柴油機缸體缸套孔止口孔精加工組合機床

主要技術要求
1.φ144^+0.04₀對φ141^+0.04₀同軸度小於φ0.03
2．A－C中心線對B面垂直度小於φ0.05
3．φ152^+0.16₀對A中心同軸度小於φ0.1
4．止口面φ15⁰_-0.05對A-C中心全跳動小於φ0.05
2技術方案分析
2.1機床方案
根據工件的特點，機床採用立式二軸雙工位，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台一個，移位精密工作台一個，敞開式夾具一套，PC控制變頻調速電氣系統一套，單獨液壓站驅動液壓系統一套。自動工作循環(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台的進給力施加到工件上，在鏜頭上設置了緩衝浮動機構。定位後由鏜頭偏心機構動作，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，精鏜孔刀轉到缸孔精加工位置，然後鏜頭向上返回，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後，移位工作台移動一缸孔距，重複上述內容，完成另兩個缸套孔、止口孔及端面的加工。機床滑台為立式三導軌滑台，滑座與立柱為一體，中間導軌導向，兩側導軌限位，大大提高了滑台的強度剛性。另外，在鏜頭定位塊與工件的定位處，設置了壓縮空氣噴口，在定位前對定位部位進行吹凈，確保定位準確。機床全部採用機夾刀。

圖2機床簡圖

圖3機床工作循環圖

在確定上述機床方案前，我們也曾經考慮過進刀機構用斜面推拉刀塊進行橫向切削。經過比較后，我們認為偏心機構優點較多，刀體與刀桿無相對運動為剛性連接，不會出現被鐵屑或機構卡死，刀具定位精度很高。如偏心機構配置數控系統后，通過控制偏心的轉角和刀具的分佈，用數控調整實現一次加工多個(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計

主軸切削用量表(電機轉速可調)
- 上缸孔下缸孔止口切削用量半精鏜精鏜半精鏜精鏜半精鏜精切切削速度v
m／min 80～90 100～113 80～90 100～113 80～90 100～113 主軸轉速n
r／min 170～190 210～245 170～190 210～245 170～190 210～245 立式滑台每
分進給量mm 50 28 50 28 50 - 鏜孔每轉
進給量mm 0.26～0.29 0.11～0.13 0.26～0.29 0.11～0.13 0.26～0.29 -

當刀具由上向下進給時，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採用變頻調速，可在一定範圍內調整。進給量採用液壓系統由調速閥控制。

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，若採用曲軸軸承孔定位，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，但夾具結構複雜，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、夾緊機構都要求較高。考慮到精鏜曲軸軸承孔是採用底面及兩銷孔定位，可以保證曲軸軸承孔中心線平行於底面0.04mm，故本機床採用底面及二銷定位，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，使得結構簡單，工件裝卸方便，並且大大減少了機床電氣、液壓系統的複雜程度。因此機床夾具採用一面兩銷頂面夾緊的形式。
3偏心鏜頭設計
鏜削頭是本機床的關鍵部件。在研製中吸取了國內外同類型鏜頭的先進技術，結合本公司B4125缸體的加工要求和特點，採用了單軸偏心機構鏜削頭，經單頭或多軸組合可以完成單缸及多缸柴油發動機缸套孔的半精鏜、精鏜、鏜車、倒角等多工序加工。
3.1主要結構特點
(1)刀桿軸中心偏離主軸迴轉中心。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並設置了定位緩衝(浮動)裝置，避免了定位時機床滑台超行程干涉。
(3)鏜頭設計為單軸鏜頭，集中由一個變速箱一個電機傳動，有利於製造安裝調整。主軸前支承採用雙列短圓柱滾子軸承加推力球軸承結構，使得徑向、軸向剛性好，精度較高。
(4)刀桿軸后支承採用滑動軸承並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採用了消除間隙結構，以保證傳動精度。
3.2鏜頭動作
如圖5所示，電機轉矩經齒形帶帶動帶輪2，帶輪2經平鍵帶動主軸5旋轉，同時帶輪2經銷帶動法蘭8，法蘭8內花鍵帶動花鍵軸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經鍵帶動處於偏心狀態的軸7與主軸5同步旋轉。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前端螺旋花鍵經螺旋花鍵法蘭4帶動處於偏心狀態的軸7轉動。由於軸7安裝在主軸5的偏心孔內，因而軸7在主軸5的偏心孔內迴轉就使刀具在徑向尺寸上增大(減小)，完成鏜車止口孔端面，並由一組刀具換為另一組刀具進行不同直徑孔的加工。

圖5鏜頭結構
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迴轉中心(即刀具迴轉中心)，O′為偏心軸7迴轉中心，兩者間距離為偏心距e，刀尖D到偏心軸7迴轉中心O′距離為r(此值在加工過程中為定值)，刀尖D到主軸5迴轉中心O距離為R(此值隨著偏心軸7在主軸5體內偏心孔中的轉動不斷變化，從而實現橫走刀和換刀)。由ΔO′OD餘弦定理，
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為半徑迴轉時，兩個圓周中間的環形區域則是端面上可以加工到的範圍。開始工進時，刀尖至主軸迴轉中心半徑為p1，工進終了為p2，則工作進給過程中偏心軸轉角為：φ＝θ2－θ1。考慮本機床特點，設置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，只要控制轉角在θ1至θ2間的變化，刀具就可出現一系列直徑位置，可實現多直徑鏜車、倒角等。

圖6偏心示意圖

4結束語
目前本機床已製造、調試完成並投入使用，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、止口孔設置在同一機床上，可更有效地控制止口孔深度。由於缸體尺寸較大，機床設計較龐大，複雜。因此我們採用銑、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。經計算也可保證其要求。本機床如果配置數控系統，可大大提高加工精度及自動化程度，這將有待於今后對本機床的改造。