劉建輝

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司燈具事業(yè)部，河北保定 071000）

曲軸箱體精鏜、鉸孔組合機(jī)床的設(shè)計(jì)

劉建輝

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司燈具事業(yè)部，河北保定 071000）

文章介紹了一種機(jī)床設(shè)計(jì)方法，該方法采用了專用三軸鏜較頭、螺旋導(dǎo)引鏜桿、雙支撐前導(dǎo)引鏜模、數(shù)控滑臺(tái)和專用兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)及合理的工作循環(huán)設(shè)計(jì)等技術(shù)。運(yùn)用該方法設(shè)計(jì)的臥式雙面精鏜、較孔組合機(jī)床在加工曲軸孔及兩端銷孔時(shí)，加工后的表面粗糙度達(dá)到Ra0.8以上，沒(méi)有退刀痕，且保證孔系位置度不大于φ0.1mm，鏜孔圓柱度不大于0.01mm，鏜孔圓度不大于0.005mm，曲軸孔同軸度不大于φ0.02mm。

組合機(jī)床；曲軸孔；工作循環(huán)；讓刀

0 引言

曲軸箱體是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其加工精度尤其是曲軸孔的尺寸和形位精度、表面粗糙度超差產(chǎn)生的儒動(dòng)和噪聲，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH特性，降低顧客的精致感知，在生產(chǎn)加工中，組合機(jī)床有效率高和工序集約化的優(yōu)勢(shì)，本文主要介紹一種精鏜曲軸孔、鉸兩端面銷孔的組合機(jī)床的設(shè)計(jì)。

1 被加工工件

被加工工件：曲軸箱體LF479Q1-1002101A，材料：合金鑄鐵；硬度：HB200；加工內(nèi)容如圖1所示，①精鏜一組5層曲軸孔，要求：曲軸孔對(duì)基準(zhǔn)面A和基準(zhǔn) B的位置度不大于 φ0.1，圓柱度不大于0.01，圓度不大于0.005，5層孔同軸度不大于φ0.02，表面粗糙度Ra1.6以上，加工面不允許有退刀痕；②鉸削左端面銷孔，要求：銷孔對(duì)基準(zhǔn)面A和基準(zhǔn)B的位置度不大于φ0.10；③鉸削右端面2-銷孔，要求：銷孔對(duì)基準(zhǔn)面A和基準(zhǔn)B的位置度不大于φ0.10。

圖1 被加工工件

2 機(jī)床的配置

根據(jù)被加工工件的形狀、精度、加工工藝、加工部位等不同，機(jī)床有多種配置形式。本機(jī)床采用整體式底座、臥式雙面結(jié)構(gòu)，考慮到本工序?yàn)榫庸?，進(jìn)給速度要求精準(zhǔn)、均勻，故左右進(jìn)給動(dòng)力部件均選用NC系列數(shù)控滑臺(tái)，采用高精度直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；右側(cè)鉸銷孔，主動(dòng)力部件選用1TD32它驅(qū)動(dòng)力箱和兩軸主軸箱；左側(cè)需要精鏜5-曲軸孔，采用一根鏜桿同時(shí)完成5層孔的加工工藝，同時(shí)鉸銷孔，采用專用三軸鏜鉸頭，配置兩個(gè)電機(jī)分別滿足鏜孔、鉸孔需要，為便于鏜孔變速和主軸定位需要，鏜孔主軸采用變頻調(diào)速電機(jī)，鉸孔采用普通三相異步電機(jī)；中間為龍門(mén)式夾具，設(shè)計(jì)專用兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工件讓刀，采用一面兩銷定位。

綜合以上，為滿足加工要求，設(shè)計(jì)了一臺(tái)專用機(jī)床---臥式雙面精鏜、鉸孔機(jī)床。機(jī)床布置如圖2所示。

圖2 機(jī)床總圖

3 保證加工精度的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

3.1 鏜桿、刀具設(shè)計(jì)

圖3 螺旋導(dǎo)引結(jié)構(gòu)

表1 曲軸箱體LF479Q1-1002101A曲軸軸承座孔切削參數(shù)

圖4 加工示意圖

3.2 專用鏜鉸頭設(shè)計(jì)

在組合機(jī)床設(shè)計(jì)中，孔加工機(jī)床的主動(dòng)力部件一般為：TA/1TA系列鏜削頭、TZ/1TZ系列鉆削頭、TD/ 1TD系列它驅(qū)動(dòng)力箱，為達(dá)到最高的加工精度，需要鏜孔與鉸孔錯(cuò)開(kāi)加工，故采用雙電機(jī)的專用三軸鏜鉸頭結(jié)構(gòu)，如圖5所示，鏜孔主軸采用調(diào)速變頻電機(jī)，便于鏜孔變速及主軸定位，齒形帶傳動(dòng)保證輸出平穩(wěn)的高轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)小體積動(dòng)力頭兩個(gè)動(dòng)力輸出，符合高效加工需要。

圖5 三軸鏜鉸頭

3.3 夾具設(shè)計(jì)

3.3.1 鏜模設(shè)計(jì)

鏜模設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要有五種：?jiǎn)沃吻耙龑?dǎo)鏜模；單支撐后引導(dǎo)鏜模；前后支撐引導(dǎo)鏜模；雙支撐后引導(dǎo)鏜模；雙支撐前引導(dǎo)鏜模。根據(jù)本序加工內(nèi)容，采用雙支撐前引導(dǎo)鏜模，如圖6，前滾動(dòng)導(dǎo)套安裝一個(gè)導(dǎo)向鍵，與鏜桿螺旋導(dǎo)引結(jié)構(gòu)定位，保證刀具正確進(jìn)出引刀槽；鉸削加工均采用固定導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。

