王正剛，王福元

(鹽城工學院機械工程學院，江蘇 鹽城 224003)

0 引言

該課題來源于江動集團。被加工柴油機氣缸體生產(chǎn)綱領(lǐng):年產(chǎn)量5萬件，二班制，屬大批量生產(chǎn)。氣缸體左、右、后面上平衡軸孔系、凸輪軸孔系、曲軸孔系、缸套孔系等七組孔系的精加工是氣缸體加工的關(guān)鍵工序。氣缸體結(jié)構(gòu)復雜，壁厚較薄，夾緊不當工件容易變形。在精加工孔系時，鏜桿懸伸長，刀桿容易變形，故每個孔系加工的同軸度，該孔系軸線與其它孔系軸線及平面的位置精度較難達到圖紙要求。為此，我們設(shè)計了一臺氣缸體三面精鏜組合鏜床精加工氣缸體七組孔系，既保證重點工序的加工精度及位置精度，又提高了生產(chǎn)效率。

1 機床的總體設(shè)計方案

1.1 三面精鏜孔加工方案的確定

被加工氣缸體工序圖，如圖1所示，柴油機氣缸體材料為HT200，其硬度為HB170～220。在本工序之前氣缸體的上下，左右，前后六個面均已加工成為成品，各孔都已加工成半成品。

本工序的加工內(nèi)容:左側(cè)面:精鏜平衡軸孔4×Φ52M7，凸輪軸孔 Φ47H7、Φ35H7，調(diào)速軸孔 Φ25V7，起動軸孔Φ37H7，右側(cè)面:精鏜曲軸孔 Φ195H7、Φ78H7，锪平Φ95平面;后面:精鏜缸套孔 Φ118H9、Φ111H8、Φ110H7。圓柱度要求在0.007mm以內(nèi)，同軸度要求在Φ0.03mm內(nèi)，平行度要求被測孔軸線平行于曲軸孔軸線且在給定方向上0.05mm以內(nèi)，表面粗糙度均為Ra1.6。

1.2 機床的總體布局

機床聯(lián)系尺寸總圖，如圖3所示，是用來表示機床的配置形式、主要構(gòu)成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關(guān)系的總體布局圖，它為夾具等專用部件設(shè)計提供重要依據(jù)。機床的配置選用臥式組合鏜床，可便于安裝工件，便于設(shè)計夾具，無漏油現(xiàn)象;機床重心較低，有利于減小振動。

動力箱1TD40通過主軸箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)運動，主軸通過浮動卡頭帶動鏜桿上鏜刀的旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)機床的主運動。在側(cè)底座1CC40上配置液壓滑臺1HY40，實現(xiàn)鏜刀進給運動。在中間底座上面安裝夾具，液壓滑臺1HY40和夾緊油缸配有液壓站。

圖3 機床聯(lián)系尺寸總圖

刀具主軸的切削速度、進給量見圖2。根據(jù)已選定的切削用量，計算切削扭矩、切削功率，用作選擇動力箱電機功率。動力箱的主要參數(shù)見表1。

表1 動力箱的參數(shù)

2 夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 定位方案的確定

氣缸體三面精鏜組合鏜床夾具總裝圖如圖4所示，工件在夾具上定位方案是:氣缸體底面與支承板平面接觸，限制3個自由度，氣缸體側(cè)面與臺階支承板肩側(cè)面接觸，限制2個自由度，氣缸體端面與一圓柱定位銷端面接觸，限制1個自由度，這樣就限制了工件6個自由度。支承板平面、臺階支承板平面及肩側(cè)面裝配前要配磨，以保證工件的定位精度。工件采用三面定位，符合基準統(tǒng)一、基準重合原則，能夠保證工件加工的位置精度要求，便于工件的裝夾，有利于夾具的設(shè)計和制造。

