WD12气缸体三轴孔精镗机床的设计.pdf

第 1期 2 0 1 1年 1月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o du l a r M a c hi n e To o l Aut o m a t i c M a n uf a c t ur i ng Te c hn i qu e NO ． 1 J a n．2 0 1 1 文 章 编 号 i 0 0 12 2 6 5 2 0 1 1 0 10 0 9 40 5 WD 1 2气缸体三轴孔精镗机床的设计 韩海群 ， 李春 燕 1 ． 江 苏恒力组 合机床 有 限公 司 专机 设 计部 ， 江苏 盐城 2 2 4 0 5 5 ； 2 ． 盐城 工 学 院优集 学 院 ， 江苏 盐 城2 2 4 0 5 1 摘要 为保证 缸体 曲轴孔 、 凸轮 轴孔 和惰 轮 孔 的加 工精度 ， 设 计 了 WD1 2气缸体 三 轴 孔精 镗 机床 ， 确 定 了单 面卧式总体 方案 、 加 3 - 示意 图和 电 气动作 循 环表 。 曲轴孔 和 凸轮 轴 孔 均是 多档 间断 的 长孔 ， 其精 度要 求高。 为提 高镗杆 的 刚度 ， 除尽 量加粗镗 杆 、 设置 中间 支承 外 ， 选 择德 国玛 帕生产 的 直线镗 杆和 浮动接 头及 关国 CA T C O 生产的滚 动导 向套 保证精 度 。采 用“ 一 面两销 ”的定位方 案和液 压 夹紧 机 构 ， 并对镗模 安装提 出了具 体 的要 求 。设备 经 十个 月的研 制 ， 得到 用户 的认 可。 关 键词 气缸体 ； 三轴镗 ； 精镗 刀具 中图分类 号 T H1 6； T G 6 5 文献 标识码 A The De s i g n o f a Fi n i n g Bo r i ng M a c h i ne f o r Thr e e Ki n ds o f Ho l e s o n t he W D1 2 Cy l i nde r HAN Ha i q un ，L I Chu n ． y a n 1 ． J i a n g s u He n g l i C o mb i n e d Ma c h i n e T o o l C o mp a n y L t d ． ，J i a n g s u Y a n c h e n g 2 2 4 0 5 5，C h i n a ；2 ． UG S C o l l e g e o f Ya n e h e n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，Ya n c h e n g J i a n g s u 2 2 4 0 5 1 ，C h i n a Ab s t r a c t To e ns u r e t he a c c u r a c y o f t h r e e ki n d s o f h o l e s o f c r a n ks ha ft，c a ms h a ft a nd i d l e r s ， a t r i a x i a l f i ne b o r i n g ma c h i ne f o r t he W D 1 2 c yl i n d e r i s d e s i g n e d． Th e s ing l e s i d e h o r i z on t a l b o r i n g i s d e t e r mi ne d wh i c h in- e lud e t h e o v e r a l l pr o g r a m ma c h i n i n g s ke t c h c h a r t a n d e l e c t r i c a l a c t i o n c yc l e t a b l e Th e h o l e s o f c r a n ks h a ft a n d c a ms h a ft a r e l o n g wi t h i n t e r mi t t e n t g a p a n d h i 曲 p r e c i s i o n T o i mp r o v e t h e r i g i d i t y o f b o r i n g b a r s ， s o me me t h o d s a r e a ppl i e d ．