柴油機(jī)缸體缸體零件鏜夾具設(shè)計與制造

柴油機(jī)缸體缸體零件鏜夾具設(shè)計與制造

1發(fā)動機(jī)缸加工工藝的設(shè)計和制造采用專用銑夾的方案軸承孔和軸承孔是對發(fā)動機(jī)主體零件的兩個關(guān)鍵孔，加工精度要求高。由于加工質(zhì)量直接決定了發(fā)動機(jī)的技術(shù)性能、工作可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命。為保證加工精度,國內(nèi)發(fā)動機(jī)制造企業(yè)多采用進(jìn)口專機(jī)來加工;但進(jìn)口專機(jī)價格非常昂貴,且交貨期長。為滿足該型發(fā)動機(jī)缸體小批量生產(chǎn)的需求,采用了一種低成本的加工方案,即利用現(xiàn)有舊的普通臥式鏜床,設(shè)計、制造專用鏜夾具。因此,鏜夾具的設(shè)計和制造質(zhì)量直接決定了曲軸孔和凸輪軸孔的加工精度。本文介紹了在鏜夾具設(shè)計上采用優(yōu)選的設(shè)計方案,在制造中采用合理的工藝方法,來保證鏜夾具的質(zhì)量,滿足了曲軸孔和凸輪軸孔的高精度加工要求,大幅減少了設(shè)備投入。2軸類重孔結(jié)構(gòu)的深孔加工—曲軸孔、凸輪軸孔的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求某型柴油機(jī)缸體零件長度尺寸近800mm,曲軸孔和凸輪軸孔對兩端孔公共軸線基準(zhǔn)的同軸度分別為0.025mm,對缸體底面和2個工藝定位孔的位置精度為0.07mm,精度要求高,加工難度大。該柴油機(jī)的曲軸孔和凸輪軸孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。在沿缸體長度方向上,2組孔均由7個單孔組成,軸心線相互平行且與底面平行,凸輪軸孔長度與直徑比為10多倍,屬深孔加工。加工時鏜排的剛性差且易變形,凸輪軸孔處內(nèi)腔空間狹小,布置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)困難。2.2孔加工的工藝設(shè)計(1)曲軸孔和凸輪軸孔分別對兩端孔公共軸線基準(zhǔn)的同軸度為0.025mm。(2)兩端曲軸單孔公共軸線對缸體底面和底面上2個工藝定位孔d的位置精度為0.07mm,凸輪軸孔對兩端曲軸單孔公共軸線平行度為0.06mm,位置精度為0.1mm。(3)曲軸孔尺寸精度為IT6,凸輪軸孔尺寸精度為IT7級。根據(jù)曲軸孔和凸輪軸孔的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求分析,加工時主要解決2個方面的問題:一是保證2組孔的同軸度和位置精度要求,特別是凸輪軸細(xì)長孔的加工質(zhì)量,二是如何提高加工效率。加工方法的選擇既要保證質(zhì)量,又要滿足生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性的要求。根據(jù)缸體的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求,確定的加工方法是:曲軸孔和凸輪軸孔的7個單孔各用1根鏜刀桿上7把半精鏜刀和7把精鏜刀同步加工,每個單孔用半精鏜和精鏜2把刀連續(xù)加工,如圖2所示。缸體工件先放置在鏜夾具的讓刀位置,分別將2根鏜刀桿穿到各導(dǎo)套和所對應(yīng)的加工孔中,然后移動缸體到定位位置進(jìn)行工件的定位夾緊,隨后完成曲軸孔和凸輪軸孔的半精鏜和精鏜加工。(1)半精鏜孔:主要是切除孔徑余量,修正粗加工時孔的位置度偏差,提高同1組孔中7檔孔的同軸度,為精鏜孔留0.15~0.20mm的加工余量,選用90°可轉(zhuǎn)位鏜刀加工。(2)精鏜孔:曲軸孔和凸輪軸孔的最終精加工,要保證2組孔的同軸度、位置度、圓度、尺寸精度和表面粗糙度。為提高加工質(zhì)量和效率,精鏜刀選用山特維克公司的模塊式精鏜單元,曲軸孔切削速度為120m/min,凸輪軸孔因受缸體內(nèi)腔空間的限制滑動導(dǎo)套的切削速度相對要低。4主框架的設(shè)計因該發(fā)動機(jī)缸體目前還處于小批量生產(chǎn)階段,從降低成本的角度考慮,夾具采用手動定位夾緊方式,操作人吊裝工件。