圖4 氣缸體三面精鏜組合鏜床夾具總裝圖

2.2 夾緊方案的確定

氣缸體夾緊方案示意圖如圖5所示。氣缸體屬于箱體類零件，由于工件為薄壁件，易受力變形，故采用多點同時夾緊工件，均勻分布夾緊力，且對著支承板夾緊工件的邊緣實體上，以減少氣缸體夾緊變形誤差。夾緊力為液壓缸驅(qū)動，用推桿將推力傳遞至鉤形壓板，然后由鉤形壓板將夾緊力分散到工件表面，從而將工件夾緊。采用自動回轉(zhuǎn)鉤形壓板機構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，裝卸方便。鉤形壓板的工作原理為:鉤形壓板在油缸活塞桿驅(qū)動下通過連桿機構(gòu)聯(lián)動夾緊?；钊麠U向上時，工件松開，鉤形壓板在抬起的同時，借助活塞桿頭部的螺旋槽可以實現(xiàn)鉤形壓板的自動向外旋轉(zhuǎn)，以便裝卸工件?；钊麠U向下時，工件夾緊，在夾緊時，鉤形壓板能自動地轉(zhuǎn)回到工作位置。

圖5 氣缸體夾緊方案示意圖

為了工件定位可靠，在工件的側(cè)面、前面采用液壓夾緊，使工件與定位元件的側(cè)面、端面可靠接觸。它必須在鉤形壓板夾緊之前完成輔助夾緊動作。

2.3 切削力與夾緊力的計算

所謂夾緊力的大小，從廣義上說就是要正確地確定夾緊力地三個要素:大小、方向、作用點。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理求出理論夾緊力，最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為所需夾緊力的數(shù)值，來確定夾緊力。工件承受切削力示意圖，如圖6所示。

(1)鏜孔切削力F的計算

The kinetics requirement equation of the actuator is

圖6 工件承受切削力示意圖

式中:FZ——圓周力(N);

FX——軸向切削力(N);

f——進給量(mm/r);

ap——切削深度(mm);

HB——布氏硬度。

HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)，在本設(shè)計中，HBmax=220，HBmin=170，得 HB=203。ap=1.25，f大小見加工示意圖。

加工過程中最不利的狀態(tài)下，工件三面總的切削力分別是:

(2)夾緊力WK大小的估算

式中:K——安全系數(shù);取K=2.0;

F——切削力;

μ1——壓板與工件表間的摩擦系數(shù)，取μ1=0.2;

μ2——工件與夾具支承面間的摩擦系數(shù)，取μ2=0.2。

根據(jù)上面的計算結(jié)果，由公式(3)計算夾緊力，得:

2.4 液壓缸的選擇

本設(shè)計選用兩個頭部法蘭固定式油缸，采用頭部法蘭固定式油缸的好處是使得夾具體的整個裝配空間顯得緊湊。因為本機床采用雙油缸驅(qū)動夾緊，所以活塞最大作用力P=4130N，查表知液壓缸的有效工作壓力:p=1.5MPa，液壓缸機械效率η=0.9。

液壓缸內(nèi)徑:

選用標準值，液壓缸內(nèi)徑為63mm。

2.5 導向方案的確定

導向方案如圖2、圖4所示，鏜套是鏜模支架上特有的元件，用來引導刀具以保證被加工孔的位置精度和提高工藝系統(tǒng)的剛度。為了保證孔系的同軸度要求，平衡軸孔系1～2、曲軸孔系3和凸輪軸孔系6從一端加工，導向裝置采用前、后導向，且前導向采用內(nèi)滾式導向結(jié)構(gòu)，后導向采用外滾式導向結(jié)構(gòu);起動軸孔4和調(diào)速軸孔5采用單導向;缸套孔7采用長型鏜套單導向，并設(shè)計托架，以便在單導向鏜桿退出鏜套時，托住鏜桿。

鏜桿與機床主軸采用浮動連接，被加工孔的位置精度由鏜模和鏜桿的制造精度來保證。鏜模、鏜桿、鏜套經(jīng)精磨后研磨，加工精度達IT4級，其配合間隙采用研磨。鏜桿要求具有足夠的剛度、硬度和耐磨性，為此，鏜桿采用20Cr，滲碳淬火，滲碳后淬火硬度61-63HRC。

3 結(jié)束語

本課題是氣缸體三面精鏜組合鏜床總體及夾具的設(shè)計，首先對被加工零件進行了工藝性分析，確定了機床的配置型式、工件的定位夾緊方案及動力箱電機功率，對三面精鏜孔夾具的定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、對刀引導機構(gòu)進行了設(shè)計，對夾緊力進行了估算。我們設(shè)計了氣缸體三面精鏜組合鏜床夾具加工氣缸體七組孔系，既保證孔系的加工精度及位置精度，又提高了生產(chǎn)效率，具有較高的經(jīng)濟效益與應(yīng)用價值。

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