Th e y inc l u d e ma k ing t h e bo r i ng b a r t hi c ke r ，a d d i n g t h e i n t e rm e d i a t e s u ppo f t ， c h o o s ing t h e l i n e b o r ing b a r s a n d flo a t i n g h o l de r s o f M a pa ， a n d s e l e c t ing t h e pr e c i s i o n r o t a r y b us h ing s o f GATCO．Pu t t o u s e t h e fix i n g s c h e me o f“o n e pl a n e a n d t wo pi n s ’ ’a n d h yd r a ul i c c l a mpi n g f a c i l i t y a n d ma ke a s pe c i fic r e q u e s t o f ins t a l l a t i o n r e q u i r e me n t s o f t h e bo r ing mo l d in t h e ma c hine ． Afte r t e n mo n t h s o f r e s e a r c h， t h e b o r i ng ma c h i n e g e t u s e r’ S a c c e pt a n c e Ke y wo r ds c y l i nd e r b l o c k； t r i a x i a l bo r i n g ； f me b o r ing c ut t e r O 引言 缸体是 发 动 机 的关 键 部 件 ， 而 曲 轴 孔 、 凸 轮 轴 孔 、 惰轮轴 孔 的精 加工 又是 关键 工 序 ⋯ ， 各孔 的尺寸 精度 和形位 公 差 要 求 都 高 ， 对 发 动 机 的 性 能影 响较 大 。国 内类 似机床 大 部分 进 口， 价 格 昂贵 ， 而 国 内生 产 的该 类 机 床 较少 。受 某 动 力 有 限 公 司 委 托 ， 设 计 、 制 造 了一 台 WD 1 2气 缸 体 三 轴 孔 精 镗 机 床 。前 期 经过认 真 严 谨 的论 证 和 调 研 ， 保 证 机 床 的加 工 性 能稳定 可靠 的前提 下 ， 确定 了机床 方 案 ， 然 后 进行 详 细设 计 、 制造 和安装 ， 直 至 交货 ， 投 产 ， 最 终 取 得 了本 公 司有 史 以来 气缸休 关键 工序加 工 的突破 。 1 加 工 内容 1 ． 1 工序 内容 加工工 序 图 如 图 1所 示 ， 工 件 名 称 WD 1 2气 缸 体总 成 1 2 L ， 图 号 D1 2 4 6 0 1 0 0 4 0 ， 材 料 H T 2 5 0， 硬 度 1 7 0 ． 2 4 9 HB 。各 孔 图样尺寸 要求见 表 1 。 收 稿 日期 2 01 00 73 0 作者简介 韩海群 1 9 7 6 一 ， 男， 江苏盐城人 ， 江苏恒力组合机床有限公司专机设计部经理， 工程 师， 主要从事组合机床专机设计和制造 ， E ～ma i l 1 1 6 2 1 0 6 0 0 4 q q C O In ； 通讯作者 李 春燕 1 9 8 0 一 ， 女 ， 河北石家庄人， 江苏盐城 工学院优集学院 讲师， 主要从事三维产 品 设计与制造， Em a i l h x m o o b 1 6 3 ． c o n l 。 