精铣顶面、精镗缸孔DKM042组合机床的研制.pdf

主题汽车关键件制造技术● 精铣顶 面 、 精镗缸孔 DK M0 4 2组合机床的研制 彭小敢 大连机床集 团有限责任公司技术 中心 ， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 1 摘要 阐述 了将精铣顶面和精镗缸孔两道工序集成在一台四工位数控组合机床上加工的设计依据和工艺 方案， 并介绍了机床及主要部件夹具、 滑台式精铣头、 精镗头、 移动式工作台等结构特点。该机床 已 成功应用于生产实际。 能有效减小重复定位误差， 提高加工精度， 深受用户好评。 关键词 精铣顶面精镗缸子 L 组合机床 中图分类号 T G 6 5 文献标识码 A De v e l o p me n t o f f i n e mi l l i n g t o p s u r f a c e，f i n e b o r i n g c y l i n d e r h o l e DKM0 4 2 mo d u l a r ma c h i n e t o o l PENG Xi a o g a n T e c h n i c a l C e n t e r ， D a l i a n Ma c h i n e T o o l G r o u p C o ． ， L t d ． ，D a l i a n 1 1 6 6 2 1 ， C HN Ab s t r a c t De s c r i b e d i n t h i s p a p e r t o i n t e g r a t e t h e t wo pr o c e s s e s i n a f o u r s t a t i o ns NC mo d u l a r ma c h i n e t o o l o f d e - s i g n b a s i s a n d p r o c e s s o n t h e m a c h i n e ， a n d ma j o r c o mp o n e n t s o f t h e m a c h i n e t o o l a n d fi x t u r e ， p r e c i s i o n mi l l i n g h e a d，p r e c i s i o n b o rin g h e a d，mo v a b l e t a b l e s t r uc t u r e c h a r a c t e ris t i c s ，e t c ．Th e ma c h i n e h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o p r a c t i c a l p r o d u c t i o n，c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e r e p e a t e d p o s i t i o n i n g e r r o r ，a n d i mp r o v e t h e ma c h i n i n g a c c u r a c y，d e e p l y p r a i s e d b y u s e r s ． Ke y wo r dsFi n e Mi l l i n g To p S u r f a c e；Fi n e Bo rin g Cy l i n de r Ho l e；Mo d u l a r Ma c h i n e To o l 随着经济持续高速发展 ， 人们 对汽车 的需求越来 越大 ， 对汽车各种性能要求也越来越高。作为汽车核 心部件的发动机性能要求更高。各大发动机制造厂在 致力于提高发动机性能的同时要求机加工设备提高加 工性能。