0325李海國(guó)投稿數(shù)控曲軸砂帶拋光專用機(jī)床的研制.doc

數(shù)控曲軸砂帶拋光專用機(jī)床的研制濱州海得曲軸有限責(zé)任公司（256606）李海國(guó) 徐慶杰 路俊峰 馮延樹(shù)摘要：針對(duì)曲軸在拋光中存在止推面、圓角處無(wú)法達(dá)到表面粗糙度要求的問(wèn)題，參考國(guó)內(nèi)外曲軸砂帶拋光原理，自主開(kāi)發(fā)研制出曲軸砂帶拋光專用機(jī)床。該機(jī)床采用床頭箱主軸軸向竄動(dòng)原理，不僅使得曲軸止推面能夠加工，而且其他軸頸側(cè)面均可以得到加工；采用邊緣鋸齒形砂帶，在床頭箱主軸竄動(dòng)時(shí)，使得軸頸左右兩端圓角得到拋光加工；拋光塊采用浮動(dòng)夾緊方法，使得拋光時(shí)不會(huì)破壞軸頸的形位公差；根據(jù)產(chǎn)品要求，使用不同粒度的砂帶，可得到經(jīng)濟(jì)性的表面粗糙度。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拋光效果表明，該機(jī)床可滿足不同類型曲軸軸頸表面、止推面、圓角等表面粗糙度要求。關(guān)鍵詞：曲軸 拋光 止推面 圓角 專用機(jī)床Nc crankshaft sand with the development of the special machine tool polishingLi Hai-guo Xuqing-jie Lu Jun-feng(Binzhou Head Crankshaft Co.Ltd., Binzhou 256615,CHN)Abstract：According to existing in the crankshaft polishing thrust face, round horn place cannot reach the surface roughness of the requirements, both at home and abroad with reference to the crankshaft sand polishing principle, independent developed crankshaft sand belts special machine polishing. The machine bed spindle box by axial channeling move principle, not only make the crankshaft thrust faces can be processing, and other shaft neck side can be get processing; The jagged edge with sand, in case there is a bed spindle move, making the shaft neck or so round ends get polishing processing; Polishing by a piece of clamping method, and makes the polishing wont destroy shaft neck when the geometrical tolerance; According to product requirements, use different particle size with the sand, and it can get the surface roughness of the economy. Production site actual polishing results show that, this machine can meet different types of crankshaft journals and neck surface, thrust round face, such as the surface roughness requirements.Keyword：crankshaft，polishing，thrust surface，round，special purpose machine tool1、研制背景曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，其加工精度要求非常高。曲軸在磨削工序之后的超精加工多采用砂帶加工的方式進(jìn)行。曲軸的砂帶超精加工一般稱之為砂帶磨削或砂帶拋光，砂帶拋光是一種高效、經(jīng)濟(jì)、用途廣泛的超精加工工藝。與砂輪磨削相比，砂帶拋光的磨削溫度低，工件表面不易出現(xiàn)燒傷等缺陷，國(guó)內(nèi)外曲軸加工廠家已廣泛應(yīng)用?；谏皫伖饬己玫募庸ばЧ?，進(jìn)口專用機(jī)床已得到了一些應(yīng)用，但由于進(jìn)口機(jī)床價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)中小企業(yè)無(wú)力承受，國(guó)產(chǎn)機(jī)床存在一些不足，比如拋光表面粗糙度達(dá)不到工藝要求、止推軸頸無(wú)法拋光、軸頸圓角拋光效果低、拋光后對(duì)軸頸的形位公差有破壞以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷。以上缺陷可造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦、止推片、軸頸磨損過(guò)快等，客戶不時(shí)提出反饋意見(jiàn)。2、機(jī)床總體設(shè)計(jì)思路和方案針對(duì)目前砂帶拋光存在的缺陷以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等不足，自行設(shè)計(jì)制造數(shù)控曲軸砂帶拋光專用機(jī)床。