2 0 1 1年 1月 韩海 群 ， 等 WD 1 2气缸 体 三轴 孔精 镗机 床 的设 计 9 5 蓉 1 8 ． 7 6 7 ． 7 6 1 ． ． ● cn { _ - _ - 。[ 二 】 l 干 ] 。 l ④ ． ． 『◎ l o． ll9 一 』 ，／ 1 l／ ，／ j ／ 。 ／ l o ．0 1 f 峒 『 ’ ／ A I 广／ l 7 峁 I6 5 【4 3 2 剌 l r 一 1 f f f 0 ．0 1 盘 l 7 6 5 辅 1 2 1 1 ＼- ] r一 _ _ _ _ I 罨 lt I l 2 ． 6 一 1 J r l ● 一 6 o 。 T ． 兰 ／ ／ 一 ， ／ _【 。 ◎l ．o 4 }X y 『 1 4 ． 7 6 ] 表 1各 孔 图 样 要 求 图 1 气 缸 缸 体 工 序 图 1 ． 2 定位 基准 序 号 项 目 产 品 图样 要 求 mm 尺 寸 精 度 7一 b 1 1 o 加工余量 单边 0 ． 7 5 0 l l 曲 轴 L 表 面 粗 糙 度 R a 3 ． 2 L L m 圆 柱 度 O ． 0 1 同轴度 0 ． 0 4 尺寸精度 7一 6 5 0l 06 加 工余 量 单 边 0 ． 50 ． 1 2 凸 轮 轴 孔 表 面 粗 糙 度 R a3 ． 2 L L m 圆柱 度 O ． O l 同轴 度 O ． 0 4 尺寸精度 1 2 H 7 ； 。 。 惰 轮 3 加工余量 单边0 ． 7 5 ％ 安装孔 1 表面粗糙度 R a3 2 L L m 尺 寸 精 度 3 1 H 7 惰 轮 4 加 _T余 量 单 边 0 ． 5 0 ． 1 安 装 L 2 表 面 粗 糙 度 R a 3 2 L L m 气 缸 体 底 面 与 底 面 两 个 2 1 5 叭 ， 深 1 2 0 ． 1 定位 孔 ， 相 当于一 面两 销定 位方 式 。 1 ． 3生产 节拍 6 mi n ／ 件 。 2机床 总体 方案 2 ． 1机床 配 置方 案 本机 床 专 机号 Y Z J 1 9 2 0 ， 机床 总体 方 案 如 图 2 所示 。动 力部 分采 用 四轴 镗头 ， 双制 动 电机 驱 动 ， 功 率 1 l k W ， 伺 服 滑 台 前 后 移 动 ， H C S F S 3 0 1 ， N 3 ． 0 k W ， n1 0 0 0 r ／ m i n ， M 2 8 ． 6 N m。机 床 结 构 为 单 面卧式 四轴 ， 并 配 备液 压 、 冷 却 、 润 滑 、 防 护 等辅 助 设备 构成 整套 机床 。 2 ． 2加 工 示意 图 根 据 加工 内容 的要 求 ， 本 机 床 的加 工 示 意 图如 图 3所 示 ， 切削 用量 表如 表 2所示 。 ●～ J 1 十 r L 出 第 2 3 组托架 第 加组四 轴镗 头 第 7 o 组传动 装置 ． i I． {A ／ 整 ／ t 丌 7 l j 厂一 廿i __J fr 圈 富 盂韭I ． ．_j t 二 二 | ， 一 组 伺 服 滑 台 圃⋯ { I 爵一一 ． l 。同 。 l ≥ l I 『 f I I 瞄 。 一 d T _ 二 亡 酋 1 rr7 L r 一 一 一 审 。 岳 c ／ 一 一 一 一 下 I I I J J lf l ～ { 1 令 审 令 令 一 广 、～ ～ 5 2 0 o 图 2 W D1 2气 缸 三 轴 孔 精 镗 机 床 总体 方 案 9 6 组合机 床与 自动化 加工技 术 第 1期 表 2切 削 用 置 表 图 3加 工 示意 图 曲轴 孔 凸轮 轴 孔 惰 轮 孔 惰 轮 孔 切削参数选择 1号孔 2号 L 3号孔 4号孔 半精镗 精镗 半精镗 精镗 铰 铰 加工直径 D r n m 4 , 1 0 9 ． 