槍鉸氣缸蓋氣門導管孔及座圈孔DKM009組合機床在實踐中的應用

李 瑾 方 宇

(大連機床集團有限責任公司技術中心,遼寧大連 116021)

隨著汽車工業的高速發展及人們環保意識的日益提高,對汽車排放的要求也越來越高(目前已達到歐Ⅲ、歐Ⅳ等)。發動機做為汽車的核心動力部件對其性能要求也隨之提高。氣缸蓋做為發動機的主要零件之一,其氣門座圈孔和導管孔的加工是關鍵工序,座圈錐面對導管孔的跳動已由以前的0.05 mm提高到0.03 mm直至目前的0.02 mm以內,粗糙度為Ra0.8～1.6 μm。如果此項精度超差,將會直接影響發動機的性能。目前國內主要發動機廠此類加工機床一般為進口,其價格較高。我廠多年來一直對此類加工工藝及機床進行跟蹤、研究并同時為一些國內的發動機廠進行了設計制造,取得了較好的效果及豐富的經驗。本文所介紹的DKM009機床就是根據用戶的要求,吸收借鑒國內外機床的技術特點設計的。它關鍵的技術指標座圈錐面對導管孔的跳動為0.02 mm已得到保證。

1 機床方案的制定

接到此項業務后,我們首先根據用戶的要求對產品圖紙進行了認真的分析,并到用戶現場進行調研。通過調研及與用戶的交流了解到該產品缸蓋的導管孔以前是不加工的,并且其加工設備均為上世紀70年代國外二手設備。經過調研后我們確定了工件的定位、座圈錐面的加工方法及機床的總體方案。

1.1 被加工零件工序內容及節拍

被加工零件名稱:氣缸蓋組件;

材料:氣門導管HT250,座圈PL12MV425;

硬度:氣門導管200～250 HB,座圈40～46 HRC;

節拍時間:T=1.4 min/件(包括自動上下料)。

1.2 本機床保證的主要精度

(1)保證進氣閥座錐面對導管孔的跳動為0.02 mm;錐面粗糙度為0.8 μm;排氣閥座錐面對導管孔的跳動為0.02 mm;錐面粗糙度Ra為0.8 μm。

(2)保證導管孔孔徑精度為φ9H7和φ9+0.005-0.010mm;粗糙度為 Ra1.6 μm。

1.3 切削參數的選用

粗锪進、排氣錐面:n=480 r/min,v=65 m/min;

精車進、排氣錐面:n=540 r/min,v=80 m/min;

槍鉸導管孔:n=2200 r/min,v=62 m/min。

n為主軸轉速;v為切削速度。

1.4 機床的工作原理

數控滑臺快進、工進,粗锪進、排氣錐面(留余量0.10 mm),然后滑臺快退回0.15 mm,精車進、排氣錐面至成品,最后槍鉸裝置工進槍鉸導管孔。

1.5 機床結構

DKM009(見圖1)兩工位氣門導管、座圈孔精加工組合機床是由夾具、數控滑臺、高精度剛性鏜削頭、精密鏜車刀盤、數控輸送帶、高壓內冷排屑裝置、槍鉸供油裝置、電氣柜、液壓站等部件組成。

2 機床主要部件

2.1 數控滑臺

本機床選配了我廠引進德國的通用部件 SEMF630/630精密數控滑臺,是機床關鍵的動力驅動部件。滑臺采用精密雙螺母滾珠絲杠和伺服電動機驅動,伺服電動機與滾珠絲杠之間采用直聯形式,通過漲緊聯結套實現無間隙的傳動;滑臺與滑座之間,采用貼塑處理,減小了摩擦系數;導軌采用集中供油潤滑,使其保持足夠的油量。這些設計使精密數控滑臺保持了較高精度的進給速度,從而使機床的動態性能更好、壽命更長。