首先采用全自動(dòng)機(jī)床方案，以便減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；再者針對(duì)目前產(chǎn)品存在的問(wèn)題，從機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中逐一解決。數(shù)控曲軸砂帶拋光專用機(jī)床由床身組件、床頭箱、尾座、拋光裝置、自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、卷帶機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成。針對(duì)曲軸拋光時(shí)軸頸表面粗糙度達(dá)不到工藝要求的問(wèn)題，通過(guò)選用合適粒度的砂帶解決，不能盲目選用粒度過(guò)小的砂帶，能達(dá)到工藝要求即可；針對(duì)曲軸止推面不能拋光問(wèn)題，考慮在夾持曲軸的床頭箱增加主軸軸向竄動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅使得曲軸止推面能夠加工，而且其他軸頸側(cè)面均可以得到加工；針對(duì)曲軸圓角拋光效果不好的問(wèn)題，采用邊緣鋸齒形砂帶，在床頭箱主軸竄動(dòng)時(shí)，使得軸頸左右兩端圓角得到拋光加工；針對(duì)曲軸軸頸拋光后形位公差變化問(wèn)題，拋光塊采用浮動(dòng)夾緊方法，使得拋光時(shí)不會(huì)破壞軸頸的形位公差。3、床頭箱設(shè)計(jì)3.1 床頭箱結(jié)構(gòu)如圖1所示，床頭箱部分是由導(dǎo)軌底座1、推進(jìn)液壓缸2、床頭箱體3、動(dòng)力側(cè)箱體4、伺服電機(jī)5、床頭主軸6、夾套7、鏈輪8、竄動(dòng)塊9、連桿10、振動(dòng)體11、直線導(dǎo)軌12、驅(qū)動(dòng)油缸13等零件組成。3.2 床頭箱工作原理通過(guò)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)把曲軸送至與床頭箱主軸軸線重合位置，啟動(dòng)推進(jìn)液壓缸2，床頭箱整體向前推進(jìn)，將曲軸一端放置到床頭箱上與床頭主軸6連接的夾套7中夾緊，另一端由頂尖頂緊，啟動(dòng)伺服電機(jī)5通過(guò)鏈輪8將動(dòng)力傳遞到床頭主軸6上，進(jìn)而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，完成拋光工作。為解決曲軸止推面和圓角拋光問(wèn)題，特增加床頭主軸竄動(dòng)機(jī)構(gòu)，其工作原理是：驅(qū)動(dòng)油缸13來(lái)回移動(dòng)，帶動(dòng)竄動(dòng)塊9左右擺動(dòng)，通過(guò)連桿10傳遞到主軸上，使得主軸有節(jié)奏的左右竄動(dòng)，從而改善拋光效果。主軸竄動(dòng)幅度的大小可通過(guò)調(diào)整螺釘調(diào)整。 床頭箱背面（去掉護(hù)罩）圖14、尾座設(shè)計(jì)4.1 尾座結(jié)構(gòu)如圖2所示，尾座部分是由底座1、尾座體2、芯軸3、端蓋4、尾座主軸5、頂尖6、直線軸承7、鎖緊螺母8、定位板9、傳力板10、液壓缸11等零件組成。4.2 尾座工作原理尾座的主要功用是頂緊工件曲軸，通過(guò)自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)把曲軸送至與尾座主軸軸線重合位置，待床頭箱夾緊曲軸后，啟動(dòng)液壓缸11，通過(guò)傳力板10帶動(dòng)尾座主軸5前進(jìn)，進(jìn)而用頂尖6頂緊曲軸。圖25、自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示，自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)部分是由工作臺(tái)1、支撐座2、曲軸3、V形上料機(jī)構(gòu)4、液壓缸5、滑動(dòng)軸6、支撐體7、氣缸8等零部件組成。如圖4所示，其中V形上料機(jī)構(gòu)4由隔板9、夾板10、推動(dòng)塊11、活動(dòng)塊12、軸承13、固定塊14、微型直線導(dǎo)軌15等零件組成。圖3圖45.2 自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)工作原理將曲軸第一主軸頸和第六連桿頸（以六拐曲軸為例）放置到V形上料機(jī)構(gòu)4的兩個(gè)V形支撐上，此時(shí)兩個(gè)V形支撐由于一個(gè)高一個(gè)矮，曲軸便可自動(dòng)定位，啟動(dòng)自動(dòng)程序后，液壓缸5向前推進(jìn)，將曲軸的主軸公共軸線送至床頭箱和尾座的主軸軸線上。床頭箱夾緊、尾座頂緊工件曲軸后，氣缸8后退，帶動(dòng)推動(dòng)塊11后退，此時(shí)活動(dòng)塊12在重力作用下自動(dòng)下落，然后液壓缸5后退，將整個(gè)工作臺(tái)退回；拋光加工完畢后，液壓缸5向前推進(jìn)，帶動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)前進(jìn)至工件曲軸位置，氣缸8推進(jìn)通過(guò)推動(dòng)塊11將活動(dòng)塊12抬起，支撐起曲軸，此時(shí)曲軸的夾緊松開(kāi)，然后液壓缸5后退，將整個(gè)工作臺(tái)退回，完成一個(gè)工作循環(huán)。6、拋光機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 拋光機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示，拋光機(jī)構(gòu)部分主要由下拋光夾1、拋光塊2、上拋光夾3、定位齒條4、拋光夾板5、夾具下墊板6、夾具軸承座7、滾動(dòng)軸承座8、滾動(dòng)軸承9、夾緊液壓缸10、液壓缸耳環(huán)11、液壓缸連接座12、夾具上墊板13、模擬砂帶14、砂帶導(dǎo)向座15等零部件組成。