羅靜,趙勇,龔文均,詹捷
(重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400054)
我國(guó)摩托車工業(yè)發(fā)展迅速,發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的心臟,而曲軸箱是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件,曲軸箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工批量大,其加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能及整車質(zhì)量[1]。若采用普通加工方法,既難保證質(zhì)量,又不經(jīng)濟(jì),為此設(shè)計(jì)了一臺(tái)工藝、結(jié)構(gòu)、布局及性能都針對(duì)某曲軸箱的專用機(jī)床,該專用機(jī)床既能保證零件的加工精度,且操作方便,運(yùn)行效果良好。
以某摩托車右曲軸箱為例,其工藝分析圖如圖1所示,加工孔系由曲軸箱周邊3個(gè)油道孔及1個(gè)小孔組成,4個(gè)孔皆是階梯孔,孔的位置在工件4個(gè)不同的加工面上,給加工增加了一定的難度。根據(jù)曲軸箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用的加工工藝為多孔同時(shí)鉆、鉸加工,加工工藝具體為先鉆孔加工到油孔貫通,然后用鉸刀精加工油道堵孔,孔的加工精度由刀具來保證,實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成鉆、鉸加工[2]。
一次裝夾完成四孔的鉆、鉸加工,并保證工件的精度和要求,是該專用機(jī)床的設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了完成設(shè)計(jì)目標(biāo),機(jī)床的各個(gè)部件必須相互協(xié)調(diào)完成較為復(fù)雜的動(dòng)作。如何解決多孔的鉆、鉸加工則是該專用機(jī)床要解決的問題[3]。為了解決同時(shí)加工多孔的問題,設(shè)計(jì)了4個(gè)雙軸多軸箱,1套可移動(dòng)的專用夾具,利用數(shù)控滑臺(tái)的進(jìn)給對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)化鉆、鉸加工。這種專用機(jī)床生產(chǎn)率高,適用于大批量生產(chǎn)中對(duì)中小型零件的加工。
圖1 曲軸箱工藝分析圖
通過對(duì)加工工件的具體分析及專用機(jī)床的研究,多面專用機(jī)床總體布局如圖2所示,表示了機(jī)床的主要布局及各部件的安裝位置,主要有多軸箱、數(shù)控滑臺(tái)、機(jī)床底座、床身、夾具等。機(jī)床的4個(gè)多軸箱根據(jù)加工孔的位置而定,多軸箱為臥式單面雙頭布置,多軸箱安裝在數(shù)控滑臺(tái)上,底座上安裝專用夾具與數(shù)控滑臺(tái)?;_(tái)采用非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控滑臺(tái),要求部件剛性要高、精度穩(wěn)定、耐磨性強(qiáng)。床身采用槽鋼及鋼材焊接而成,具有較高的剛度及強(qiáng)度。該專用機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)程序控制自動(dòng)完成所有加工動(dòng)作 (上下料除外),在設(shè)計(jì)中保證了各個(gè)主要零部件的剛性和穩(wěn)定性,解決了該專用機(jī)床的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
圖2 機(jī)床三維總體布局
該機(jī)床是根據(jù)臥式鉆床工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的,機(jī)床有4個(gè)多軸箱,每個(gè)主軸箱有兩個(gè)動(dòng)力頭,各有兩個(gè)工位,由數(shù)控滑臺(tái)帶動(dòng)主軸箱進(jìn)給進(jìn)行加工,機(jī)床的特點(diǎn)是多軸箱多面同時(shí)加工多孔。4個(gè)主軸箱先同時(shí)對(duì)工件的4個(gè)孔進(jìn)行加工,鉆削加工完成后,退刀,然后夾具帶動(dòng)工件移動(dòng)到下一個(gè)工位,機(jī)床再對(duì)工件進(jìn)行鉸削精加工,最后夾具退回原位,裝卸工件。
多軸箱是專用機(jī)床的重要部件,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量,設(shè)計(jì)傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。多軸箱主要由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成,動(dòng)力來自電機(jī),經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)到傳動(dòng)軸,然后傳動(dòng)軸經(jīng)過齒輪傳動(dòng)動(dòng)力到兩根主軸,完成鉆、鉸孔等加工工序[5]。
根據(jù)加工零件圖進(jìn)行多軸箱設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮齒輪的布置關(guān)系。文中介紹的多軸箱設(shè)計(jì)是采用傳統(tǒng)的單排一軸帶動(dòng)多軸的方法,用一根傳動(dòng)軸及齒輪副帶動(dòng)兩根主軸。根據(jù)主軸位置確定多軸向齒輪傳動(dòng)方案,齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置合理,傳遞效率高。
圖3 多軸箱三維結(jié)構(gòu)