7 击1 1 0 d , 6 4 8 6 5 击 3 1 H7 击i 2 H 7 齿数 1 1 1 1 4 4 3 3 切 削速 度 1 2 0 ．5 6 l 2 O． 8 9 1 O1 ． 5 8 l O 2 ． 0 5 9． 4 8． 7 rerai n 主要轴转速 3 5 0 3 5 0 5 0 0 5 O 0 9 7 2 3 0 n r ／mi n 每齿进给量 O ．2 0 ． 1 O ． O I 4 0 ． 0 7 0 l 0 O 5 S z mm／ z 每 转 进 给 量 0 ．2 O． 1 O ． 01 4 O． O 7 O 4 O． 2 ＆ f ram ／ r 每分钟进给量 7 0 3 5 7 0 3 5 3 5 5 S r a m mm／ mi n 工 进 长 度 3 7 7 8 3 7 7 8 2 0 2 0 L mm 工进时间 0 ．5 7 2． 9 O． 5 7 2． 9 O 5 7 0． 5 7 t mi n 机加工总时间 5 ． 9 滑台快进快 退 、 工件 上升下 降及夹 紧松 ra i n 开等 三轴镗 机床 加 工 曲轴 孔 、 凸轮 轴 孔时 ， 悬伸 的镗 杆 细 而 长 ， 刚性 差 ， 镗 杆 受 力变 形 严 重 ， 易 产 生 振 动 和抖 动 ， 而要 保证 的尺 寸 精 度 和 位 置精 度 要求 又 很高 。为提 高镗杆 的刚 度 ， 除尽 量 加粗 镗杆 外 ． 采 用 了导向装 置 ， 使 镗 杆 的挠 曲变 形 得 以约 束 。加 工 主轴孔 的镗杆 直径 1 1 0 mm， 长 1 7 0 0 ram， 装 有 1 4把 镗 刀 头 ； 加 工 凸 轮 轴 孔 的 镗 杆 直 径 为 5 8 m m， 长 约 1 7 0 0 ra m， 装 有 1 4把 镗 刀头 ， 均采 用 左 右镗 模 架 导 向 支承 ， 多 刀 同 时镗 削 。 镗杆 与 主轴 为 浮 动连 接 。惰 轮轴孔 采用 铰削 。 2 ． 3机床 电气 动作循 环表 机床 各动 作循 环如 图 4所示 。 3机 床 关 键 技 术 3 ． 1 夹具设 计 根 据工 序 图 中 规定 的定 位 基 准 气 缸 体底 面 与 底 面两个 2 X函 1 5 ， 深 1 20 ． 1 定 位孔 如 图 5 所示 ， 选用 气缸体 定 位夹 紧 最 常用 的方 式 一 面 两销 作 为定 位夹具 方案 。 压 紧采用 液动 装置 。两 个 压 紧油 缸分 别 竖 装在 上支架 上和横 装在左 或 右 支架 上 。工具送 料 到位 后 ， 先 由横装油 缸将 压 杆推 出 ， 然后 竖 装 油缸将 活塞 杆 收 回， 托起压 杆尾 部 ， 经 支撑 点使 得 头部 压在 工 件 上 。 中部 压紧也 采用 连 杆结 构 ， 既保 证 压 紧可 靠 ， 不 工作 时又 可让 出进 出料 空 间。 因对夹 具有 一定要 求 ， 不 能使 气 缸 体产 生 变形 ， 且夹 紧可 靠 稳 定 。在 气 缸 体 底 面设 三 点 固 定 支 承 点 ， 并 带气体 检测 装置 和 支 承面 喷水 ， 另 外设 三 点辅 助 支承 点 ， 选用 日本 高 士 美低 压支 撑 缸 ， 二 点 固定 销 并设 有侧 推消 隙机 构 ， 顶 面三 点压 紧 。为 简化 设 计 ， 采用 了机 械手 动让刀机 构 。 2 0 1 1年 1月 韩 海群 ， 等 WD 1 2气缸体 三 轴孔精 镗机 床 的设 计 9 7 图 4机床 电气动作循环 表 底面 图 5定 位 夹 紧 方 案 3 ． 2镗 刀 组件 从加工 示 意 图上 可 以 看 出 ， 由于 加 工 的 气 缸 体 为六缸 ， 总 长达 到 9 5 3 mm， 曲轴 孑 L 和 凸轮 轴 孔 均 是 多 档 的 间断 的长孔 ， 其 尺 寸精 度 、 圆 度 、 同轴 度 、 表 面 粗 糙度 都有 严 格 的要 求 ， 这 就 需 要 在 缸 体 两 侧 镗 模 架 中间同时 设置 一套 镗 模 ， 防止 镗 杆 在加 工 时 下 垂 ， 将 孔镗 大现 象 。