吳福貴

（安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 安慶 246003）

1 前言

活塞環(huán)的良好性能對(duì)汽車整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要，因而設(shè)計(jì)與研究活塞環(huán)專用機(jī)床對(duì)于提高活塞環(huán)的制造水平意義重大。本人于2013年度成功申報(bào)安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目——“活塞環(huán)專用雙軸鏜床的設(shè)計(jì)與研究”，經(jīng)過(guò)一年來(lái)的設(shè)計(jì)與研究，活塞環(huán)專用雙軸鏜床已經(jīng)投入使用，實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)是成功的，設(shè)備的加工精度、穩(wěn)定性和工作效率較以前的設(shè)備均有較大提升。

本機(jī)床為數(shù)字控制伺服系統(tǒng)雙軸立式機(jī)床，專門用于活塞環(huán)車內(nèi)孔、鉤R槽、倒角等工序。

2 本機(jī)床對(duì)于活塞環(huán)鏜孔工藝的改進(jìn)

2.1 傳統(tǒng)活塞環(huán)鏜孔工藝

以意大利Aspera公司為代表，其工藝流程為：鉆 6.5通孔→擴(kuò)孔至 7+0.1→粗鏜 7.43+0.036、圓柱度0.01→精鏜至 7.935+0.006、圓柱度0.002→滾光 7.938+0.006、 圓柱度0.002。但在精鏜工序中，鏜床顯然難以保證公差0.006 、圓柱度0.002的精度要求，而滾光工序只起強(qiáng)化內(nèi)表面和提高表面光潔度的作用。故而產(chǎn)生大量廢品，這說(shuō)明意大利Aspera公司的工藝有技術(shù)缺陷。

2.2 本機(jī)床設(shè)計(jì)工藝

本機(jī)床經(jīng)過(guò)改進(jìn)，其工藝流程為：將原精鏜→滾光改為精鏜至 7.92+0.015圓柱度0.006→粗鉸至 7.925+0.01、圓柱度0.003→精鉸至 7.938+0.006、圓柱度0.002。所用工藝裝備為：電鍍金剛石鉸刀(金剛石粒度粗鉸用150目、精鉸用180目)，簡(jiǎn)易自制工作臺(tái)，切削液使用珩磨油。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，應(yīng)用該工藝加工的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

3 活塞環(huán)專用雙軸鏜床設(shè)計(jì)方案

本機(jī)床在主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)和刀具系統(tǒng)等方面進(jìn)行了重大改進(jìn)，大幅度提高了機(jī)床工作效率和穩(wěn)定性，設(shè)備采用數(shù)控系統(tǒng)控制，主傳動(dòng)變頻調(diào)速，進(jìn)給采用伺服工進(jìn)，運(yùn)行平穩(wěn)。除工件裝夾為手動(dòng)外，全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)。

3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

本設(shè)備包括以下主要組成部分。

（1）主體結(jié)構(gòu)：主要有主軸箱、床身、立柱、工作臺(tái)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)等，見(jiàn)圖1。

（2）控制部分：包括電氣柜、按鈕面板、床身電氣和冷卻泵等幾部分。采用日本NMB公司生產(chǎn)的DASEN R2F8000交流伺服數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制。

（3）驅(qū)動(dòng)裝置：包括機(jī)床的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸電機(jī)和伺服電機(jī)。

（4）輔助裝置：包括液壓裝置、潤(rùn)滑和排屑系統(tǒng)等。

3.2 工作原理

圖1 機(jī)床主體結(jié)構(gòu)圖

專用鏜床工作時(shí)，活塞環(huán)由專用夾具推入工作臺(tái)上面，工件通過(guò)夾具自動(dòng)定位并夾緊，確定孔中心與鏜桿中心一致。刀具位置確定后，由Z方向?qū)к墡?dòng)鏜刀進(jìn)給，Z向進(jìn)給通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠副實(shí)現(xiàn)。加工過(guò)程中，采用手動(dòng)換刀方式。活塞環(huán)專用鏜床工作原理見(jiàn)圖2。

圖2 機(jī)床工作原理圖

3.3 傳動(dòng)裝置

主傳動(dòng)系統(tǒng)采用交換齒輪變速機(jī)構(gòu)，全部變速結(jié)構(gòu)和主軸組件集中裝在同一個(gè)箱體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操控。主傳動(dòng)系統(tǒng)分別接通兩個(gè)電磁離合器，當(dāng)左側(cè)電磁離合器吸合時(shí)，使齒輪2、3嚙合；當(dāng)右側(cè)電磁離合器吸合時(shí)，使齒輪1、4嚙合。變速組的滑移齒輪布置在主軸上，為了避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合，使兩個(gè)固定齒輪的間距大于滑移齒輪的總寬度，即留有一定的間隙（1-2mm)，且盡量縮小齒輪軸向排列尺寸。主傳動(dòng)的開(kāi)停裝置用離合器實(shí)現(xiàn)主軸的啟動(dòng)和停止，制動(dòng)裝置采用電機(jī)反接制動(dòng)。

