曲軸箱立臥復(fù)合式多工位組合機(jī)床設(shè)計(jì)

韓海群 張侃楞

(①江蘇恒力組合機(jī)床有限公司專機(jī)設(shè)計(jì)部，江蘇 鹽城 224055，②鹽城工學(xué)院機(jī)械優(yōu)集學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

曲軸箱是空氣壓縮機(jī)重要的零件，其加工質(zhì)量的好壞直接影響壓縮機(jī)的性能和質(zhì)量。某一壓縮機(jī)曲軸箱的精加工需要依次完成:半精鏜氣缸孔、曲軸孔、粗锪曲軸孔端面;精銑氣缸面;精車上支撐面;鉆上支撐面3孔、倒角;精鏜氣缸孔、曲軸孔、精锪曲軸孔端面。如果用普通機(jī)床加工，需要7道工序來完成，每道工序均需要采用單獨(dú)的1臺(tái)機(jī)床，完成整個(gè)加工需要7臺(tái)機(jī)床及7名操作工人。由于氣缸孔和曲軸孔處于垂直位置，要完成兩孔的同一種性質(zhì)的加工需要兩臺(tái)機(jī)床，除非在專用機(jī)床或臥式加工中心上完成加工;這樣的話，在1臺(tái)機(jī)床上完成加工后，需要把工件拆下再轉(zhuǎn)移到另1臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行裝夾、定位，造成每次裝夾、定位都會(huì)產(chǎn)生累計(jì)定位誤差，導(dǎo)致工件加工精度降低、廢品率高、以及浪費(fèi)時(shí)間、生產(chǎn)效率低、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大、投入成本高等缺點(diǎn)。

為解決上述問題，設(shè)計(jì)一種曲軸箱立臥復(fù)合式多工位組合機(jī)床，將曲軸箱的多道加工工序在一臺(tái)機(jī)床上完成，從而減少裝夾和定位次數(shù)，提高工作效率和加工精度。

1 曲軸箱的加工要求及工藝分析

1.1 加工要求

壓縮機(jī)曲軸箱，鑄件，材料HT200，材料硬度220～255HB。精加工工序要求如圖1所示。

上支撐面3孔尺寸為φ4.826mm、倒角為1×45°。

1.2 工藝分析

曲軸箱的曲軸孔和氣缸孔的精度要求較高，可將其加工分為半精鏜和精鏜兩道工序，而上支撐面、氣缸面的加工要求也較高，擬采用精車和精銑加工，上支撐面的3孔的加工要求不高，直接鉆削即可。

由圖1可見氣缸孔、氣缸面位于曲軸箱前端面，上支撐面和3孔位于曲軸箱上端面，曲軸孔的方向和氣缸孔垂直，且曲軸孔端面位于曲軸箱中部的空腔處，曲軸孔的加工刀具可以通過上端面進(jìn)入進(jìn)行加工。如果能通過一次裝夾定位將所有的加工工序完成，將能較好地保證工件的加工精度和加工質(zhì)量。

考慮以位于曲軸箱下端面處的錠子面及兩定位銷孔定位(一面兩銷)，安裝時(shí)將氣缸面朝外，上部4點(diǎn)液壓夾緊，5道工序均以此裝夾定位進(jìn)行加工。

2 機(jī)床配置及機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機(jī)床配置

組合機(jī)床的配置形式受到被加工件的結(jié)構(gòu)形式、加工要求、裝夾形式、導(dǎo)向精度及生產(chǎn)率等多種因素的影響［1］。此曲軸箱工作的精加工需要5道工序，除了上支撐面的3孔加工要求不高外，其余工序的尺寸精度和位置精度要求都較高，考慮到加工效率、加工質(zhì)量及加工成本等要求，機(jī)床采用液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，上設(shè)6個(gè)工位，6個(gè)工位沿圓周均勻分布的配置方案，如圖2、圖3所示。

