發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋專用機(jī)床設(shè)計(jì)

李 洋

（一拖（洛陽）開創(chuàng)裝備科技有限公司技術(shù)中心，河南洛陽 471004）

發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋專用機(jī)床設(shè)計(jì)

李 洋

（一拖（洛陽）開創(chuàng)裝備科技有限公司技術(shù)中心，河南洛陽 471004）

發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋是支撐曲軸的關(guān)鍵零件，其螺栓孔尺寸精度對發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的工作性能有著重要影響。通過對所加工軸承蓋加工工藝分析研究，并結(jié)合用戶實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了一種用于加工多品種多工件的發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋螺栓孔專用組合機(jī)床，并對其關(guān)鍵技術(shù)作了介紹和研究。該機(jī)床的成功研制和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了軸承蓋螺栓孔加工精度和效率的進(jìn)一步提高。

發(fā)動機(jī)缸體；軸承蓋；組合機(jī)床

0 引言

組合機(jī)床及自動線是集機(jī)電液一體，綜合自動化程度很高的高效自動化裝備，被廣泛應(yīng)用于汽車，拖拉機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等缸體加工［1］。同時(shí)，其在大批量生產(chǎn)中，是提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量最有效的設(shè)備［2］。當(dāng)前，為用戶提供高效率，高質(zhì)量，高柔性的生產(chǎn)線成為機(jī)床行業(yè)發(fā)展的必然趨勢［3］。在發(fā)動機(jī)中，軸承蓋是其支承曲軸的重要零件，是曲軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)和動力輸出的保障，此零件的加工精度直接影響柴油機(jī)的性能［4］。同時(shí)，主軸承蓋承載著曲柄連桿機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動所施加的交變載荷，其疲勞強(qiáng)度直接影響著氣缸體的使用壽命［5］。目前，國內(nèi)少數(shù)廠家采用鉆床通過單一鉆模板對其進(jìn)行多工序加工，另外一些廠家采用臥式動力頭通過回轉(zhuǎn)工作臺上的夾具對其進(jìn)行加工。前者效率較低，且精度不穩(wěn)定，后者效率較高，同時(shí)價(jià)格相對較高。為了提高軸承蓋螺栓孔的加工精度和生產(chǎn)效率，結(jié)合一拖動力機(jī)械公司實(shí)際要求，研制了一種加工發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋螺栓孔專用機(jī)床。圖1所示為所加工工件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 被加工零件結(jié)構(gòu)示意圖

1 加工零件相關(guān)參數(shù)

被加工零件加工要求和切削參數(shù)見圖2、圖3。

所加工工件為三種不同型號的發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋，一次加工8件，其中品種一4件，品種二和品種三各2件，其材料為HT250。加工前工件各面均已加工完成，螺栓孔加工孔徑為2-φ，深88通，粗糙度為6.3，位置度為φ0.4，相對于A，B面的垂直度公差為φ0.1，生產(chǎn)節(jié)拍為3分鐘。

根據(jù)工件螺栓孔徑的深度及精度要求，為了保證其達(dá)到用戶要求，其采用雙工位加工方式。首先進(jìn)行一工位鉆孔加工，然后工件移位進(jìn)行二工位擴(kuò)孔加工，其中一工位鉆孔切削參數(shù)為Sm=74mm/min，n=370 r/min，刀具為φ15.5的大螺旋角錐柄麻花鉆，二工位擴(kuò)孔切削參數(shù)為Sm=74mm/min，n=345r/min，刀具為φ16.7的硬質(zhì)合金錐柄擴(kuò)孔鉆。

圖2 被加工工件加工工序圖

圖3 工件加工示意圖

2 機(jī)床總體設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)

以往的加工中，許多廠家通常采用兩臺機(jī)床分別對軸承蓋螺栓孔進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔加工，這樣不僅效率較低，品種單一，而且工件多次裝夾造成了一定的定位誤差。為了提高其加工效率和精度，本機(jī)床對鉆孔和擴(kuò)孔工序進(jìn)行了整合，設(shè)計(jì)了一種用于多品種多工件加工的專用機(jī)床，如圖4所示為其結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)床對工件的加工分二步進(jìn)行，其中一工位刀具通過浮動鉆模板進(jìn)行鉆孔加工，然后浮動鉆模板隨主軸箱退回原位，工件隨夾具通過移位滑臺移位至擴(kuò)孔工位，刀具通過固定鉆模板進(jìn)行擴(kuò)孔加工。同時(shí)，工件采用濕式加工，其所在夾具及鉆模板上均設(shè)有濕式加工所用的水路系統(tǒng)，在對刀具進(jìn)行冷卻的同時(shí)，保證了工件定位面定位精度。

