高速高精度連桿精鏜機(jī)床的設(shè)計(jì)

李金瑩，陳 輝

(一拖(洛陽(yáng))開(kāi)創(chuàng)裝備科技有限公司，洛陽(yáng)，河南 471004)

高速高精度連桿精鏜機(jī)床的設(shè)計(jì)

李金瑩，陳 輝

(一拖(洛陽(yáng))開(kāi)創(chuàng)裝備科技有限公司，洛陽(yáng)，河南 471004)

摩托車連桿大端孔的精加工是連桿加工中的重要工序，通過(guò)對(duì)連桿加工前狀況的分析和本序加工后要達(dá)到的各項(xiàng)精度進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)臥式雙軸精鏜床，保證了節(jié)拍28s/兩件，圓度0.01μm，孔的粗糙度達(dá)到Ra0.8，重點(diǎn)對(duì)機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)、機(jī)床的刀具、機(jī)床的鏜頭、工件在夾具上的定位、夾具上的讓刀機(jī)構(gòu)、機(jī)床的工作循環(huán)等進(jìn)行分析，這對(duì)研制同類型的高精度的鏜床具有一定的參考價(jià)值。

摩托車連桿;鏜床;夾具;讓刀;工作循環(huán)

0 引言

連桿是摩托車上的一個(gè)關(guān)鍵零件，而連桿上大端孔的精加工是連桿加工中的重點(diǎn)工序，最近，我公司為某集團(tuán)公司設(shè)計(jì)了一臺(tái)高精度連桿鏜床，這臺(tái)連桿鏜床用于精加工摩托車連桿大端孔，加工節(jié)拍不僅達(dá)到了用戶要求的28s/兩件(機(jī)加工時(shí)間，含工進(jìn)、快進(jìn)和快退時(shí)間，不含裝夾輔助時(shí)間)的要求，而且主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了1750r/min，所加工孔的光潔度達(dá)到了Ra0.8，圓度達(dá)到了0.01μm。這臺(tái)鏜床的設(shè)計(jì)為研制此類鏜床提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，下面將對(duì)該臺(tái)機(jī)床的關(guān)鍵部件進(jìn)行介紹。

1 被加工工件

被加工工件:連桿:13216-037-0000(如圖1)，工件材料:20CrMo;工件硬度:HRB80-95，工件重量:～0.25Kg，如圖1中大端孔φ35.5±0.01 mm孔為所要加工的連桿的大端孔。

加工前工件的情況:工件上大端孔和小端孔的端面均已精銑過(guò)，且兩孔的相同一側(cè)的端面均共面，平面度均為0.03μm，小端孔φ13.2+0.30，此孔粗糙度為 Ra6.3，大端孔 φ35.5±0.01 mm，粗糙度為Ra3.2。兩端面間厚度尺寸為16.4±0.05mm。

圖1 被加工工件圖

2 本工序機(jī)床加工內(nèi)容及加工精度

精鏜大端孔至尺寸φ35.95+0.0250mm(加工深度16.4 ±0.05mm)，粗糙度 Ra0.8，圓柱度 0.01μm;大端孔一端倒角0.7 mm×45°，粗糙度Ra12.5。用戶同時(shí)要求孔中心距能夠沿兩孔中心連線方向改變，以滿足以后類似不同中心距但其它尺寸與此產(chǎn)品相同的連桿孔的加工。

3 機(jī)床工序圖及總體方案的制定

(1)根據(jù)分析被加工工件加工前的特點(diǎn)及用戶要求的精度等，繪制出被加工工件的工序圖(見(jiàn)圖2)，及刀具調(diào)整圖(見(jiàn)圖3)，并最終確定了機(jī)床的總體方案圖。

圖2 被加工工件的工序圖(圖中公差為換算后的公差)

圖3 刀具調(diào)整圖

(2)機(jī)床總體方案介紹

通過(guò)以上對(duì)被加工工件的具體情況的分析及對(duì)此類鏜床的研究，最終確定機(jī)床總體方案圖(見(jiàn)圖4)，機(jī)床總體方案為臥式單面雙頭布置，機(jī)床底座為整體床身，底座的左端安裝夾具，右端為數(shù)控滑臺(tái)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌為整體硬軌。導(dǎo)軌上面安裝數(shù)控滑臺(tái)，機(jī)床底座右端的兩導(dǎo)軌中間安裝滾珠絲杠及絲杠軸承支座，后部通過(guò)彈性聯(lián)軸器連接伺服電機(jī)。數(shù)控滑臺(tái)臺(tái)面上方并排安裝兩個(gè)精密鏜削頭，兩精密鏜削頭共用一個(gè)連體傳動(dòng)裝置，兩鏜頭的驅(qū)動(dòng)電機(jī)均為變頻電機(jī)，變頻電機(jī)可以方便的調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速。鏜頭主軸前端通過(guò)過(guò)渡接頭連接精鏜孔、倒角專用精密鏜刀桿，鏜桿上安裝精密鏜刀夾。

