王 飛

(大連機(jī)床(數(shù)控)股份有限公司，遼寧 大連 116620)

數(shù)控曲軸高速外銑機(jī)床的設(shè)計

王 飛

(大連機(jī)床(數(shù)控)股份有限公司，遼寧 大連 116620)

文章討論了一種新型數(shù)控曲軸高速外銑機(jī)床的總體方案及結(jié)構(gòu)布局，介紹了機(jī)床高剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計、曲軸加工專用附件的設(shè)計、適應(yīng)曲軸生產(chǎn)線要求的設(shè)計等幾個方面。制造和使用結(jié)果表明，該機(jī)床的性能參數(shù)達(dá)到了協(xié)議要求和設(shè)計指標(biāo)。

外銑機(jī)床；附件設(shè)計；曲軸生產(chǎn)線

0 引言

曲軸是發(fā)動機(jī)中的最重要的零件之一，提高和改進(jìn)曲軸的加工水平是發(fā)動機(jī)制造業(yè)不斷發(fā)展的迫切需要。

數(shù)控曲軸銑削機(jī)床以德國、美國設(shè)備為代表，經(jīng)歷了以下幾代產(chǎn)品的更新：

第一代內(nèi)銑，缺點(diǎn)是刀具壽命低更換頻繁、排屑問題影響加工精度、整機(jī)經(jīng)常調(diào)校。

第二代普通外銑，傳統(tǒng)機(jī)床增加外銑功能，缺點(diǎn)是占地面積大、高柔性但操作調(diào)整不便。

第三代高速外銑，曲軸種類規(guī)格適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、高智能化和高可靠性。

數(shù)控曲軸銑削機(jī)床的設(shè)計具有前瞻性，不僅可提高企業(yè)生產(chǎn)效率，還可達(dá)到國家振興裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略目的。但由于設(shè)計、工藝、制造等環(huán)節(jié)存在諸多科技因素，目前國內(nèi)鮮有企業(yè)涉足此類專用機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)。

下面以大連機(jī)床生產(chǎn)的EFM系列高速外銑設(shè)備為例，介紹機(jī)床的設(shè)計重點(diǎn)。

1 機(jī)床整體方案設(shè)計

EFM系列曲軸外銑床是大連機(jī)床集團(tuán)精心研制的具有國際先進(jìn)水平的曲軸加工隨動高速銑床，是曲軸半精加工的核心裝備。主機(jī)結(jié)構(gòu)經(jīng)過專門設(shè)計，屬于高效專用機(jī)床，滿足自動化生產(chǎn)的需要。通過兩軸(C軸和X軸)插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)銑削切點(diǎn)隨動，在高速、高精度、大直徑刀盤銑削下，高效率完成曲軸主軸頸、連桿頸和平衡臂側(cè)面的半精加工。該機(jī)床即可單機(jī)使用，也可配合其它曲軸加工設(shè)備及桁架機(jī)械手組成曲軸生產(chǎn)線。

機(jī)床由雙刀盤、雙主軸、自動中心架、托料架、全防護(hù)、除塵裝置、排屑裝置、氣動、潤滑、液壓等組成，采用西門子數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動及PLC控制器，通過專用軟件自動生成曲軸切削程序。

主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主機(jī)結(jié)構(gòu)

各坐標(biāo)軸定義如下：

W1軸、W2軸：主軸箱移動

W3軸：中心架移動

X軸：刀盤徑向進(jìn)給

Z軸：刀盤側(cè)向移動

C軸：主軸旋轉(zhuǎn)

S軸：刀盤旋轉(zhuǎn)

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 高剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對外銑工藝的特殊要求，全新優(yōu)化主要鑄件的結(jié)構(gòu)型式，有針對性的增加床身、床鞍、主軸箱等部件的剛性；機(jī)床采用焊接床身填注合成材料，床鞍移動的導(dǎo)軌采用鑲鋼導(dǎo)軌，具有較大的承載截面，良好的剛性和吸震性，可保證高強(qiáng)度切削加工；整臺機(jī)床的所有部件進(jìn)行三維設(shè)計，有利于干涉檢查和優(yōu)化零部件的裝配關(guān)系，而且對主要零件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，進(jìn)一步提高剛性，并驗(yàn)證切削受力時主要零部件的安全系數(shù)。

銑頭主軸前后端采用美國進(jìn)口精密高速圓錐滾子軸承組，由大速比無間隙蝸輪副和伺服電機(jī)拖動，同時滿足高速切削、高精度切削和強(qiáng)力切削的要求。減速箱加強(qiáng)力恒溫稀油潤滑，同時，施加合理的軸向預(yù)載荷，確保主軸前端軸承無隙轉(zhuǎn)動，大大提高主軸前端的旋轉(zhuǎn)精度，配合最佳的跨距支撐以及箱式主軸箱，使主軸具有高剛性和高速運(yùn)轉(zhuǎn)能力。

曲軸的主軸頸和連桿頸的銑削加工是靠曲軸的低速轉(zhuǎn)動和銑頭的擺動插補(bǔ)完成的。特殊的機(jī)構(gòu)使得曲軸在切削過程中，銑頭刀架沒有直線移動，僅有銑頭的無間隙擺動，其它導(dǎo)軌自動液壓可靠鎖緊，因此，切削過程中刀架無間隙，可大大減少機(jī)床振動，有效提高刀具壽命