4.1企業(yè)抗混合結(jié)構(gòu)的設(shè)置由于加工的曲軸孔和凸輪軸孔長徑比大于8倍,鏜孔的同軸度和位置精度要求高,要求鏜刀桿的剛性好,因此選用導(dǎo)向距離長的雙面單導(dǎo)向結(jié)構(gòu)布置,在工件鏜孔的前后端各設(shè)置1組滾動軸承導(dǎo)套結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)向。為增加鏜刀桿的剛性,在工件內(nèi)腔中間各布置2組中間導(dǎo)向,用4個導(dǎo)向來確定同1組孔的軸線位置,提高凸輪軸孔細(xì)長軸鏜刀桿在切削加工時的剛性,見圖3。這種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)鏜刀桿與機(jī)床主軸采用浮動連接,鏜孔精度完全由夾具保證,不受機(jī)床主軸的傳動精度和幾何誤差的影響。4.2滾動軸承向設(shè)置其結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示。工件兩端距離長、空間大,各設(shè)置1個主導(dǎo)向裝置,采用滾動導(dǎo)向結(jié)構(gòu),由2個角接觸球軸承和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)套組成。特點是導(dǎo)向精度和切削速度高,能承受徑向和軸向負(fù)荷。2個導(dǎo)套的無法安裝角接觸生物其結(jié)構(gòu)見圖4(b)。曲軸孔中間內(nèi)腔中設(shè)置2個滾針軸承結(jié)構(gòu)的導(dǎo)套,受工件內(nèi)腔空間限制無法安裝角接觸球軸承。為減小外形尺寸采用滾針軸承,由滾針、保持架、固定襯套和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)套組成。3旋轉(zhuǎn)和滾針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖4(c)所示。工件凸輪軸孔處內(nèi)腔空間狹小,2個中間導(dǎo)向機(jī)構(gòu)無法用滾動和滾針導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。采用外形尺寸小的滑動導(dǎo)向,由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)套和固定導(dǎo)套座組成。導(dǎo)套回轉(zhuǎn)速度小于上述2種導(dǎo)向,需要配有良好的潤滑。4.3導(dǎo)套間隙導(dǎo)致推動刀桿軸線出現(xiàn)漂浮導(dǎo)向裝置的上述3種結(jié)構(gòu)中,因軸承和運動副配合存在間隙,導(dǎo)套在旋轉(zhuǎn)運動中產(chǎn)生徑向跳動和軸向竄動,造成鏜刀桿軸線發(fā)生漂移。鏜孔時由于承載區(qū)在孔上的位置變化與刀尖回轉(zhuǎn)運動不同步,會降低工件的加工質(zhì)量。2導(dǎo)套的位置度誤差雙面導(dǎo)向從一面加工同軸線的7個單孔。鏜孔軸線的誤差由兩端和中間4個導(dǎo)套軸線的同軸度誤差,以及刀具旋轉(zhuǎn)軸線在鏜刀桿和導(dǎo)套的間隙所產(chǎn)生的幾何偏移共同組成。導(dǎo)套的位置度誤差就是導(dǎo)套軸線對夾具定位面和2個定位銷d的位置誤差,是由導(dǎo)套座零件在夾具體上安裝位置的誤差形成。夾具設(shè)計上要求同一軸線上4個導(dǎo)套分別對兩端導(dǎo)套公共軸線的同軸度在0.01mm內(nèi),同一軸線上4個導(dǎo)套的旋轉(zhuǎn)跳動在0.005mm內(nèi),鏜刀桿與導(dǎo)套的間隙為0.01~0.015mm。4.4齒輪齒條式的定位缸體的定位基準(zhǔn)是底平面和底面上2個工藝定位孔,夾具采用一平面和2組齒輪齒條式可活動伸縮定位圓銷和菱銷,平面限制3個自由度,圓銷限制2個移動自由度,菱銷限制1個轉(zhuǎn)動自由度,見圖5。為消除定位銷和基準(zhǔn)孔的間隙,設(shè)置了2個側(cè)向推靠機(jī)構(gòu),夾具還設(shè)置了粗定位讓刀機(jī)構(gòu)。2幾何偏移及定位誤差定位誤差有2個定位銷與工件定位基準(zhǔn)孔的配合間隙產(chǎn)生的幾何偏移,以及定位面的平面度誤差造成的定位誤差。伸縮活動定位圓銷和菱銷與固定襯套采用單配,間隙小于0.005mm。4.5頂面物的物理性能夾具采用2組回轉(zhuǎn)式浮動夾緊機(jī)構(gòu)。