圖2中回轉(zhuǎn)工作臺(tái)11上設(shè)有6個(gè)工位，在底座12上設(shè)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)外周對(duì)應(yīng)6個(gè)工位配置5個(gè)加工單元，分別是:Ⅰ工位為裝卸工位10，用于裝卸工件;Ⅱ工位配置立臥復(fù)合式半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置1;Ⅲ工位配置精銑氣缸面裝置2;Ⅳ工位配置立式精車上支撐面裝置3;Ⅴ工位配置立式鉆上支撐面3孔和倒角裝置8;Ⅵ工位配置精鏜氣缸孔、曲軸孔和精锪曲軸孔端面裝置9，通過6個(gè)工位的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)使用，完成工件的所有精加工。

2.2 機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)

(1)液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用以下參數(shù):轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度4″，重復(fù)精度±1″;轉(zhuǎn)臺(tái)為齒式分度定位，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，分度數(shù)為6;轉(zhuǎn)臺(tái)為液壓鎖緊;盤面垂直度0.02mm、盤面旋轉(zhuǎn)起伏0.02mm、基準(zhǔn)孔旋轉(zhuǎn)偏擺0.02mm、分度盤上下平行度0.03mm。

采用液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，零件加工難度和裝配難度小，整機(jī)縱向安裝尺寸小，可全部安裝在機(jī)床底座的上部，安裝、維修十分便利。機(jī)床底座側(cè)面也不需要開大窗口，大幅度提高了機(jī)床剛性及工藝性。這種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有動(dòng)作靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、分度精度高、剎緊力大、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

(2)立臥復(fù)合式半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置

半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置為立臥復(fù)合式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)曲軸孔和氣缸孔的加工要求，它包括水平安放的油壓滑臺(tái)、安裝在油壓滑臺(tái)上的臥式精密主軸頭和安裝在立式精密主軸頭上的組合鏜锪刀;專用立柱垂直跨騎在臥式油壓滑臺(tái)上，其上安裝伺服滑臺(tái)，伺服滑臺(tái)上安裝有立式精密主軸頭，立式精密主軸頭上安裝有組合鏜锪刀。臥式油壓滑臺(tái)和立式伺服滑臺(tái)的滑動(dòng)相互獨(dú)立，可同時(shí)加工相互垂直的曲軸孔和氣缸孔。

(3)立臥復(fù)合式精鏜氣缸孔、曲軸孔和精锪曲軸孔端面裝置

精鏜氣缸孔、曲軸孔和精锪曲軸孔端面裝置與半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置結(jié)構(gòu)相似，采用立臥復(fù)合式結(jié)構(gòu)。由于氣缸孔、曲軸孔的圓柱度要求0.007mm，圓度要求0.006mm，要取得這樣的精度要求，必須在加工過程中進(jìn)行刀補(bǔ)。如圖4所示，在高精密主軸頭內(nèi)安裝液壓刀補(bǔ)裝置，刀具補(bǔ)償系統(tǒng)會(huì)根據(jù)鏜刀的加工情況隨時(shí)靈活地微調(diào)刀具在徑向的補(bǔ)償值，以取得要求的加工精度。

(4)精銑氣缸面裝置

精銑氣缸面裝置包括臥式伺服滑臺(tái)，移動(dòng)立柱安裝在臥式伺服滑臺(tái)上，移動(dòng)立柱上安裝滾珠絲杠螺母副，螺母上剛性連接著銑削主軸箱體，主軸箱體兩側(cè)對(duì)應(yīng)安裝兩副直線導(dǎo)軌副，保證主軸箱體可在垂直方向靈活伺服滑動(dòng)，主軸總成安裝在主軸箱體內(nèi)，精銑刀盤安裝在主軸總成頭部。在主軸電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)銑削頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)能水平和豎直方向伺服移動(dòng)完成進(jìn)給。