圖4 機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 機(jī)床動作循環(huán)

手動在夾具上按順序依次放入三種不同型號的工件，其中品種一4件，品種二和品種三各2件。機(jī)床啟動，夾具端面油缸夾緊→側(cè)面油缸夾緊→浮動鉆模板隨主軸箱快進(jìn)至加工位置→進(jìn)行φ15.5孔的鉆削加工→加工完畢，浮動鉆模板隨主軸箱退回原位→夾具隨移位滑臺移位250mm至擴(kuò)孔工位→主軸箱快進(jìn)至加工工位→通過固定鉆模板進(jìn)行φ16.7孔的擴(kuò)孔加工。加工完畢，主軸箱和夾具退回原位，圖5所示為機(jī)床加工動作循環(huán)圖。

圖5 機(jī)床動作循環(huán)示意圖

3 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 機(jī)床底座

所設(shè)計(jì)機(jī)床底座用于安裝立柱和移位滑臺及固定鉆模板。為了提高移位滑臺的精度，采用了移位滑臺底座與床身底座整體鑄造的結(jié)構(gòu)。其減少了與機(jī)床底座連接過程中所帶來的累積誤差，提高了工件裝夾及移位過程中的精度。同時(shí)，連體底座中間設(shè)置了排屑和排水槽，便于工件的濕式加工。

3.2 剛性主軸箱

該機(jī)床主軸箱是軸承蓋孔系加工中的關(guān)鍵動力系統(tǒng)，其采用了剛性主軸箱結(jié)構(gòu)，如圖6所示。所設(shè)計(jì)主軸箱可承受較大的軸向力和徑向力，具有較大的剛度，減少了刀具加工工件過程中高速旋轉(zhuǎn)所帶來的誤差效應(yīng)。由于工件分二次加工，其中鉆孔和擴(kuò)孔主軸分別設(shè)置成不同的轉(zhuǎn)速。其中鉆孔主軸轉(zhuǎn)速為n=370 r/min，擴(kuò)孔主軸轉(zhuǎn)速為n=345r/min。

圖6 剛性主軸箱結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 夾具及鉆模板

對于軸承蓋夾具，大連機(jī)床集團(tuán)為上海大眾汽車公司所設(shè)計(jì)，制造的軸承蓋加工自動線，在其加工軸承蓋兩端的螺栓孔并倒孔角工序中，其在夾具定位支承系統(tǒng)和夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，均采用浮動式結(jié)構(gòu)［6］。同時(shí)，該公司為一汽大眾研發(fā)的轎車發(fā)動機(jī)缸蓋凸輪軸軸承蓋加工數(shù)控組合機(jī)床自動線采用隨行夾具式結(jié)構(gòu)，每個(gè)隨行夾具上同時(shí)裝夾5種11件凸輪軸軸承蓋，實(shí)現(xiàn)了多品種加工［7］。

根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)計(jì)了本機(jī)床的動作循環(huán)方案，如圖7所示，所設(shè)計(jì)夾具如圖8所示。為了實(shí)現(xiàn)工件安放的互換性，夾具中采用每2組工件間隔距離相同的布置形式，分別對三種工件設(shè)計(jì)了不同厚度的定位支撐板4，每個(gè)工件孔徑中心與中間固定座的距離相同。這樣，只需更換不同厚度的支撐板，即可安放不同型號的工件。工件加工時(shí)，依次按順序放入三種不同型號的工件，八件工件分為4組，每組固定2件。將工件以定位面C放入定位塊8上，工件定位面A緊靠中間固定座定位支撐板4，另一側(cè)面和端面分別由壓緊油缸壓緊。端面油缸首先壓緊工件端面，然后側(cè)面油缸壓緊側(cè)面，工件在夾具中得以固定夾緊。由于工件數(shù)量較多，為了減小夾具體臺面的寬度，中間三個(gè)油缸采用兩端同時(shí)出桿，同時(shí)夾緊工件的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步降低了夾具體的寬度和重量。