3.4 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與伺服機(jī)構(gòu)

在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于齒輪比主傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪單薄，消耗的功率相對(duì)較少。進(jìn)給系統(tǒng)工作在恒扭矩區(qū)域，速度低，扭矩大，功率小。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用降速結(jié)構(gòu)，以保證操作安全，同時(shí)獲得較大的扭矩，減少傳動(dòng)誤差。各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，大大縮短了傳動(dòng)鏈，也減少了傳動(dòng)件數(shù)目，有利于提高傳動(dòng)精度，減少誤差，各執(zhí)行件間的傳動(dòng)比由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)保證。由于機(jī)床需要同時(shí)控制雙軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以系統(tǒng)只可采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。依據(jù)零件的加工質(zhì)量要求，采取提高傳動(dòng)鏈精度的方法來(lái)滿足機(jī)床加工精度的要求。機(jī)床共有主軸箱上下運(yùn)動(dòng)（Y1、Y2方向），立柱及主軸箱隨鏜刀的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（Z1、Z2方向），由于活塞環(huán)尺寸有一定變化，鏜桿伸出太長(zhǎng)會(huì)影響加工精度，所以進(jìn)給運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用絲杠帶動(dòng)主軸箱整體移動(dòng)和雙螺母滾珠絲杠，以盡量消除間隙誤差。

由于伺服機(jī)構(gòu)的性能決定著機(jī)床鏜孔的加工質(zhì)量（尺寸精度和表面質(zhì)量）、加工效率和可靠性。因此要求伺服機(jī)構(gòu)要求具有高穩(wěn)定性、高精度和高速度，以及足夠的輸出功率和較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖信號(hào)，經(jīng)放大后傳給伺服電機(jī)，帶動(dòng)鏜刀或工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

3.5 工裝夾具

鏜套采用固定式單面導(dǎo)向鏜套，即導(dǎo)向支架布置在刀具前面。鏜模支架用于安裝鏜套，保證活塞環(huán)孔系的位置精度，并可承受一定的切削力。

4 雙軸鏜床的特性與主要參數(shù)

機(jī)床采用日本NMB公司生產(chǎn)的DASEN R2F8000交流伺服數(shù)控系統(tǒng)。床鞍和下滑板均采用“貼塑導(dǎo)軌”，以提高導(dǎo)軌精度并延長(zhǎng)使用壽命。主傳動(dòng)采用變頻調(diào)速。機(jī)床進(jìn)給由交流伺服電機(jī)通過(guò)一對(duì)齒形皮帶輪傳給滾動(dòng)絲杠，帶動(dòng)床鞍刀架運(yùn)動(dòng)。尾架裝有專用推料氣缸。主軸前端安裝夾具，后端安裝夾緊工件的氣缸，刀架安裝專用刀座，再放上專用鏜桿和成型刀具。如此即可實(shí)現(xiàn)精加工活塞環(huán)內(nèi)孔各種型面。當(dāng)自動(dòng)循環(huán)結(jié)束時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車。

機(jī)床主要參數(shù)見(jiàn)表。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的活塞環(huán)專用雙軸鏜床不僅具有高精度高柔性的特點(diǎn)，而且具有長(zhǎng)期的精度保持性、穩(wěn)定性及可靠性。通過(guò)使變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)相結(jié)合，得到最佳的進(jìn)給量和切削速度。它解決了長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)活塞環(huán)制造設(shè)備存在的速度不匹配、質(zhì)量不穩(wěn)定和效率低下的問(wèn)題。同時(shí)本文所提出的設(shè)計(jì)方案既能滿足當(dāng)前生產(chǎn)的需求，又能適應(yīng)將來(lái)連桿向多品種、大批量生產(chǎn)發(fā)展的趨勢(shì)。針對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床功能部件的技術(shù)現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)方案也可為國(guó)內(nèi)專用鏜床制造技術(shù)的發(fā)展提供一條具有實(shí)際意義的研究途徑。

活塞環(huán)專用雙軸鏜床主要參數(shù)表

[1]陳廉清，李占斌.雙面數(shù)控鏜床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2000(11).

[2]朱谷民.變頻器在雙軸活塞環(huán)梯形面車床中的應(yīng)用[J].機(jī)床電器,2000(01).

[3]霍蘇萍.臥式雙工位車軸加工數(shù)控鏜床設(shè)計(jì)[J].2014(07).