凸轮 轴 孔 中 间支 承 套 由于空 间位 置 有 限 ， 只能安 装 固定 导套 ， 这就 需 要 在 镗 杆上 增 加 内 滚 结构 。 由 于加 工 余 量 较 大 ， 采 用 双 刀 半 精 镗 精 镗 方 式 。综 合 各 种 情 况 ， 最 终 我 们 选 择 德 国玛 帕生 产 的镗杆 、 浮 动 接 杆 、 镗 刀 夹 及 美 国 G A T C O 生 产 的 滚 动 导 向套 。曲轴 孔直 线镗 杆见 图 6 。 1 直线 镗杆 在精 镗 曲轴孑 L 和 凸轮 轴 孔 时 ， 常 采 用 多 刀头 、 拉 镗 和错 开 镗 孔 等 技 术 ， 较 小 的 切 削 加 工 余 量 将 镗 杆 的弯 曲变 形 降为最 小 值 ， 为 延 长 刀具 的寿命 ， 常采 用 浮动接头 镗模架 内嵌式刀具 中间镗模架 中间导向套 镗杆 前后导套 图 6 曲 轴 孔 直 线 镗 杆 9 8 组合机 床与 自动化加 工技术 第 1期 径 向微调镗 刀头或 硬 质合 金 内嵌 式刀 具 。在镗 杆 上 安装 硬质合 金 内嵌 式 刀具 时 ， 刀夹 用 螺 钉 径 向 固定 后 ， 避 免在镗 削时产 生 刀夹 的 颤动 ， 影 响 曲轴孔 和 凸 轮轴 孑 L 的表 面粗糙 度 。在 直 径小 于 4 5 m m 的直 线 镗 杆不推 荐选 用 径 向微 调 镗 刀 头 ， 因为 安 装 孔 对 镗 杆 的刚性 削弱较 大 。直 线 镗杆 在 工作转 速 下 的动平 衡 要达到 I S O 1 9 4 0 G 6 ． 3级 别 ， 此项 目对 加工 零件 的表 面粗糙度 影响较 大 ， 尤其 是 凸轮轴孑 L 的加工 。 镗杆 热处理后 硬 度 在 HR C 6 0以上 ， 具 有 良好 的 耐 磨性 ， 凸轮 轴 镗杆 中 间两 处 内滚 动 处应 有 密 封 防 尘 防水结 构 。整 个 镗 杆 表 面要 求 防锈 涂 层 处 理 ， 镗 杆 的圆度 为 0 ． O 0 3 m m， 直线度 全长 0 ． O 0 8 m m。 2 精密 导套 G a t e o公 司精 密 滚 动 导 向套 的 内径 尺 寸 公 差 一 般控制 在 0 ． 0 0 3～0 ． 0 0 4 ra m， 内径 的径 向跳动 均小 于 0 ． 0 0 5 m m， 而 内径 的平 行 度 、 直 线度 及 对 外径 的同 轴 度一般是 内径 的径 向跳 动值 的 1 ／ 2 。 很 多机床把 镗杆 导 向套 的轴 承直 接 安装 在 镗模 架上 。因而在 导 向 套 磨 损 后 维 修 和 重 新 调 整 机 床 时 ， 较为 困难 ， 由此而增加 了停机 时 间。G AT C O的精 密导 向套 简化 这 个 过 程 并 大 大减 少 了停 产 时 间 ， 因 为整体 式 的精密 导 向套 可 以轻松地 装 入镗模 架 中并 用螺 钉 固定 ， 这 个 过 程 只 需几 分 钟 。 由 于导 套 的外 径 与箱体 上 的 孑 L 是 紧 密 配 合 ， 所 以 无 需 重 新 校 正 。 另一个 优点 是 导 向 套所 有 调 整 均 已在 G A T C O 的工 厂 中进 行完成 ， 导套装 入镗模 架 即可工作 。 3 浮动接 头 镗 杆与 主轴 通 常 采 用专 门 的浮 动 接 杆 连 接 ， 这 种浮动接 杆允许 镗杆 与主轴在半 径 上有 0 ． 8 ra m 的浮 动量 ， 减少 主轴跳 动对 镗 削 的影 响 ， 而浮 动接 杆 在轴 向方 向上是 没 有 窜 动 的 ， 可 以应 用 在 推 镗 和拉 镗 的 场合 。浮动 接头结 构如 图 6所示 。 3 ． 3镗模安装 虽 说选用 进 口刀辅 具 ， 有利 于加 工 ， 但 为 了达 到 图纸要 求 ， 装 配精度 同样 重 要 。