包括设备工艺方案的改进 ， 设备精度提高 ， 工 序能力合理储备 ， 设备 的 自动化、 数字化程度提 高， 宜 人操作等方面。 汽车发动机缸体的精铣顶面和精镗缸孔工序是其 机加工中的两道关键工序 ， 其加工的好坏直接影响发 动机性能的好坏。常用 的加工流程是分两 台单机前后 序加工或组成 自动线加工 。为减小重复定位误 差 ， 提 高加工精度 ， 我们将两道工序整合到 1台机床上加工。 从而设计制造一台集成度 比较高 的四工位精铣顶面、 精镗缸孔数控组合机床 。下面就大连机床集团设计制 造 的这台编号为 D K M0 4 2组合机床作介绍。 1 机床方案 的制定 1 ． 1 被加工零件工序内容 被加工零件名称 气缸体总成 直列六缸 ； 材料 H T 2 5 0 - G B 9 4 3 9 ； 硬度 1 9 02 4 0 H B； 轮廓尺 寸 9 6 9 m m 3 5 2 m inx 4 6 3 ． 8 mm 长x 宽 高 ； 工件姿态 后端 面在前 、 底面在下 ； 装料高度 1 0 4 0 m m 距地面 。 1 ． 2 J j N - r 精度目标 加工节拍 1 2 m i n 加工 内容及精度要求 1 顶 面距底 面 尺寸 4 6 3 ． 8 0 ． 0 3 mm； 平 面度 0 ． 0 5 m m， 0 ． 0 3 mm ／ 1 0 0 mm； 粗糙度 R 1 ． 6 m。 2 缸孔尺寸 6 1 2 9 ． 9 3 m m 0 ． 0 2 5～ 0 m m ； 圆 柱度 4 , 0 ． 0 1 5 mm； 对 曲轴孔垂直度 0 ． 0 3 mm； 对曲轴孑 L 对称度 0 ． 3 mm； 粗糙度 。 3 ． 2 m。 3 止 口孔尺寸 b 1 3 6 ． 5 mm H 9 0 ． 1 0～0 mm ， 对缸孔同轴度 咖 0 ． 0 5 mm， 粗糙度 尺 。 3 ． 2 tz m。 止 口面深度尺寸 4 ． 7 mm O ． 0 3～ 0 mm ， 对缸孑 L 垂直度 ． 0 1 5 m m， 粗糙度 R 。 1 ． 6 Ix m。 1 ． 3 工艺方案的制定 由上述缸 体精度要 求 顶 面距底 面尺寸 4 6 3 ． 8 0 ． 0 3 m m， 止 口面深度尺寸 4 ． 7 0 ． 0 3～ 0 m m 距顶 面 。通过尺寸链 计算 ， 如采用底 面定位加工止 口深 度 ， 将无法达到精度要求 。因此在加工止 口深度时需 要采用顶 面定位 。 因此工艺方案拟订为 工件以底面 4 9 主题汽车关键件御造技术 T o p ic s Ma n u f a c t u r in g T e c h n o lo g ie s o f K e y P a r t s in A u t o s 流向 一陋 i 上． 1 i r_ ． ∞ I 14 0 ＼ 、 I一 、’ 、 6 { I工 ’ 5 { 4 ； l 3 ； 工 i 2 { ； 1{ I工 ∈ l l ’ 、 ； l 、． 、 、 ． 0 喜 、 嚣 曼 国 - 。 1 b y J ， 、 l { 击 占 策 ／ 一 ‘ [ Ⅱ Ⅱ 叮 ⅡtⅡtⅡ Ⅱ ． ， 。 奇讨 9 4 0 0 0 4 ． Os t 1I 2 ～l 且 J L 1 ⋯ 0 0 0 6 I 6 O i O 0 5 l ⋯ O i O 0 5 } 睇 0 士 0 ．0 5 I } 0士 0 0 5 l 旧 6 0 n 0 5 j N向 ／ I 厂 ] 几 r _ 一 国 b 1 0 0 0 0 口 一 - 1 0 ．0 1 l L／ 一／ 一／ L／ L／ 鲁 ＼ 、 U J 、 } } R O ．2 [ ／ ／ ． 一 ／ 一 1 I ／ 』 、 中 一 中 中 中 一 ～ 星 窖 ＼ 0 6 o ． X 4 5 。 8 7 】8 3 7 】 9 6 9 k 图 1 被 加工 零件工序 图 及其上两销孔为定位基准 ； 顶面采用端铣方式 ， 缸孑 L 采 用刚性推一 拉镗方式， 止 口面采用横车的方式， 止 口孔 采用推镗方式 。