楊擁軍
(儀征統(tǒng)一活塞環(huán)有限公司)
立式內(nèi)外圓仿形車床是活塞環(huán)機(jī)械加工中的關(guān)鍵設(shè)備,適用于各種活塞環(huán)的內(nèi)外圓同時仿形及銑開口的成型加工。其操作流程如下:把兩端面經(jīng)過磨光的活塞環(huán)毛坯由輔助裝置中的理環(huán)機(jī)理順堆疊靠在一起 (串排成一串,最大跨列長度為150mm),由上料夾具夾住成串的工件,首先送入車床工位,進(jìn)行活塞環(huán)仿形車削加工。車削完成后,由上料夾具夾住工件成串取下再送入銑床工位做活塞環(huán)的銑開口加工,然后由卸料夾具取下銑好的工件,即完成了活塞環(huán)在本機(jī)床工序的加工。
圖1
立式內(nèi)外圓仿形車銑床的組成:立式內(nèi)外圓仿形車銑床由車床工位、銑床工位、液壓系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、輔助裝置五部分構(gòu)成。車床工位 (右)和銑床工位 (左),如圖1所示:
凸輪是仿形車床的核心工裝,普通仿形車床為固定杠桿比,一般一個活塞環(huán)品種計算一個凸輪,導(dǎo)致凸輪數(shù)量很多,雖然部分凸輪可以代用,但數(shù)量仍然可達(dá)30種以上。立式內(nèi)外圓仿形車床由于杠桿比可變,因此可對凸輪進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)由活塞環(huán)自由型線計算理論可知,活塞環(huán)從壓縮狀態(tài)變?yōu)樽杂蔂顟B(tài),不僅發(fā)生徑向位移的變化 (μ),同時也將發(fā)生角位移的變化 (η),以等壓環(huán)為例,其位移表達(dá)式為:
其中:k為活塞環(huán)系數(shù)k=2L/〔3PI(D一T)〕
L為活塞環(huán)自由開口
T為徑向厚度
Rn為活塞環(huán)中性層半徑
D為缸徑。
由式 (1)與式 (2)與可以看出:活塞環(huán)的角位移只與活塞環(huán)系數(shù)有關(guān),這樣就可以將具有相同系數(shù)的活塞環(huán)設(shè)計成用一個凸輪加工,而不同環(huán)徑產(chǎn)生的不同徑向位移可通過調(diào)節(jié)Rn來實(shí)現(xiàn),從而實(shí)現(xiàn)仿形凸輪按K值 (或開口直徑比值)進(jìn)行系列化。此外,從活塞環(huán)實(shí)際加工性來說,可以根據(jù)實(shí)際影響程度的大小,結(jié)合近似橢圓理論對K值(或開口直徑比)進(jìn)行進(jìn)一步的簡化。內(nèi)外圓仿形車床常用的凸輪有12種,如表一所示:
表一
隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步,電子凸輪 (軟靠模)在立式內(nèi)外圓仿形車床上也有所應(yīng)用,可以進(jìn)一步節(jié)約了成本。
框式滑架車頭是立式內(nèi)外圓仿形車床的創(chuàng)新,臥式內(nèi)外圓仿形車床普遍存在止推軸承早期損壞的現(xiàn)象,主要原因如下:活塞環(huán)疊是在兩端頂盤壓緊的狀態(tài)下進(jìn)行車削加工的,其壓緊力大,設(shè)計的最大壓緊力可達(dá)80KN,而兩個頂盤分別設(shè)置在兩個部件上,壓緊力會造成裝置變形,破壞兩端止推軸承的平行,致使軸承受力不均勻而損壞??蚴交苘囶^將兩個主軸頂盤組合在一個封閉的框式整體鑄鋼滑架中,結(jié)構(gòu)剛性好,能承受較大的壓緊力,而又不致造成平行精度的破壞,可以避免止推軸承的早期損壞。
目前,用于活塞環(huán)生產(chǎn)的仿形車床有三種:外圓仿形車床,臥式內(nèi)外圓仿形車床,立式內(nèi)外圓仿形車床。立式內(nèi)外圓仿形車床獨(dú)特的設(shè)計,與其他兩種仿形設(shè)備相比,具有明顯的優(yōu)勢。
活塞環(huán)普通外圓仿形車削時,仿形、銑開口、粗車內(nèi)圓、粗修開口四道工序必須由四臺機(jī)床分開加工,加工后的產(chǎn)品內(nèi)外圓同軸度差、物流時間延長。采用立式內(nèi)外圓仿形車銑床后,以上四道的工序在一臺設(shè)備上就可完成,不僅提高了產(chǎn)品加工精度,而且縮短了產(chǎn)品流轉(zhuǎn)時間,提高了生產(chǎn)效率。
立式內(nèi)外圓仿形車床在床座上設(shè)有一門式箱體立柱,門式箱體立柱的門框內(nèi)設(shè)有由伺服升降器驅(qū)動沿其上下滑動的整體框式滑架車頭,其車床上、下主軸設(shè)置在整體框式滑架內(nèi),止推軸承為推力圓柱滾子軸承。臥式內(nèi)外圓仿形車床車削工位其車床主軸前軸承為銅瓦,后軸承為角接觸球軸承,其兩端頂盤分別在兩個部件上。因此立式內(nèi)外圓仿形車床比臥式內(nèi)外圓仿形車床具有更好的剛性和強(qiáng)度,更適用于高切削速度,大切削力的工況。以加工高度為2.5mm的90合金錐面環(huán)為例,6小時機(jī)床有效工作時間計算班產(chǎn)量,如表二:
表二
由上表可知,立式內(nèi)外圓仿形車床的班產(chǎn)量約為臥式內(nèi)外圓仿形車床的1.8倍。當(dāng)車削球墨鑄鐵活塞環(huán)或高硬度活塞環(huán)時,效率提升更為明顯。此外由于部分活塞環(huán)毛坯余量較大,當(dāng)內(nèi)圓或外圓余量超過2mm時,一般需進(jìn)行兩次車削,而立式內(nèi)外圓仿形車銑床可一次車削完成。
選取批量產(chǎn)品90錐面環(huán)在三種車床上各投入2000片,并跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量,對比表三:形成較粗網(wǎng)紋輪廓后,平頂時采用粒度小的碳化硅砂條,這樣Rk相對于Rvk降低的效果顯著,珩磨出的網(wǎng)紋參數(shù)完全符合設(shè)計要求。
表三
綜上所述,這些網(wǎng)紋參數(shù)之間并不是孤立的,它們之間有著密切的聯(lián)系。在調(diào)整某一個參數(shù)時,可能有多種控制辦法,要考慮采取哪種調(diào)整方法時,必須充分考慮到這種調(diào)整方法會產(chǎn)生哪些后果,會對哪些網(wǎng)紋參數(shù)產(chǎn)生影響。要引導(dǎo)這些參數(shù)向有利于我們控制的方向發(fā)展,花費(fèi)較小的代價,達(dá)到最佳的預(yù)期目的,而對于那些難以避免的副作用,要采取補(bǔ)救措施。