余秋香，張建榮

(江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙面加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)

余秋香，張建榮

(江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙面11孔現(xiàn)有加工技術(shù)生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、合格率低等問題，以一次裝夾完成所有工藝內(nèi)容為目標(biāo)，研制全新加工工藝及裝備，解決現(xiàn)有加工技術(shù)存在的缺陷。通過對(duì)缸體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工難點(diǎn)分析，確定了缸體的加工姿態(tài)及定位夾緊方案，采用專用夾具及雙主軸箱的工藝方案，實(shí)現(xiàn)一次裝夾同時(shí)完成雙面11孔的加工工藝內(nèi)容。實(shí)際生產(chǎn)加工表明：工序生產(chǎn)節(jié)拍為40s/件，單臺(tái)設(shè)備實(shí)際年生產(chǎn)綱領(lǐng)由5萬件左右提升至32萬件左右，合格率由85%提升至99.9%，大幅降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體；雙面加工；專用機(jī)床

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)動(dòng)車的核心部件之一，其品質(zhì)直接決定整車的品質(zhì)[1-4]，同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也是整車零部件中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、最難加工的部件，是整車機(jī)加生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序之一[5-8]。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的加工，國內(nèi)一般采用傳統(tǒng)的鉆床、鏜床或者數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，其弊端在于加工精度或者生產(chǎn)效率達(dá)不到要求，且大部分機(jī)床自動(dòng)化程度低，均不是理想的加工方案[9-10]。本文發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙面11孔加工即是缸體加工的一道關(guān)鍵工序，企業(yè)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體提出的要求為合格率高于99.9%，年生產(chǎn)綱領(lǐng)大于15萬件，屬于大批量生產(chǎn)，目前采用搖臂鉆床進(jìn)行加工，單臺(tái)設(shè)備年生產(chǎn)綱領(lǐng)在5萬件/年左右，合格率只有85%左右，故其生產(chǎn)效率及合格率均達(dá)不到企業(yè)要求。對(duì)此，筆者團(tuán)隊(duì)根據(jù)工件加工要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了一次裝夾即可完成所有加工內(nèi)容的工藝及專用夾具，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了專用主軸箱、數(shù)控滑臺(tái)等，解決了現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)化程度低、生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、廢品率高等問題。

1 技術(shù)要求

1.1 工件參數(shù)

外形尺寸：197 mm×153 mm×99mm；工件材質(zhì)：鋁合金ZL111；材料硬度：90-125HBS；工件重量：重約5kg。

1.2 技術(shù)要求及難點(diǎn)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙面11孔的技術(shù)圖樣如圖1所示。本道工序雙面共有11孔需要加工，左面為3×φ5mm和3×φ6.8mm共6個(gè)孔，右面為5×φ9mm(深度不同)孔需要加工， 這11個(gè)孔位于兩個(gè)相互平行的平面上，且所設(shè)計(jì)的工藝及裝備需滿足15萬件/年及以上的生產(chǎn)任務(wù)要求，綜上，加工的主要技術(shù)難點(diǎn)體現(xiàn)如下：