主 要是 镗模 架 、 滚 动 导套在 夹具体 上安 装精 度 。我们 要 求 这些 部件 在 三 坐标上 进行 ， 边 装配 边检 测 ， 保证 同一轴 的前后 滚 动 导套 内孔的 同轴 度 在 0 ． 0 0 50 ． 0 0 8 n l m 之 间 。而且 在安装 使 用 镗 杆 、 浮 动 接杆 、 滚 动导 套 时 ， 应 严 格按 刀具供应 商提供 的安装 、 使用 、 维护规 程进行 。 精密直 线镗杆 的外 径 尺寸 一般 采 用 与精 密 滚动 导 向套配磨 或 将公 差控 制 在 0 ． 0 0 3～ 0 ． 0 0 4 ram， 这样 有利 于控制 镗杆 与滚 动 导 向套 的配合 间隙 。导 向套 及 镗杆 的 圆度 、 直 线 度 也 会 影 响镗 杆 与 滚 动 导 向套 的配合 间隙 ， 而装 配 过 程 中 的洁 净 度 和 温 度对 间 隙 影 响较 大 。 3 ． 4镗铰 同步 由于本机 床 还 要 精 铰 两 个 惰 轮 安 装 孔 ， 这 就 需 要 在镗杆 让 刀 进 入加 工 位 置 时 ， 精 铰 刀 还 没开 始 进 行 加工 ， 两个 惰 轮 安 装 孔 主轴 与 曲轴 孔 主轴 是 由 同 一 只 电机 驱 动。滚 动导 套 定 向键 撤 消 后 ， 三 根 主 轴 旋 转并在 伺 服 滑 台前 移 时进 行 精 铰 惰 轮 安 装 孔 ， 结 束 后快退 至起始 位 时 ， 这 时铰 刀 已脱离 被 加工 孔 ， 凸 轮轴 孔主 轴 电机 也 启 动 ， 两 镗杆 主轴 进 行 同时 拉 镗 各层 孔 。当全部加 工 结 束时 ， 镗 杆停 并 定 向 ， 工 件 抬 起让 刀 ， 镗 杆全部 退 出工 件 ， 液压 将 工件 抬起 脱 离 镗 模架 ， 人工 吊卸工 件 。 4 结 束 语 该 机床从 接 受 用 户 委 托 到 试 制 成 功 ， 历 时十 个 月 的时 间 ， 经 用 户使 用 ， 认 为该 机 床 刚性 好 ， 抗 震 性 强 ， 性 能稳定 ， 可靠 、 加 工精 度 达到 预期 要 求 ， 满足 了 厂家 的要 求 ， 而且 该 机 床 的设 计具 有通 用 化程 度 高 、 性 能好 、 精度稳 定 、 操作 和 调整方便 等优 点 。 [ 参考文献J [ 1 ]纪有君 ， 田树 民， 刘德 春 ， 等．内燃 机缸 体加工生 产线研 究[ J ] ．机械制造 ， 2 0 1 0 4 6 0 6 3 ． f 2 ]钦国新 ， 黄建松．柴油 机气缸体精 加工 新技术 的国产化 应用[ J ] ．现代零部件 ， 2 0 1 0 6 7 8 8 0 ． [ 3 ]大连组合机床研究所编．组合机床 设计 第一册 [ M] ， 北京 机 械 工 业 出 版社 ， 1 9 7 6 ． [ 4]B ．Mo e t a k e Ll ma n i ，N． Z ． Yu s s e fi a n ． D y n a mi c s i mu l a t i o n o f - b o r i n g p r o c e s s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f Ma c h i n e T o o l s＆ Ma n u f a c t u r e ， 2 0 0 9 4 9 1 0 9 61 1 0 3 ． [ 5 ]吴敏．镗模在 加工变 速器外 壳中 的应 用 [ J ] ．机械工 人 冷 加 工 ， 2 0 0 4 5 4 24 3 ． [ 6 ]丁国琴．柴油机气缸体 _三 轴孔及曲轴止推面精镗床 的设 计[ J ] ．轻型汽车技术 ， 2 0 0 3 1 3 2 3 5 ． [ 7 ]尹丰云， 齐育梅．气缸体双轴孔 镗削加工 [ J ] 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