進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)之一,對(duì)機(jī)床的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有直接的影響。該機(jī)床是針對(duì)曲軸箱的兩個(gè)特定工序而設(shè)計(jì)的,機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用數(shù)控滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn),機(jī)床數(shù)控滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置為滿足行程要求及控制精度,采用滾珠絲桿作為機(jī)床傳送動(dòng)力及定位的關(guān)鍵部件,滾珠絲桿與電機(jī)主軸用聯(lián)軸器直接相連,保證了較好的精度且簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)[6]。
進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4所示,機(jī)床的滑臺(tái)沿著滑座的導(dǎo)軌做直線移動(dòng),工作臺(tái)的底部安裝絲杠座與滾珠絲杠固聯(lián)。伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn),可使多軸箱做直線運(yùn)動(dòng)。滑板下面裝有2個(gè)行程擋塊,和行程開關(guān)配合,控制行程的極限位置,能有效防止滑板超程。
圖4 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖
根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工件已加工的表面和孔,夾具定位方式采用一面兩銷。夾具結(jié)構(gòu)如圖5所示,它主要由夾具體、滑動(dòng)立柱 (多個(gè)組件構(gòu)成)、夾具底板、氣缸、鉆模組件、支撐桿件、定位夾緊裝置等組成。夾具和工件安裝在工作臺(tái)上,按預(yù)定的工作循環(huán),作間歇的上下移動(dòng),依次在不同工位上對(duì)工件進(jìn)行不同的加工。
圖5 機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖
夾具的工作原理:按預(yù)定的工作循環(huán),工件隨著夾具在鉆、鉸工位上移動(dòng),通過工位之間的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)鉆、鉸雙工位的加工。夾具的具體操作如下:工件按既定定位方式安裝后,氣缸11帶動(dòng)活動(dòng)支撐桿向下移動(dòng),壓板向下壓緊工件,進(jìn)行鉆削加工;鉆削加工完成后,退出刀具,氣缸13帶動(dòng)夾具與工件向上移動(dòng)60 cm,在下個(gè)工位固定,然后對(duì)工件進(jìn)行鉸削加工;加工結(jié)束后,氣缸帶動(dòng)活動(dòng)支撐桿向上,壓板向上旋轉(zhuǎn)松開工件,然后進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。
根據(jù)機(jī)床的配置形式,機(jī)床底座采用中間底座形式,底座與床身連接,上面安裝數(shù)控滑臺(tái),主軸箱與數(shù)控滑臺(tái)產(chǎn)生的力作用在底座上。為了降低床身的受力變形及保證機(jī)床的整體剛度,底座采用整體鑄造[8]。
床身是專用機(jī)床的基礎(chǔ)件,也是專業(yè)機(jī)床制造的關(guān)鍵零件,機(jī)床上很多零件、部件都安裝在床身上,因而有關(guān)部件的相對(duì)位置及相對(duì)位置相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度都要由床身來保證。為了保證機(jī)床的精度并長(zhǎng)期保持機(jī)床的原有精度,要求床身具有足夠的剛性、耐磨性及抗震性。該機(jī)床床身由鋼結(jié)構(gòu)形式焊接而成,床身采用鋼板與槽鋼焊接,整體穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)造型簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、生產(chǎn)周期短,能滿足需要及達(dá)到工藝要求。
該機(jī)床是結(jié)合曲軸箱的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,介紹了該專用機(jī)床的主要部件機(jī)構(gòu),在分析被加工工件的基礎(chǔ)上確定了該機(jī)床的總體布局、工作原理及夾具的結(jié)構(gòu)。企業(yè)投產(chǎn)使用證明:該專業(yè)機(jī)床不僅效率高,而且加工出的零件各項(xiàng)精度均能達(dá)到要求。該專用機(jī)床為以后此類專用機(jī)床的設(shè)計(jì)提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。
【1】陳慶全.淺談CG125發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的加工[J].摩托車技術(shù),2002(4):16-17.
【2】左支柳.摩托車右曲軸箱油道堵頭壓入工藝改進(jìn)[J].現(xiàn)代制造工程,2004(2):121-122.
【3】梁瑞峰,李寧艷.缸筒類零件專用數(shù)控車床的設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)及機(jī)床,2011(12):127-130.
【4】《專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造》編寫組.專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造[M].哈爾濱:黑龍江人民出版社,1979.
【5】李鐵堯.金屬切削機(jī)床[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.
【6】李金瑩,陳輝.高速高精度連桿精鏜機(jī)床的設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2011(6):87-90.
【7】王啟平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005.
【8】馮金云.氣缸座三面四工位精鏜孔、銑端面組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2011(10):81-83.