圖6 夾具

3.3.2 定位與夾緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

定位形式采用固定定位銷（一個(gè)圓形狀定位銷和一個(gè)棱形定位銷）及三點(diǎn)定位，定位面設(shè)置在夾具上蓋，避免了切屑掉到定位面影響定位精度。

多層孔的鏜削加工必須有工件讓刀動(dòng)作，以往的做法是采用齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)讓刀，然后帶動(dòng)楔鐵再進(jìn)行夾緊，這種齒輪齒條聯(lián)合楔鐵的抬起機(jī)構(gòu)體型龐大、結(jié)構(gòu)繁瑣，且定位精度相對(duì)較低，為此專門(mén)開(kāi)發(fā)了一種新型結(jié)構(gòu)，兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)，工作原理如圖7所示，三位油缸（已申請(qǐng)專利）是按計(jì)算好的行程帶動(dòng)楔鐵前后運(yùn)動(dòng)，楔鐵帶動(dòng)滾輪抬起托盤(pán)（由托盤(pán)支撐和夾緊工件），通過(guò)行程開(kāi)關(guān)發(fā)令實(shí)現(xiàn)工件高、中、低三個(gè)位置轉(zhuǎn)換，配合主軸定位實(shí)現(xiàn)工件讓刀，避免了鏜刀退出時(shí)與加工面接觸，消除了退刀痕。此結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多層孔加工中，效果非常好。

圖7 兩次拾起夾緊機(jī)構(gòu)

4 機(jī)床工作循環(huán)

工作循環(huán)過(guò)程為：①手動(dòng)將工件推入夾具中，按“夾緊“鈕，兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)將工件從低位抬起到中位，左側(cè)鏜孔主軸定位（刀尖向下），左側(cè)滑臺(tái)快速引進(jìn)至鏜孔工進(jìn)位置，兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)將工件抬起到高位將工件夾緊。②右滑臺(tái)快進(jìn)、工進(jìn)（主軸啟動(dòng)）加工完了主軸停、快退回原位。左滑臺(tái)同時(shí)I工進(jìn)（鏜主軸啟動(dòng)）、I工進(jìn)28mm后鏜主軸升速精鏜完成后，鏜主軸停；左滑臺(tái)II工進(jìn)，同時(shí)鉸孔主軸啟動(dòng)，鉸孔完成后，鉸孔主軸停，左滑臺(tái)快退10mm，兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)松夾工件從高位下降至中位，鏜主軸定位，左滑臺(tái)快退回原位，兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)將工件下降從中位至低位放到工件輸送基面上，推料氣缸將工件推出工作位置，推料氣缸自動(dòng)返回，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束，如圖8所示。

圖8 工作循環(huán)圖

5 機(jī)床互鎖要求

為保證各動(dòng)力部件按規(guī)定的程序動(dòng)作，需要設(shè)置必要的互鎖系統(tǒng)。本機(jī)床的互鎖要求有：

①滑臺(tái)快進(jìn)與工進(jìn)、三位油缸、推料氣缸都能單獨(dú)調(diào)整，轉(zhuǎn)換；

②左滑臺(tái)快進(jìn)，快退必須主軸定位；三位油缸必須在中位（快退10mm除外）；

③滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)主軸啟動(dòng)、冷卻液?jiǎn)?，工進(jìn)完了主軸停、冷卻液停；

④三位油缸、主軸定位、推料氣缸按行程開(kāi)關(guān)發(fā)令順序動(dòng)作；

⑤滑臺(tái)工進(jìn)時(shí)油缸夾緊有壓力保護(hù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明，在精鏜多層孔零件時(shí)，采用螺旋導(dǎo)引結(jié)構(gòu)的鏜桿搭配雙支撐前引導(dǎo)鏜模，使用兩次抬起夾緊機(jī)構(gòu)配合主軸定位實(shí)現(xiàn)工件讓刀，就可以獲得較高的尺寸精度、位置精度、表面粗糙度、避免了退刀痕，本機(jī)床在重慶某汽車配件制造企業(yè)交付使用4年來(lái)，加工精度滿足零件圖要求，機(jī)床運(yùn)行良好，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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（編輯 李秀敏）

M odular M achine Design for Fine Boring and Ream ing of Engine Crankshaft Housing

LIU Jian-hui
（GreatWall Motor Lamp Division，Baoding Hebei071000，China）

This article describes a method of designingmachine tool，which uses a special three-axis hinge boring，the boring bar of screw guides，double support guiding boring mould，CNC slider，a specialmechanism of clamping and reasonable cycle design technology.By using themethod of design of horizontal double precision boring，ream ing modular machine tool in machining crankshaft hole and both ends of the pin hole，the roughness of surface can reach more than Ra0.8 w ithout retreating knifeand guarantee the position of the holes isless thanφ0.1mm，cylindrical bore is notgreater than 0.01mm，boring roundness is notgreater than 0.005mm，the crankshaft hole concentricity is not greater thanφ0.02mm.

modularmachine；crankshaft hole；work cycle；cutter back-off

TH16；TG65

A

1001-2265（2015）07-0138-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.07.038

2015-03-23；

2015-04-16

劉建輝（1981-），男，河北保定人，長(zhǎng)城汽車股份有限公司助理工程師，從事專用設(shè)備及工裝夾具的研究與設(shè)計(jì)工作，（E-mail）13784050157@126.com。