看出，只要控制转角在θ1至θ2间的变化，刀具就可出现一系列直径位置，可实现多直径镗车、倒角等。

图6偏心示意图

4结束语目前本机床已制造、调试完成并投入使用，可保证工件的精度要求。国外同类型机床把精铣缸体顶面与精镗缸套孔、止口孔设置在同一机床上，可更有效地控制止口孔深度。由于缸体尺寸较大，机床设计较庞大，复杂。因此我们采用铣、镗分开，机床较前者简单，但从工艺上提高了前道工序铣缸体顶面与底面的平行度要求。经计算也可保证其要求。本机床如果配置数控系统，可大大提高加工精度及自动化程度，这将有待于今后对本机床的改造。(end)

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