止 口加工刀具复合在镗杆上。复合镗 杆加工过程 滑台向下工进推镗缸孑 L ， 推镗止 口孔； 深 度控制挡铁到位 顶面定位 ， 滑台停止 ； 通过镗杆芯 杆后拉 ， 完成横车刀具伸 出横车止 口面， 拉镗镗刀伸 出， 止 口镗刀收回； 最后滑台向上工退拉镗缸孔。 切削参数 1 精铣顶面 21 8 L ／ mi n， n2 2 0 r ／mi n， s 0 ．1 7 mm ， z3 2， S 05 ． 4 4 mm／r ， S 1 1 9 7 mm／mi n。 2 半精镗缸孔 7 1 4 2． 6 m／mi n， n3 5 0 r ／mi n， s 0 ． 2 5 7 h i m ， z 6， S 01 ． 5 4 3 mm／ r ， S 5 4 0 mm／mi n。 3 精镗缸孑 L 1 4 2． 9 m／rai n， n3 5 0 r ／mi n， s 0． 1 3 7 mm ， 3， s 0 ． 41 1 mm／r ， s ] d - 4 mm／mi n。 4 车止 口 1 5 0 m／rai n． n3 5 0 r ／rai n， s ， 0． 1 2 9 mm ， 1， 5 45 mm／mi n。 1 ． 4 机 床布 局 由图2机床总图可知 ， 机床为单面立式 四T位移 动夹具布置 ， 4个加工工位分别为 一 [位精铣顶面； 二工位精镗 6、 3缸孑 L ； 三工位精镗 5 、 2缸孔 ； 四T位精 镗 4 、 1缸孔。机床主要有 移动夹具 ， 数控移 动T作 台， 精铣头， 精镗头， 立柱 ， 侧床身， 上 、 下料滚道 ， 液压 气动系统 ， 冷却排屑系统 ， 润滑系统等组成。 图2 机床 总图 精铣顶面和精镗缸孑 L 是缸体机加工中非常关键的 两道工序。集 中到一起加工有利于减小工序间的重复 定位误差， 提高加工精度。但同时必须考虑切削热存 ] 二 序间传递的影响。所 以除对刀具进行冷却外 ， 还必 孝 差 耋 须对工件进行大流量冷却 ， 使工件保 持在一个相对低 的温度范围内。将工件 因热变形造成的加工误差降到 远小于工件加工精度范 围。 2 机床主要部件及 其特点 2 ． 1 移动 式 夹具 移动式夹具 由定位系统 、 夹紧系统 、 输送系统、 检 测系统等组成 。夹具体为移动工作台的滑 台体 。工件 定位采用典型一面两销结构 。定位面由固定的 3点和 2个辅助支撑点组成 ， 3个固定定位块采用定位块加调 整垫结构 。这种结构优点是定位块长期使用磨损后 ， 可以通过更换调整垫延长其使用寿命 ， 降低用户使用 成本 。定位销也采用可调结构 ， 由支架 、 销体和调整垫 3部分组成 ， 支架定位在夹具体上， 通过调整支架定位 面与销体结合面间的调整垫， 提高两销心距公差 ， 提高 定位销使用寿命 ， 降低加工制造难度。 2 ． 2滑台式精铣头 精铣头选用 S F E Z通用滑 台式铣头 ， 结构刚性 比 较好 ， 动 、 静态特性 良好 ， 精度保持能力强。在端铣刀 铣削加工 中， 铣刀片一次切削加工完成后 ， 需经过已加 工表面进入下一次切削加工 ， 因此很 容易在 已加工表 面产生乱刀纹 。解决这个问题 常用 主轴倾角的方 法 ， 即主轴与进 给方 向夹 角小 于 9 0 。 。在理想加 工完 成 后 ， 任取垂直于进给方向被加工工件的一个截面 ， 得到 截面的上边都将是铣削 中心为最低顶点 ， 铣削边界点 为最高点的单调曲线。因此 由主轴倾角法引入的理论 模型误差 △为 A rz s i n o 1 ／ r 一b 2 式中 r 为铣刀半径 ； b为距离铣削 中心最大的铣削范 围 ； 为铣刀平面与铣削平面的夹角 由式 1 、 2 可见 ， 当铣刀半径及铣削宽度 一定 的条件下 ， 理论模型误差 △仅决定 于主轴倾角。 在静态误差中， 精铣头主轴的端 面跳动和径向跳 动对精度影响较大。所以需要提高箱体 、 主轴等零件 加工精度 ， 选用精密主轴轴承， 合理设置主轴支撑形式 和跨距等措施 。 