(1)工件為鋁合金箱體類零件，夾緊過程中極易因受力而變形；

(2)工件共有2面11孔需要加工，傳統(tǒng)方法加工效率低且廢品率很高；

(3)工件孔的直徑和長度不一，需減少換刀次數(shù)來提高精度并縮短輔助時(shí)間；

(4)工件屬于大批量生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備自動(dòng)化要求較高；

(5)孔的尺寸精度均為IT7級(jí)，表面粗糙度為Ra1.6，各孔中心軸線距離精度為±0.05mm，其精度要求均較高，同時(shí)保證，難度較大。

綜上，要有效提高加工效率及精度，需在一臺(tái)設(shè)備上一次裝夾同時(shí)完成所有孔的加工，加工難度較大。

(a)主視圖

(b)左視圖

(c)K向視圖圖1 技術(shù)圖樣

2 專用機(jī)床布局方案

由圖1可知，工件共有雙面11孔需要加工，長徑比均較大，直徑及深度均不統(tǒng)一，且尺寸精度表面粗糙度要求均較高，需進(jìn)行精加工才能滿足要求。故采用工序集中的原則，將雙面11孔的加工內(nèi)容全部集中在一道工序內(nèi)，針對(duì)此工序重新設(shè)計(jì)工藝和專用設(shè)備，具體方案如圖2所示，在床身的正中間設(shè)置專用夾具，利用夾具對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊；床身的左右兩端各設(shè)置一個(gè)專用主軸箱，左主軸箱按對(duì)應(yīng)工件加工孔位置設(shè)置五把鉸刀，同理，右主軸箱設(shè)置6把鉸刀；在床身左右兩端上面，主軸箱下面各設(shè)置一個(gè)專用數(shù)控滑臺(tái)，帶動(dòng)主軸箱左右移動(dòng)。采用此工藝與設(shè)備后，工件一次裝夾即可完成雙面11孔加工內(nèi)容，除人工上下料之外，其余所有加工動(dòng)作均在數(shù)控系統(tǒng)控制下完成，既保證了加工精度，又保證了生產(chǎn)效率，極大提高了產(chǎn)品合格率及機(jī)床的自動(dòng)化程度。

1.床身 2、13.左、右伺服電機(jī) 3、12.左、右數(shù)控滑臺(tái) 4、11.左、右主軸箱 5、10.左、右主軸電機(jī) 6、9.左、右鉆頭 7.專用夾具 8.工件

圖2專用機(jī)床布局方案

3 專用機(jī)床關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

3.1 專用夾具設(shè)計(jì)

工件采用一面兩銷的定位方式進(jìn)行定位[11]，即發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯的左平面作為定位面，定位面上兩個(gè)φ14.5mm的孔作為定位孔。

夾具結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括夾具體，回轉(zhuǎn)夾緊機(jī)構(gòu)，粗導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)，浮動(dòng)定位機(jī)構(gòu)，夾緊氣缸等。加工之前，夾緊機(jī)構(gòu)松開，人工上料，即夾緊氣缸12的氣缸桿與回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿2、9通過接頭25相連接，推動(dòng)壓緊板3、8向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿上的回轉(zhuǎn)螺旋槽26及導(dǎo)向圓柱銷27的作用下運(yùn)動(dòng)至松開位置，人工將工件搬至裝夾空間向左推，由粗導(dǎo)向板5，粗導(dǎo)向板緊固螺釘6，粗導(dǎo)向桿7組成粗導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對(duì)工件進(jìn)行粗定位及導(dǎo)向，人工推至正確定位位置后，浮動(dòng)定位銷20及支撐墊29對(duì)工件正確定位，之后，夾緊氣缸12通過夾緊氣缸桿拉動(dòng)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿及壓緊板向左運(yùn)動(dòng)，壓緊工件，啟動(dòng)自動(dòng)加工按鈕，完成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體兩端面11孔的鉆削加工，完成加工后，夾緊機(jī)構(gòu)松開工件，人工下料，再上待加工工件，如此循環(huán)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體兩端面11孔進(jìn)行鉸削。

3.2 專用主軸箱設(shè)計(jì)

鉸刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，精加工時(shí)刀具線速度為30m/min左右。右主軸箱結(jié)構(gòu)如圖4所示，采用6主軸結(jié)構(gòu)(各主軸位置見圖4b)，以保證一次進(jìn)給同時(shí)完成工件右端6個(gè)孔的精鉸加工。工件右面6孔的相對(duì)位置精度由各主軸的安裝位置精度保證，各孔的尺寸精度由各鉸刀保證。同時(shí)，只需將主軸上的刀具換成鉆刀即可對(duì)工件進(jìn)行鉆孔，即可在不改變機(jī)床任何結(jié)構(gòu)的前提下即可完成各孔的粗加工。同理設(shè)計(jì)左主軸箱結(jié)構(gòu)。