2.2 高精度剛性鏜削頭

高精密剛性鏜削頭是機床的重要部件之一,它的設計、加工、裝配精度直接影響產品的加工質量。為保證主軸的高剛性及高速回轉,此鏜削頭的主軸直徑確定為φ100 mm,主軸的前后支撐均采用角接觸球軸承,主軸的主要技術指標端面跳動保證在0.003 mm,徑向跳動保證在0.002 mm以內。主軸內部分三層,分別完成锪錐面、精車錐面和槍鉸導管孔的加工。主軸帶有氣密封。主軸采用伺服電動機驅動,通過圓弧同步齒形帶與主軸相聯結,以適應主軸的平穩傳動及多種轉速的變化。其低速用于锪、車錐面,高速用于槍鉸導管孔。

2.3 精密鏜車刀盤

精密鏜車刀盤同樣是機床的重要部件之一,它的設計、加工、裝配精度也直接影響產品的加工質量。錐面的精加工通常有锪、車、插補等多種加工方法,通過調研及對其同類加工工藝、機床的分析比較最終采用精車的加工方法。此刀盤通過聯合設計達到了預期的效果。

2.4 夾具及數控輸送帶

工件的定位可采用一面二銷或一面加導管外圓定位兩種形式。通過調研了解到用戶底孔加工的位置精度不是很穩定,因此確定了以一面加導管外圓的定位形式定位工件。工件在夾具中側面向下,定位面帶有氣檢和吹風系統,保證工件定位的準確性及可靠性。為避免用導管外圓定位受力,工件側面在夾具中的支撐為浮動支撐,夾緊為液壓夾緊。這種定位夾緊方式使加工后的導管孔壁厚均勻,精車后的錐面密封帶易控制。

DKM009機床的輸送為擺桿輸送形式,采用伺服電動機,通過無間隙聯接傳給滾珠絲杠,帶動螺母移動,螺母固定在輸送帶上,這樣就使絲杠的轉動變為直線運動,將工件準確輸送到位。這樣的輸送方式讓工件的輸送位置準確,調整和維修起來都很方便。

2.5 高壓內冷排屑裝置

DKM009機床采用獨特的高低壓冷卻系統,高壓為6 MPa,用于冷卻槍鉸刀具并將加工后的導管切屑強制沖出孔外,低壓用于加工進排氣錐面刀具的冷卻。過濾排屑采用四組過濾,即磁性排屑器,渦旋分離裝置,磁輥分離器及紙帶過濾裝置,過濾精度達到 10 μm。

DKM009機床屬于高精密切削設備,主軸高速旋轉產生的熱量及刀具切削時產生的熱量會使主軸箱殼體產生變形,它會使主軸加工精度產生漂移,影響產品質量。因此本機床采用了自然冷卻和強制冷卻相結合的方法。即加大冷卻油箱的體積及散熱片和安裝強制制冷恒溫裝置,使油溫保持在35～45℃。

2.6 電氣數控系統

電氣系統是整個機床運轉的關鍵環節之一。為了使機床所有部件運行的穩妥可靠,動作靈活,必須提高電氣控制系統的功能。因此,本機床數控系統采用力士樂系統,主軸、滑臺、輸送帶均采用伺服電動機驅動,數控系統配有故障自動檢測、CRT彩色界面顯示功能等。由于數控技術在本臺機床上的使用,使得該機床的機械結構變得簡單、運行更穩定可靠,調整更方便,大大提高了整機的自動化水平。

2.7 機床防護

本機床采用全封閉自動防護,左右拉門結構,并帶有電磁安全鎖。外觀采用圓弧流線型設計,避免了冷卻液和切屑外泄帶來的污染,使機床既美觀又實用。

3 結語

本機床經過精心的設計和制造,各項精度指標完全達到產品要求,并有一定的儲備量,其中錐面對導管孔跳動度在0.015 mm以內。經過用戶將近兩年的生產實踐,加工十多萬件,精度一直保持穩定,得到用戶一致的好評。綜上所述,該工序的加工機床完全可以取代進口設備。

[1]李洪.機械加工工藝手冊[M].北京:北京出版社,1990.

[2]李宏勝.機床數控技術及應用[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2004.