(5)立式精車上支撐面裝置

立式精車上支撐面裝置采用鏜車主軸頭結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)車削一個(gè)水平端面的加工要求，它包括立柱，安裝在立柱上的滑臺(tái)，安裝在滑臺(tái)上的精密鏜車主軸頭，連接在精密鏜車主軸頭上的連接盤及刀座，安裝在刀座上的組合車面刀。精密鏜車主軸頭尾部安裝有液壓缸，通過液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用齒輪齒條機(jī)構(gòu)帶動(dòng)組合車面刀徑向移動(dòng)。這樣組合車面刀在旋轉(zhuǎn)車削的同時(shí)，還可以沿著徑向移動(dòng)進(jìn)給，保證加工范圍為φ55～90mm(以曲軸孔的中心為圓心)。

3 夾具方案及工作循環(huán)

3.1 夾具方案

工件在夾具上采用一面兩銷定位，四點(diǎn)液壓夾緊，一次裝夾后完成5個(gè)工位的加工。如圖5所示。

夾具中，夾具下體1和液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的轉(zhuǎn)臺(tái)擴(kuò)展臺(tái)相固定連接，隨著回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng);夾具上體2和夾具下體1固定連接，其上安裝4個(gè)油壓轉(zhuǎn)角缸3，當(dāng)工件加工好需要卸下時(shí)，松開螺母，油壓轉(zhuǎn)角缸向遠(yuǎn)離工件的方向旋轉(zhuǎn)90°，使得壓板遠(yuǎn)離工件區(qū)域，取出工件。當(dāng)工件安裝好需要壓緊時(shí)，油壓轉(zhuǎn)角缸向靠近工件的方向旋轉(zhuǎn)90°，使得壓板停留在需要的位置，擰緊螺母，對(duì)工件進(jìn)行壓緊。

同時(shí)，在夾具上體2上的適當(dāng)位置安裝2套定位銷裝置(包括支座10，支承塊9，定位銷8)，用以立式鉆上支撐面3孔和倒角工位的活動(dòng)鉆模的導(dǎo)向。

轉(zhuǎn)臺(tái)上6個(gè)工位采用6套同樣的夾具，6套夾具依次順序排列拼接形成完整的圓周。工件在空工位上裝夾后，運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)循環(huán)完成加工，再在空工位上將工件卸下。

3.2 工作循環(huán)

機(jī)床自動(dòng)工作循環(huán)如下:在圖2裝卸工位10上由人工將工件安裝夾緊在液壓工裝夾具上，液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)11接收控制信號(hào)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，將該裝夾的工件轉(zhuǎn)到第一道工序半精鏜氣缸孔、曲軸孔，粗锪曲軸孔端面裝置1的工位上進(jìn)行加工，同時(shí)在裝卸工位10上又進(jìn)行工件裝夾。待第一道工序完成后，液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)11繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，加工完第一道工序的工件轉(zhuǎn)到第二道工序精銑氣缸面裝置2的工位上進(jìn)行加工，第二道工序完成的工件就轉(zhuǎn)向下一道工序，如此循環(huán)加工，工件在液壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)11的裝卸工位10上裝夾一次就能夠完成曲軸箱的5道精加工工序加工，最后又回到裝卸工位10上，完成了工件加工的全部工序。把完成的工件取下放上新的需要加工的工件繼續(xù)進(jìn)行下一次循環(huán)。

4 結(jié)語

該組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)了通過一次裝夾定位完成曲軸箱的5道精加工工序的連續(xù)自動(dòng)加工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)便，減少因裝夾定位不一致造成的誤差，使得加工得到的產(chǎn)品尺寸更加精確，質(zhì)量更優(yōu)，而且提高了生產(chǎn)效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。

［1］李月琴，任新梅，弓申.變速箱上蓋撥叉孔鉆擴(kuò)鉸三工位組合機(jī)床設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(7):67－70.

［2］大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

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