機(jī)床底座上設(shè)計(jì)有排屑通道，通過(guò)大流量冷卻液將鐵屑沖入排屑裝置中，排屑裝置先將鐵屑與冷卻液分離，將鐵屑提升然后落入集屑小車，冷卻液分離的同時(shí)進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后的冷卻液可循環(huán)使用。

4 機(jī)床主要部件介紹

(1)機(jī)床底座

為可靠保證機(jī)床的整體剛性，機(jī)床底座采用整體床身結(jié)構(gòu)，底座采用樹(shù)脂砂鑄造，材質(zhì)采用了HT300牌號(hào)高性能鑄鐵。鑄造后進(jìn)行一次熱時(shí)效處理，粗加工后進(jìn)行第二次熱時(shí)效處理，以便消除內(nèi)應(yīng)力，減小鑄件的變形。機(jī)床底座上設(shè)計(jì)大角度排屑槽，清屑方便。床身設(shè)置吊裝孔或吊裝裝置。床身任何部位不漏水。

(2)數(shù)控滑臺(tái)

機(jī)床滑臺(tái)采用數(shù)控滑臺(tái)，數(shù)控滑臺(tái)通過(guò)伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制。為保證滑臺(tái)有較好的剛性及強(qiáng)度，滑臺(tái)導(dǎo)軌為硬導(dǎo)軌，并和機(jī)床底座設(shè)計(jì)成一體，采用HT300牌號(hào)高性能材質(zhì)，導(dǎo)軌表面采用超音頻淬火，硬度達(dá)到HRC50以上。淬火后經(jīng)導(dǎo)軌磨床磨削?；_(tái)體鑄造后進(jìn)行一次熱時(shí)效處理，粗加工后再進(jìn)行第二次熱時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，減小變形?；_(tái)體上的導(dǎo)軌進(jìn)行涂塑處理，與機(jī)床底座上的導(dǎo)軌配刮。數(shù)控滑臺(tái)的絲杠軸承采用進(jìn)口日本NSK公司的滾珠絲杠專用配對(duì)高速60°角接觸軸承。絲杠采用臺(tái)灣HIWIN品牌雙螺母墊片式預(yù)緊滾珠絲杠傳動(dòng)副，精度等級(jí)為C3級(jí)。

圖4 機(jī)床總體方案圖

(3)精密鏜頭

鏜頭是此孔加工中的關(guān)鍵部件，此鏜頭采用西德DSS55結(jié)構(gòu)精密鏜頭。采用剛性主軸結(jié)構(gòu)方式。為使刀具獲得近距離支撐，鏜頭進(jìn)行專門(mén)優(yōu)化設(shè)計(jì)，鏜頭脖頸減短，鏜頭體與滑臺(tái)臺(tái)面的結(jié)合面加長(zhǎng)，提高整體剛性?？紤]到工件要求的精度較高，所以鏜頭軸承采用日本NSK精密軸承。鏜頭主軸的尾端安裝主軸定位裝置，以實(shí)現(xiàn)刀具準(zhǔn)確讓刀，鏜頭前端采用氣密封，以避免鐵屑進(jìn)入主軸錐孔，影響主軸的精度，同時(shí)對(duì)錐孔起保護(hù)作用。

(4)鏜頭傳動(dòng)裝置

鏜頭傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成一體結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)鏜頭共用一套傳動(dòng)裝置，這樣一方面可以增強(qiáng)剛性，另一方那個(gè)面可以達(dá)到整體美觀的效果，變頻電機(jī)通過(guò)齒形帶驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。皮帶及皮帶輪處設(shè)計(jì)防護(hù)罩。

(5)夾具

圖5 夾具圖

夾具是機(jī)床的重要組成部分，此機(jī)床的夾具采用箱式結(jié)構(gòu)，安裝在機(jī)床底座的左邊。夾具上因?yàn)橐瑫r(shí)裝夾兩個(gè)工件，所以?shī)A具上具有兩套定位、夾緊，共用一套讓刀機(jī)構(gòu)，夾具圖如圖5所示。定位機(jī)構(gòu):工件立裝在夾具上，大端朝上，采用一面兩銷定位，即以圖2(被加工工件的工序圖)中的A面為定位面，兩銷以要加工的大端孔和小端孔設(shè)計(jì)兩銷，其中小端孔處為固定銷，待加工的大端孔處為一可伸縮式定位銷結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖6)，夾緊機(jī)構(gòu)從定位面的對(duì)面將工件壓緊，從而限制工件的六個(gè)自由度，定位夾緊后，大端孔定位銷由后面的推拉油缸縮回夾具體內(nèi)。此大端定位銷內(nèi)還設(shè)計(jì)圓形多孔吹氣結(jié)構(gòu)，加工過(guò)程中，通過(guò)定位銷銷中管道吹高壓氣體至加工工件和刀具處，起到吹氣冷卻和吹走鐵屑的作用。