2 ． 3精镗 头 精镗缸孑 L 采用刚性轴镗孑 L 方式 。此种方式将镗头 主轴与镗杆 固连成一体。切削时 ， 切削反力直接作用 到主轴上。因此精镗头必须具有足够的刚性 ， 同时具 有高的静态精度 。精镗头部件精度要求 主轴轴心线 对箱体底 面的不平行度 0 ． 0 1 m m ／ 4 0 0 m m； 主轴定心 直径 的径 向跳动不大于 0 ． 0 0 8 m m； 端面的轴向跳动不 Z U 1 0 串 帚 朋 大于 0 ． 0 0 8 mm。同时由于镗缸孔采用推～ 拉镗方式并 将止 口车刀复合在镗杆上 ， 因此 主轴后端设 置拉刀机 构 。由上述工艺方案车止 口采用缸体顶 面定位 ， 在本 机床上采用一个滑台驱动两个精镗头同时工作的加工 方式 ， 为避免由于两个精镗头安装误差造成加工止 口 精度差异较 大， 采用浮动 主轴结构。在参考文献 [ 9 ] 中对浮动主轴结构做了详细介绍 ， 此处不再赘述。 2 ． 4 数控移动工作 台 数控移动工作 台由滑座 、 伺服驱动装置 、 丝杠托架 等组成 。其滑台体为夹具体， 导向采用典型的双矩形 导轨窄式组合方式。这种导向方式承载能力大 、 工艺 性较优 、 制造检验简单方便 。通过精密化加 工制造和 精准调整镶条， 其导 向精度可达 0 ． O 1 m m ／ 1 0 0 0 m m， 完全满足镗孑 L 时工件移动精度要求。在夹具体与滑座 之间设置光栅尺测量系统 ， 与伺 服驱动系统组成 闭环 控制系统， 可靠地控制夹具体 的位移 ， 从而有效保证镗 孔时缸孔孔距误差 。 3 结语 这台机床已经成功应用 于生产实践 中， 经过用户 厂生产应用验证 ， 完全满足精铣顶 面和精镗缸孑 L 工序 加工精度要求 ， 并且具有可靠的加工性能和稳定 的加 工精度 ， 深受用户的好评 ， 后多次投产。 参考文献 [ 1 ] 大连组合机床研究所． 组合机床设 计 第一册 [ M] ． 北京 机械lT业 出版社 ， 1 9 7 5 ． [ 2] 金振华． 组合 机床 及 其调 整与 使用 [ M] ． 北京 机 械工 业 出版社 ， l 9 9 0． [ 3 ] 卢秉 恒． 机 械制 造 技术 基 础 [ M] ． 3版． 北 京 机 械 工 业 出版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 4] 冯辛安． 机械制造装备设计[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 5 ] 郑修本 ， 冯 冠 大． 机 械 制造 工艺 学 [ M] ． 北京 机 械工 业 出版 社 ， 1 9 9 2． [ 6 ] 吴长江 ， 刘联源． 关于发 动机缸体顶 面及缸孔精加 _丁定位方式 的探 讨 [ J ] ． 组 合机床 与 自动化加工技术 ， 1 9 9 9 9 3 7 3 8 ． [ 7 ] 张树理 ， 杨曙光 ， 田宜全． 精铣缸体顶 面 、 精镗缸孔 及止 口数 控 自动 线 的研制 [ J ] ． 组 合机床 与自动化加工技术 ， 2 0 0 7 5 7 9 8 1 ． [ 8 ] 李如松． 端铣平面和铣头主轴 的倾斜安置 [ J ] ． 组合机床与 自动化加 工技术 ， 1 9 9 2 7 2 8 2 9 ． [ 9 ] 唐善洲． 发动机缸孔 止 口加1 二 精镗头设计制造[ J ] ． 组合机床与 自动 化加工技术 ， 2 0 0 2 1 4 2 4 4 ． 作者 彭小敢 ， 男， 1 9 8 0年生， 工程师， 机械主管设 计员， 主要从事组合机床及 自动线设计开发。 编辑谭弘颖 收稿 日期 2 0 1 3 一 O 1 1 0 文章编号 1 3 0 7 1 5 如果您想发表对本文豹看法。 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位鬣。 51