柴油機缸體頂、底面精加工臥式雙面精密銑床的設計制造

理永奇

中國石油天然氣第一建設公司，河南洛陽 471023

由于近幾年農業(yè)機械化進程的快速發(fā)展，提高柴油機缸體的加工效率已是迫在眉睫的問題，于是我公司專門針對柴油機缸體頂、底面的加工成立了攻堅小組。

技術難點如下：

1）同時加工缸體頂、底面，節(jié)拍短，機床功能部件要有很好的剛性；2）切削余量大，而且精度要求高要求刀具有很好的性能；3）為避免劃傷工件，零件在加工完成后，銑頭要自動讓刀；4）缸體是薄壁零件，且具有開檔，夾具要求既要有足夠的剛性又要有很好的柔性；5）底面既定位又加工，定位點既要準確定位工件，又要在工件夾緊后撤離底面。

1 技術原理及方案

總體技術方案：

機床為臥式雙面雙軸布置形式，兩個銑削頭固定在側底座上不動，銑頭可自動讓刀。夾具采用油缸交錯布局方式，實現(xiàn)多點壓緊；油缸輔助支撐定位面；底面采用齒輪齒條連桿機構定位；一端設置定位點以消除切削力。夾具固定在變頻調速強力銑削機械滑臺上，隨滑臺移動工件加工完成以后，銑頭自動讓刀以免劃傷工件，滑臺退回原位。

2 刀具的調研與選取

前角的選擇原則與車刀基本相同，只是由于銑削時有沖擊，故前角數(shù)值一般比車刀略小，尤其是硬質合金面銑刀，前角數(shù)值減小得更多些。銑削強

度和硬度都高的材料可選用負前角。前角的數(shù)值主要根據(jù)工件材料和刀具材料來選擇。

銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，因此適當加大后角，可減少銑刀磨損。常取a 0=5°～12°，銑削時沖擊力大，為了保護刀尖，硬質合金面銑刀的刃傾角常取l s=-15°～15°。只有在銑削低強度材料時，取ls= 5°。

主偏角K r 在45°～90°范圍內選取，銑削鑄鐵常用45°，銑削一般鋼材常75°，銑削帶凸肩的平面或薄壁零件時要用90°。

傳統(tǒng)的精加工工藝為了滿足精度要求，切深余量一般都在0.5mm以下，而新的加工工藝為了滿足市場要求，加快生產(chǎn)節(jié)拍，把加工余量定為0.8mm～1mm，而且精度要求不放寬，這就要求刀具具有很好的切削性能。

最終選用的進口面銑刀具有以下特點：

1）大直徑，刀體為整體式，剛性好；2）刀具的前角、后角、主偏角均適合高強度的切削；3）刀片切削刃為大圓弧，可獲得良好的光潔度

3 功能部件的調研與選取

由于切削余量大，因此要求機床具有很高的剛性，經(jīng)過調研和計算，選擇了強力銑削滑臺和強力精密銑銑削頭，機床為臥式雙面雙軸布置形式，兩個ф120和ф160大功率單軸強力精密銑銑削頭固定在側底座上不動，自動讓刀行程為270mm，如果余量過大一次走刀不能滿足加工要求，可以分余量二次進刀定位進行加工；工件固定在變頻調速強力銑削機

械滑臺上，隨滑臺移動；工件加工完成以后，銑頭自動讓刀以避免劃傷工件，滑臺退回原位，銑頭油壓鎖緊有很強的剛性和很好的柔性。

柔性夾具的設計：

由于缸體是薄壁零件，銑削余量大，如果夾緊力過小會產(chǎn)生振動，夾緊力過大容易產(chǎn)生夾緊變形，會影響加工精度，為了避免這兩種情況的發(fā)生，采用兩點固定支承，兩點輔助支

承，在缸體頂面采用液壓缸帶動齒桿齒條機構控制初定位，在缸體前面設置側夾緊缸把工件頂?shù)絺榷ㄎ粔K上，側定位塊消除銑削，然后多點夾緊油缸夾緊工件，初定位撤除。

機床具體工作循環(huán)過程：

1）人工吊裝工件→右手推工件靠上底面定位頂桿；2）按"夾緊"按鈕，側定位油缸推工件至側定位塊到位，一次夾緊油缸夾緊，輔助支承升起頂緊工件，二次油缸夾緊、同時輔助夾緊油缸也夾緊工件，定位油缸后退，初定位頂桿撤離工件；3）按"向前"按鈕，銑削滑臺及銑頭自動工作循環(huán)：主軸電機啟動、銑削滑臺快進，滑臺工進（終點停留），銑頭導軌鎖緊柱塞油缸放松，銑頭后退讓刀，滑臺快退到原位，銑頭前進到原位，夾具放松，初定位到位，卸下工件，完成一個工作循環(huán)。

表1 加工精度對比

表2 切削參數(shù)對比

4 結論

該機床強力精密銑削的特點以及柔性夾具的設計，受到了用戶好評，加快了用戶與我公司在組合機床領域更深層次的合作；本機床的成功對于要求短節(jié)拍，強力高速精銑的大中型鑄鐵殼體類零件，是一個飛躍性突破，具體來說，主要有以下幾個主要特點：

1）高精度，以銑代磨，是本機床的最大特點，加工的精度大大超出了產(chǎn)品精度要求（見表1）；2）大余量，高切削，高效率，大大縮短節(jié)拍，提高了生產(chǎn)效率（見表2）；3）夾具體設計為整體結構，剛性好，帶有可靠的液壓輔助支承，實現(xiàn)多點夾緊，既有很好的剛性又很好的消除了因夾緊變形而影響加工精度的因素；4）采用了新型刀具，由于切削余量大，要求精度高，很多刀具廠家都拒絕加工余量超過0.5mm的精加工刀具的供應，經(jīng)過比較和試驗，最后大膽采用美國肯納公司的銑刀，達到了加工要求。新刀具的采用，對于打破傳統(tǒng)加工工藝和加工要求有非常重大的意義；5）由于銑削滑臺可以變頻調速，強力銑削頭讓刀行程為270mm，所以用戶只需更換夾具，就可以實現(xiàn)其它同類產(chǎn)品的銑削加工，既方便又節(jié)省。

[1]樂兌謙主編.金屬切削刀具[M].2版.機械工業(yè)出版社，2006，1.

[2]大連組合機床研究所編.組合機床設計[M].機械工業(yè)出版社，1975，6.

[3]沈陽工業(yè)大學等編.組合機床設計[M].上海科學技術出版社，1985.

[4]成大先主編.機械設計手冊[M].4版.化學工業(yè)出版社，2002，11.