夾緊機(jī)構(gòu):采用液壓翻板壓緊結(jié)構(gòu)。壓板同時(shí)壓緊大小端面，壓板大端中間有半圓孔，供刀具通過(guò)，此壓板在上下方向上具有一定得浮動(dòng)性，可以保證壓緊工件時(shí)上下同時(shí)可靠壓緊。壓板由后部推拉油缸推拉壓板控制壓板的壓緊和放松，夾緊力的核算如下:

f為工件的摩擦力，mg為工件的重量，其中f=μ(mg+Px)，Px為切削時(shí)刀具產(chǎn)生的軸向力，μ為摩擦系數(shù)，取0.2，

所以?shī)A緊力F=1.066+0.25≈1.32公斤

讓刀機(jī)構(gòu):刀具退出時(shí)，為避免刀具在工件已加工面上拉出刀痕，特設(shè)置讓刀裝置。鏜孔完成并倒角后，數(shù)控滑臺(tái)退回少許，主軸停轉(zhuǎn)并定位，工件壓緊油缸壓力減小到工件沿小孔定位銷可以推動(dòng)時(shí)，此壓力需在安裝時(shí)調(diào)試，當(dāng)需要讓刀時(shí)，夾具上方的油缸推動(dòng)讓刀機(jī)構(gòu)中的錐體，從而沿水平方向推動(dòng)兩個(gè)推桿，進(jìn)而推動(dòng)工件沿小孔端定位銷轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)到工件靠在旁邊的死定位塊上，工件正好離開(kāi)刀尖時(shí)，接近開(kāi)關(guān)發(fā)信號(hào)后，數(shù)控滑臺(tái)后退，刀具退出工件。

(6)刀輔具

機(jī)床加工形式為干式加工。采用瓦爾特T911-40非標(biāo)精鏜孔、倒角專用鏜桿。該鏜桿上鏜孔刀為精密可微調(diào)鏜刀刀夾FR710，可軸向和徑向按刻度微調(diào)，每格0.01mm。倒角刀片直接安裝在刀桿上。這就更有利于保證工件的精度要求，另外，鏜孔和倒角刀片均為瓦爾特CCGT060204-PF5 WPP20。

鏜頭端部連接接口為短錐及端面定位，螺釘連接，有效的保證了刀具的整體剛性。主軸與鏜桿間設(shè)計(jì)專用過(guò)渡接桿。鏜桿與過(guò)渡接桿位直柄側(cè)固連接。

(7)機(jī)床的動(dòng)作循環(huán)(見(jiàn)圖6)

圖6 機(jī)床動(dòng)作循環(huán)圖

(8)機(jī)床節(jié)拍的核算

切削參數(shù):精鏜、倒角切削速度V=200m/min，主軸轉(zhuǎn)速 n=1771/min，刀具每齒進(jìn)給速度 Sr=0.05mm，滑臺(tái)進(jìn)給速度Sm=88.5mm。

工進(jìn)行程:L=5(切入量)+16(加工量)+5(切出量)=26mm。

5 機(jī)床安全方面

機(jī)床設(shè)計(jì)有安全保護(hù)裝置:緊急停止、互鎖功能、PLC報(bào)警、故障診斷等內(nèi)容。

機(jī)床配置機(jī)床三色工作燈，根據(jù)加工狀態(tài)，顯示不同顏色的指示燈。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了精加工摩托車連桿大端孔鏜床的設(shè)計(jì)，在對(duì)被加工工件進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上確定了機(jī)床的整體配置、工件的夾緊形式、定位方式、刀具的結(jié)構(gòu)及讓刀機(jī)構(gòu)的讓刀方式等，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，此精鏜床不僅速度快、效率高，而且加工出零件的各項(xiàng)精度都達(dá)到了用戶要求，此機(jī)床為以后此類機(jī)床的設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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

［2］大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［3］甄秀仙.加工氣缸蓋鏜床的設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2009(8):94－95.

(編輯 趙蓉)

High-speed High Precision Boring Machine Design

LIJin-ying，CHEN Hui
(YTO(Luoyang)kaichuang equipment science＆technology CO，.LTD.，Luoyang 471004，China)

Motorcycle connecting rod big hole finishing operations is the importantworking procedure,according to connecting rod processing condition analysis and this foreword processing must achieve each precision carries on the analysis,the design horizontal type two axle fine boring lathe,had guaranteed metre28 second/two,roundness0.01μm,hole roughness achieves Ra0.8，key to engine bed＇s gross structure，themachine＇s cutting tool，the Boring head，on the work piece on jig localization，the jig lets the cutter back-off organization，the work cycle of themachine and so on，this to develops the same type the high accuracy boring lathe to have certain reference value.

motorcycle connecting rod;boring machine;Fixture;work cycle;cutter back-off

TH16;TG65

A

1001－2265(2011)06－0087－04

2011－04－20;

2011－05－13

李金瑩(1980—)，女，河南南陽(yáng)人，一拖(洛陽(yáng))開(kāi)創(chuàng)裝備科技有限公司裝備研究所工程師，主要從事組專機(jī)床、數(shù)控機(jī)床的研究和設(shè)計(jì)工作，(E －mail)lijinying_2004@163.com。