夾緊力的作用方向垂直向下、4個夾緊作用點位于缸體頂面,浮動壓塊與工件接觸處用銅制材料保護(hù)工件頂面不被壓壞。為保證夾緊力,一致采用扭力扳手夾緊操作,見圖6。從操作方便角度考慮也可用液壓夾緊,通過夾緊座內(nèi)腔中的2個油缸頂起壓板進(jìn)行夾緊,夾緊力大小通過液壓系統(tǒng)可以調(diào)整。4.6導(dǎo)套潤滑不穩(wěn)定精鏜加工的切削速度高,導(dǎo)向裝置的導(dǎo)套也在高轉(zhuǎn)速下同步旋轉(zhuǎn),因此導(dǎo)向裝置需要有良好的潤滑,以避免導(dǎo)套高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱產(chǎn)生變形咬死。夾具潤滑機(jī)構(gòu)采用手動潤滑泵通過銅管、分油器把潤滑油輸送到導(dǎo)向裝置的內(nèi)腔,保證運動副有充分良好的潤滑。5保證夾具的精度根據(jù)上述對影響夾具精度因素的分析,要保證夾具的精度必須要在制造中保證導(dǎo)套的旋轉(zhuǎn)跳動精度、導(dǎo)套軸線的同軸度和導(dǎo)套軸線對定位面定位銷基準(zhǔn)的位置度精度。5.1旋轉(zhuǎn)誤差的精度1成對角接觸東北部滾動軸承間隙對鏜刀桿回轉(zhuǎn)精度有很大的影響,軸承有間隙時鏜刀桿軸線會發(fā)生漂移,造成加工孔產(chǎn)生相應(yīng)的誤差,因此需要對軸承進(jìn)行預(yù)緊,消除間隙提高接觸剛性。夾具上2根鏜刀桿的兩端導(dǎo)套均采用成對角接觸球軸承,軸承是通過其內(nèi)外圈產(chǎn)生相對位移來實現(xiàn)軸承調(diào)整預(yù)緊的。具體是在兩軸承之間的內(nèi)圈和外圈之間放厚度不同的2個隔套,隔套的厚度差可以用如圖7所示的方法測量出。2外圓與導(dǎo)銷的結(jié)合間隙為消除角接觸球軸承外圓與導(dǎo)向座孔的配合間隙,根據(jù)實測軸承外圓尺寸后,確定導(dǎo)向座孔的精鏜尺寸,既方便裝配又保證消除配合間隙。5.2固定襯套、滾針、導(dǎo)套的裝配工藝曲軸孔2個中間導(dǎo)向采用滾針軸承結(jié)構(gòu),導(dǎo)套裝置的同軸度要求0.01mm,導(dǎo)套部件的回轉(zhuǎn)跳動精度小于0.005mm,按尺寸鏈分析固定襯套、滾針、導(dǎo)套各組成環(huán)零件的精度需遠(yuǎn)小于0.005mm,加工設(shè)備無法保證。為解決這個問題,裝配時采用修配法,即固定襯套內(nèi)孔與滾針外圓按經(jīng)濟(jì)精度制造,把導(dǎo)套外圓作為修配環(huán)來加工。即實測襯套孔和滾針外圓的實際尺寸,再計算導(dǎo)套外圓的實際尺寸來加工制造,既保證了精度又降低了成本。5.3確保導(dǎo)銷的軸線與位置的一致性和精度1導(dǎo)向座的加工夾具設(shè)計要求同一軸線上4個導(dǎo)套軸心線分別對兩端導(dǎo)套孔公共軸線的同軸度在0.01mm內(nèi),兩端導(dǎo)套孔公共軸線對夾具定位基準(zhǔn)面A和2個基準(zhǔn)孔d的位置精度為0.03mm。如在夾具本體上先加工好連接螺孔安裝導(dǎo)套座,則各同一軸線上各導(dǎo)套的同軸度和位置精度誤差大,且很難調(diào)整。為使裝配方便,工藝上采用以導(dǎo)套孔軸線為基準(zhǔn)加工導(dǎo)套座上2個定位孔d1,孔距公差為±0.015mm,在夾具本體A平面上,根據(jù)夾具2個定位銷d為坐標(biāo)基準(zhǔn)確定鏜刀桿中心位置,計算并加工出各導(dǎo)向座2個定位孔d1在夾具定位面A上相對應(yīng)的2個定位孔d2,孔距公差為±0.015mm。用定位銷d1和d2定位安裝各導(dǎo)套座,可保證導(dǎo)套座在夾具本體上的粗定位。2導(dǎo)套座內(nèi)固定面線進(jìn)線管由于2組導(dǎo)向孔的同軸度要求為0.01mm,根據(jù)夾具單件生產(chǎn)的特點,在裝配時采用修配調(diào)整法來保證同軸度要求:(1)在導(dǎo)套座粗定位的基礎(chǔ)上,夾具高度方向可通過修刮導(dǎo)套座底面的方法來加以保證;(2)在夾具寬度方向上,可通過在測量平板上搭角鐵進(jìn)行精密測量,調(diào)整導(dǎo)套座,或在精密鏜床上測量,調(diào)整導(dǎo)套座的位置,通過精密調(diào)整導(dǎo)套座位置來保證夾具上2組曲軸孔和凸輪軸