圖7 夾具動作循環(huán)圖

工件采用濕式加工，所設(shè)計(jì)夾具體采用雙面斜坡式結(jié)構(gòu)，工件支撐面定位塊8下方設(shè)有排屑槽，便于加工過程中鐵屑和水流從夾具中排出。同時(shí)，工件的定位面和支撐面均設(shè)有水管進(jìn)行沖洗，以保持工件定位面的精度。

由于所加工零件孔系精度要求較高，為了保證所加工零件的用戶需求，特別設(shè)計(jì)了浮動鉆模板和固定鉆模板相結(jié)合的形式。其中浮動鉆模板連接在剛性主軸箱上，與其同時(shí)移位用于一工位鉆孔加工，固定鉆模板連接在床身底座上，用于進(jìn)行擴(kuò)孔加工。由于所設(shè)計(jì)夾具寬度較大，為了減少浮動鉆模板自重所帶來的變形影響，其材料采用ZL104。加工時(shí)，工件在夾具中固定后，首先在浮動鉆模板下由φ15.5鉆頭進(jìn)行鉆孔，然后浮動鉆模板隨移位滑臺退回原位，夾具隨移位滑臺移位至擴(kuò)孔工位，在固定鉆模板下由φ16.7擴(kuò)孔鉆進(jìn)行擴(kuò)孔。

圖8 夾具結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 設(shè)備使用情況

該機(jī)床自投入使用以來，根據(jù)用戶要求先后對多品種多批量工件進(jìn)行了加工試驗(yàn)，測試結(jié)果表明各項(xiàng)性能指標(biāo)都達(dá)到了用戶目標(biāo)要求。螺栓孔垂直度達(dá)到了0.1mm，位置度0.4mm以內(nèi)，相比以往螺栓孔垂直度0.1～0.15mm有了進(jìn)一步提高。同時(shí)，該機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本合理，所設(shè)計(jì)夾具能很據(jù)生產(chǎn)數(shù)量要求進(jìn)行不同型號工件的組合加工，有效的提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

本機(jī)床的成功研制和應(yīng)用，對一拖動力機(jī)械公司發(fā)動機(jī)缸體主軸承蓋螺栓孔的加工精度和效率具有較大的提升作用，提高了產(chǎn)品的合格率。所設(shè)計(jì)夾具能一次性裝夾多種不同型號的工件，且工件的裝夾位置具有互換性，可用于多品種，多工件的加工，加工效率和精度達(dá)到了用戶的目標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)缸體軸承蓋螺栓孔加工精度和效率的進(jìn)一步提高。

［1］張樹禮，楊曙光，田宜全.精銑缸體頂面，精鏜缸孔及止口數(shù)控自動線的研制［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2007（5）：79-81.

［2］大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)（第一冊）機(jī)械部分［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［3］李瑾，于福才，李婕.配有桁架機(jī)械手可換箱機(jī)床的缸體柔性加工自動線的開發(fā)研制［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2009（7）：86-89.

［4］劉志英，黎秀宇.主軸承蓋的工藝方案分析及工裝設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程師，2007（12）：104-105.

［5］劉洪德，王彥偉，趙際燕，等.主軸承蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2011（4）：26-28，

［6］生海.曲軸軸承蓋夾具的夾壓浮動結(jié)構(gòu)［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2002（7）：3-4.

［7］潘濱.轎車發(fā)動機(jī)缸蓋凸輪軸軸承蓋加工數(shù)控組合機(jī)床自動線［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，1998（11）：5-8.

（編輯 李秀敏）

Development of Modular Machine Tool for Engine Block Bearing Caps

LI Yang
（Yto（Luoyang）Kintra Equipmentscience&Technology Co.，Ltd.，Luoyang Henan 471004，China）

Engine block bearing is a key part that supported the crankshaft bearing cap，which precision of the screw size have an significant impact on the performance of the engine.Based on the analysis of the machining parts processing technology，also combined with the actual needs of customers，a modular machine tool that machining multiple varieties cover special combination machine for Engine block bearing caps was designed，and its key technologies were introduced and studied.The successful development and application of the modular machine tool will further improved the bearing cap's machining accuracy and efficiency.

Engine block；bearing cap；modular machine tool

TH122；TG65

A

1001-2265（2015）01-0150-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.01.042

2014-03-18；

2014-04-23

李洋（1982—），女，河南社旗人，一拖（洛陽）開創(chuàng)裝備科技有限公司技術(shù)中心助理工程師，主要從事發(fā)動機(jī)缸體組合機(jī)床及自動線的技術(shù)綜合管理，（E-mail）lyytokc@163.com。