2.2 高效、自動的曲軸加工專用附件設(shè)計

機(jī)床的各個附件經(jīng)過專用化設(shè)計，并合理布局(圖2)，使機(jī)床最大限度的提高精度和效率。

圖2 附件布置圖

配有特殊定制的由德國羅姆公司生產(chǎn)的卡盤，浮動頂尖與高剛度定心卡爪高度集成在一起，安裝在主軸的前端，在程序的控制下，自動可靠地夾緊曲軸。并能夠在換產(chǎn)時，根據(jù)不同曲軸的裝夾要求，可方便交換卡爪和頂尖。

可編程驅(qū)動、自動定心、滾輪式液壓中心架，可夾緊曲軸中間段的任意精車過的主軸頸，輔助支撐曲軸，增加切削時曲軸的剛性。

托料架可手動調(diào)整伸出量和高度，方便上下曲軸，滿足不同曲軸的支撐要求。

銑刀盤的外圓上可裝多個刀片，因而刀具使用周期長；刀具采用模塊化設(shè)計，可在不拆卸刀盤的情況下實(shí)現(xiàn)快速換刀；刀盤采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，可在原有刀盤正常使用的情況下，提前調(diào)整好替換刀盤，節(jié)約停機(jī)換刀盤的時間。

2.3 適應(yīng)曲軸生產(chǎn)線要求的設(shè)計

通常設(shè)計的上線機(jī)床采用高壽命外購件、超高剛性主機(jī)設(shè)計，達(dá)到穩(wěn)定性和免維護(hù)的效果，很難達(dá)到柔性化生產(chǎn)。隨著大量新技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)在機(jī)床的設(shè)計更注重信息的反饋和自動處理、油水屑等細(xì)節(jié)問題的處理。

機(jī)床Z軸采用THK大導(dǎo)程、高剛性滾珠絲杠和淬硬貼塑鑲鋼導(dǎo)軌，由光柵尺組成位置閉環(huán)。

機(jī)床X軸采用SKF的行星滾柱絲杠和編碼器組成半閉環(huán)控制，具有載荷大，傳動效率高，精度保持性好，使機(jī)床刀架移動和擺動快速穩(wěn)定，定位精度高。

機(jī)床的自動集中潤滑系統(tǒng)，可保證持續(xù)有效的導(dǎo)軌及滾珠絲杠潤滑。主軸軸承采用獨(dú)立的帶流量監(jiān)控裝置的潤滑系統(tǒng)，確保每個潤滑點(diǎn)定量恒溫并有流量監(jiān)控的自動潤滑。

機(jī)床采用全封閉的防護(hù)，避免了鐵屑的外泄，為操作者提供安全舒適的工作環(huán)境，防護(hù)門上面有配合機(jī)械手自動上下料的小自動門。為自動線優(yōu)化防護(hù)結(jié)構(gòu)，盡量增加防護(hù)窗口和防護(hù)門，簡化維護(hù)、維修時的防護(hù)拆裝。

機(jī)床帶有自動空氣吹屑功能。獨(dú)立的高效排屑和除塵系統(tǒng)，為曲軸的大批量連續(xù)銑削加工提供自動排屑和除塵。

機(jī)床自動采集加工數(shù)據(jù)，顯示聯(lián)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障停機(jī)狀態(tài)；故障停機(jī)的各種信息；生產(chǎn)產(chǎn)量、廢品數(shù)量、電能消耗、氣量消耗；停機(jī)耗時、刀具更換耗時。滿足生產(chǎn)線自動化、智能化生產(chǎn)的需要。

3 結(jié)束語

EFM系列高速曲軸外銑設(shè)備特別適合于轎車曲軸的自動化加工，該設(shè)備采用的一些技術(shù)在國內(nèi)尚屬空白，在國際上也屬前沿。目前已經(jīng)有部分機(jī)床交付曲軸生產(chǎn)廠商，現(xiàn)場使用效果良好。通過數(shù)控曲軸高速外銑機(jī)床的自主設(shè)計和開發(fā)，不但滿足企業(yè)曲軸加工生產(chǎn)線的使用，還可達(dá)到國家振興裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略目的。

[1] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，1999.

[2] 夏田.數(shù)控加工中心設(shè)計[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 張麗，李玉濤. 應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)提高曲軸軸頸的粗加工精度[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50(2)：102-103.

[4] 易逢春. 英格索爾助您解決曲軸加工的各種難題[J].金屬加工(冷加工)，2014(1)：54.

(編輯 李秀敏)

Design for CNC Crankshaft High-speed External Cutter Fulcrum Milling Machine

WANG Fei

(Dalian Machine Tool(CNC)Corp.，Dalian Liaoning 116620,China)

This thesis introduces the master design and configuration of a new type CNC external cutter fulcrum milling machine, introduce the design of the high-rigidity structure, include the design of the crankshaft milling machine tool accessories, the design of the adapted to the crankshaft machining line requirement.the result of manufacture and operation proves that the performance parameter of this milling machine can achive project requirements and design indexes.

external cutter fulcrum milling machine; accessories design; crankshaft machining line

1001-2265(2017)05-0137-02

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.05.036

2016-12-12；

2017-01-03

王飛(1983—)，男，蒙古族，內(nèi)蒙古烏蘭浩特人，大連機(jī)床(數(shù)控)股份有限公司工程師，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床的研發(fā)設(shè)計，(E-mail)wangfei.mail@163.com 。

TH122;TG659

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