(a) 主視圖

(b) 俯視圖

1.夾具體 2.右旋回轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿 3、8.壓板 4、11.浮動(dòng)定位銷 5.粗導(dǎo)向板 6.粗導(dǎo)向板緊固螺釘 7.粗導(dǎo)向桿 9.左旋回轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿 10.夾具體緊固螺釘 12.夾緊氣缸 13.氣缸固定螺釘 14.滑套 15.彈簧 16.導(dǎo)向套緊固螺釘 18、29.支撐墊 19.浮動(dòng)定位銷固定座 20.浮動(dòng)定位銷 21.導(dǎo)向套 22.平鍵 23.彈簧墊圈 24.蓋型螺母 25.回轉(zhuǎn)導(dǎo)向桿接頭 26.回轉(zhuǎn)螺旋槽 27.導(dǎo)向圓柱銷 28.螺母 30.支撐墊緊固螺釘

圖3發(fā)動(dòng)機(jī)缸體雙面加工專用夾具

(a) 主視圖

(b) 俯視圖

1.主軸 2.主軸箱體 3.箱蓋 4.電機(jī)支撐板 5.變頻電機(jī) 6.調(diào)節(jié)螺桿 7.主軸帶輪 8.皮帶 9.電機(jī)軸 10.電機(jī)軸帶輪

圖4專用主軸箱結(jié)構(gòu)圖

3.3 數(shù)控滑臺(tái)

主軸箱的移動(dòng)由數(shù)控滑臺(tái)拖動(dòng)，數(shù)控滑臺(tái)由伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠螺母等組成。數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖5所示，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給滾珠絲杠螺母，螺母與工作臺(tái)固接，從而驅(qū)動(dòng)主軸箱左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸箱的快移與進(jìn)給，數(shù)控滑臺(tái)快移速度為6m/min，進(jìn)給速度為200mm/min，重復(fù)定位精度為±0.01mm。

1.主軸 2.主軸箱體 3.箱蓋 4.電機(jī)支撐板 5.變頻電機(jī) 6.調(diào)節(jié)螺桿 7.主軸帶輪 8.皮帶 9.電機(jī)軸 10.電機(jī)軸帶輪

圖5數(shù)控滑臺(tái)

4 結(jié)束語

本文在確定缸體加工姿態(tài)及定位夾緊方案后，采用專用夾具及雙主軸箱同時(shí)加工的工藝方案，達(dá)到了缸體一次裝夾完成所有工藝內(nèi)容的目標(biāo)。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，工序生產(chǎn)節(jié)拍為40s/件，單臺(tái)設(shè)備實(shí)際年生產(chǎn)綱領(lǐng)由5萬件左右提升至32萬件左右，合格率由85%提升至99.9%，解決了企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)化程度及生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、廢品率高等問題，大幅降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

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EngineCylinderDouble-sidedSpecialMachineToolDesign

YU Qiu-xiang,ZHANG Jian-rong

(Mechanical and Electronic Engineerig Institute,Jiangxi College of Applied Technology, Ganzhou Jiangxi 314000,China)

There are some problems with the engine cylinder double-sided 11 hole currently, which include low efficiency of processing technology, low degree of automation, low pass rate and so on. To complete all the process content by a clamping, brand new processing technology and equipment are developed to solve the existing processing technology defects. Through the structural characteristics of the cylinder and processing difficulties analysis, the machining attitude and positioning clamping scheme of the cylinder are determined. Special fixtures and dual spindle box of the program scheme are adopted to achieve a clamping at the same time to complete the double-sided 11-hole processing technology content. The actual production process shows that process production rhythm is of 40s / pieces, the actual annual production program of single equipment are from about 50,000 to about 32 million, pass rate is from 85% to 99.9%, and the cost of production is greatly reduced.

engine cylinder; double-sided process; special machine tool; structure design

1001-2265(2017)11-0145-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.11.038

2017-07-22；

2017-08-21

余秋香(1982—)，女，江西奉新縣人，江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ蹋詣?dòng)化技術(shù)，(E-mail)59371286@qq.com。

TH122；TG65

A

(編輯李秀敏)