6.2 拋光機(jī)構(gòu)工作原理首先通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)行程油缸將拋光機(jī)構(gòu)送至曲軸待拋光之處，通過(guò)夾緊液壓缸10的前進(jìn)和后退實(shí)現(xiàn)拋光夾的夾緊和松開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)工件的夾緊和松開(kāi)。拋光連桿頸時(shí)，拋光夾需跟隨連桿頸擺動(dòng)，通過(guò)安裝在下拋光夾1的滾動(dòng)軸承座8和滾動(dòng)軸承9實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)拋光。拋光完成后，拋光夾張開(kāi)，通過(guò)在下拋光夾的一個(gè)定位頂尖定位（圖中未畫(huà)出）。圖57、卷帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1 卷帶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖6所示，卷帶機(jī)構(gòu)部分主要由卷帶電機(jī)1、導(dǎo)向光軸2、砂帶定位環(huán)3、卷帶機(jī)構(gòu)固定板4、主動(dòng)齒輪軸5、從動(dòng)齒輪軸6等零部件組成。圖67.2 卷帶機(jī)構(gòu)工作原理卷帶機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)床后端，砂帶通過(guò)砂帶定位夾從下端穿到導(dǎo)向光軸2上，砂帶定位環(huán)3定位砂帶。將砂帶穿到兩個(gè)齒輪軸的齒間隙中，需要卷帶時(shí)，啟動(dòng)卷帶電機(jī)1，帶動(dòng)主動(dòng)齒輪軸5旋轉(zhuǎn)、從動(dòng)齒輪軸6被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)砂帶的自動(dòng)卷帶。8、床身組件設(shè)計(jì)8.1 床身組件結(jié)構(gòu)如圖7所示，床身組件主要由床身1、直線導(dǎo)軌2、底板3、支撐板4、定位軸5、支承軸6、頂尖7、套8、軸承座9、旋轉(zhuǎn)缸耳環(huán)10、連桿11、旋轉(zhuǎn)液壓缸12、旋轉(zhuǎn)缸座13、液壓缸座14、液壓缸15等零部件組成，主要用于承載拋光夾、床頭箱、尾座、卷帶機(jī)構(gòu)、液壓件及管路系統(tǒng)安裝體等組件。圖78.2 床身組件工作原理床身組件主要承載各部分安裝之功用，其中旋轉(zhuǎn)液壓缸13能使頂尖7呈垂直和水平兩個(gè)方向，其作用是當(dāng)曲軸拋光加工時(shí)，呈水平位置，這樣不影響連桿的擺動(dòng)拋光；當(dāng)拋光完成拋光夾張開(kāi)下落時(shí)呈垂直位置，起拋光夾定位作用。液壓缸15的作用是當(dāng)需要拋光時(shí)將拋光夾送至待拋光位置，完工后退回。9、機(jī)床調(diào)整將各部分安裝完成后放置到床身組件上，通過(guò)調(diào)整使床頭箱和尾座主軸同心，以避免加工時(shí)出現(xiàn)扭力；拋光機(jī)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品調(diào)整合適距離；安裝液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)以及其它輔助零件；各項(xiàng)工作調(diào)整完成后即可試車加工，圖8為整機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的三維立體圖。10、結(jié)論針對(duì)曲軸在拋光中存在止推面、圓角處無(wú)法達(dá)到表面粗糙度要求的問(wèn)題，參考國(guó)內(nèi)外曲軸砂帶拋光原理，自主開(kāi)發(fā)研制出曲軸砂帶拋光專用機(jī)床。該機(jī)床采用床頭箱主軸軸向竄動(dòng)原理，不僅使得曲軸止推面能夠加工，而且其他軸頸側(cè)面均可以得到加工；采用邊緣鋸齒形砂帶，在床頭箱主軸竄動(dòng)時(shí)，使得軸頸左右兩端圓角得到拋光加工；拋光塊采用浮動(dòng)夾緊方法，使得拋光時(shí)不會(huì)破壞軸頸的形位公差；根據(jù)產(chǎn)品要求，使用不同粒度的砂帶，可得到經(jīng)濟(jì)性的表面粗糙度。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拋光效果表明，該機(jī)床可滿足不同類型曲軸軸頸表面、止推面、圓角等表面粗糙度要求。圖8參考文獻(xiàn)1劉長(zhǎng)吉.全自動(dòng)曲軸生產(chǎn)線考察報(bào)告.內(nèi)燃機(jī)，1995，05.2陳長(zhǎng)年.我國(guó)汽車制造裝備發(fā)展初探.制造技術(shù)與技床，2005，10.3顧永生.現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝的發(fā)展動(dòng)向.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2000，03.4李海國(guó).曲軸制造技術(shù)進(jìn)展與未來(lái).汽車制造業(yè)，2005，015許梅等.曲軸連桿軸頸的隨動(dòng)磨削.山東內(nèi)然機(jī)，2004，03.6王一治.國(guó)內(nèi)外曲軸制造工藝綜述.山東農(nóng)機(jī),2001,05.7李海國(guó).發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造技術(shù)新動(dòng)向.制造技術(shù)與機(jī)床，2006.118周德生.曲軸加工新技術(shù).機(jī)械工人，2004.059王一治.介紹幾種曲軸加工的先進(jìn)技術(shù)，機(jī)械