摩托車曲軸箱孔系鉆鉸多面加工專用機(jī)床設(shè)計(jì)

羅靜，趙勇，龔文均，詹捷

(重慶理工大學(xué)汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054)

我國摩托車工業(yè)發(fā)展迅速，發(fā)動(dòng)機(jī)是摩托車的心臟，而曲軸箱是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零件，曲軸箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工批量大，其加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能及整車質(zhì)量［1］。若采用普通加工方法，既難保證質(zhì)量，又不經(jīng)濟(jì)，為此設(shè)計(jì)了一臺(tái)工藝、結(jié)構(gòu)、布局及性能都針對(duì)某曲軸箱的專用機(jī)床，該專用機(jī)床既能保證零件的加工精度，且操作方便，運(yùn)行效果良好。

1 曲軸箱工藝性分析

以某摩托車右曲軸箱為例，其工藝分析圖如圖1所示，加工孔系由曲軸箱周邊3個(gè)油道孔及1個(gè)小孔組成，4個(gè)孔皆是階梯孔，孔的位置在工件4個(gè)不同的加工面上，給加工增加了一定的難度。根據(jù)曲軸箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用的加工工藝為多孔同時(shí)鉆、鉸加工，加工工藝具體為先鉆孔加工到油孔貫通，然后用鉸刀精加工油道堵孔，孔的加工精度由刀具來保證，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成鉆、鉸加工［2］。

一次裝夾完成四孔的鉆、鉸加工，并保證工件的精度和要求，是該專用機(jī)床的設(shè)計(jì)目標(biāo)。為了完成設(shè)計(jì)目標(biāo)，機(jī)床的各個(gè)部件必須相互協(xié)調(diào)完成較為復(fù)雜的動(dòng)作。如何解決多孔的鉆、鉸加工則是該專用機(jī)床要解決的問題［3］。為了解決同時(shí)加工多孔的問題，設(shè)計(jì)了4個(gè)雙軸多軸箱，1套可移動(dòng)的專用夾具，利用數(shù)控滑臺(tái)的進(jìn)給對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)化鉆、鉸加工。這種專用機(jī)床生產(chǎn)率高，適用于大批量生產(chǎn)中對(duì)中小型零件的加工。

圖1 曲軸箱工藝分析圖

2 機(jī)床總體方案制定

2.1 機(jī)床的總體布局［4］

通過對(duì)加工工件的具體分析及專用機(jī)床的研究，多面專用機(jī)床總體布局如圖2所示，表示了機(jī)床的主要布局及各部件的安裝位置，主要有多軸箱、數(shù)控滑臺(tái)、機(jī)床底座、床身、夾具等。機(jī)床的4個(gè)多軸箱根據(jù)加工孔的位置而定，多軸箱為臥式單面雙頭布置，多軸箱安裝在數(shù)控滑臺(tái)上，底座上安裝專用夾具與數(shù)控滑臺(tái)。滑臺(tái)采用非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控滑臺(tái)，要求部件剛性要高、精度穩(wěn)定、耐磨性強(qiáng)。床身采用槽鋼及鋼材焊接而成，具有較高的剛度及強(qiáng)度。該專用機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)程序控制自動(dòng)完成所有加工動(dòng)作 (上下料除外)，在設(shè)計(jì)中保證了各個(gè)主要零部件的剛性和穩(wěn)定性，解決了該專用機(jī)床的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

圖2 機(jī)床三維總體布局

2.2 機(jī)床的工作原理

該機(jī)床是根據(jù)臥式鉆床工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，機(jī)床有4個(gè)多軸箱，每個(gè)主軸箱有兩個(gè)動(dòng)力頭，各有兩個(gè)工位，由數(shù)控滑臺(tái)帶動(dòng)主軸箱進(jìn)給進(jìn)行加工，機(jī)床的特點(diǎn)是多軸箱多面同時(shí)加工多孔。4個(gè)主軸箱先同時(shí)對(duì)工件的4個(gè)孔進(jìn)行加工，鉆削加工完成后，退刀，然后夾具帶動(dòng)工件移動(dòng)到下一個(gè)工位，機(jī)床再對(duì)工件進(jìn)行鉸削精加工，最后夾具退回原位，裝卸工件。

3 機(jī)床主要部件設(shè)計(jì)

3.1 多軸箱

多軸箱是專用機(jī)床的重要部件，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量，設(shè)計(jì)傳遞各主軸運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件。多軸箱主要由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、齒輪和附加機(jī)構(gòu)等組成，動(dòng)力來自電機(jī)，經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)到傳動(dòng)軸，然后傳動(dòng)軸經(jīng)過齒輪傳動(dòng)動(dòng)力到兩根主軸，完成鉆、鉸孔等加工工序［5］。

根據(jù)加工零件圖進(jìn)行多軸箱設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮齒輪的布置關(guān)系。文中介紹的多軸箱設(shè)計(jì)是采用傳統(tǒng)的單排一軸帶動(dòng)多軸的方法，用一根傳動(dòng)軸及齒輪副帶動(dòng)兩根主軸。根據(jù)主軸位置確定多軸向齒輪傳動(dòng)方案，齒輪排列、結(jié)構(gòu)布置合理，傳遞效率高。

圖3 多軸箱三維結(jié)構(gòu)

3.2 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)之一，對(duì)機(jī)床的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有直接的影響。該機(jī)床是針對(duì)曲軸箱的兩個(gè)特定工序而設(shè)計(jì)的，機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用數(shù)控滑臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，機(jī)床數(shù)控滑臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置為滿足行程要求及控制精度，采用滾珠絲桿作為機(jī)床傳送動(dòng)力及定位的關(guān)鍵部件，滾珠絲桿與電機(jī)主軸用聯(lián)軸器直接相連，保證了較好的精度且簡化了機(jī)構(gòu)［6］。

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4所示，機(jī)床的滑臺(tái)沿著滑座的導(dǎo)軌做直線移動(dòng)，工作臺(tái)的底部安裝絲杠座與滾珠絲杠固聯(lián)。伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，可使多軸箱做直線運(yùn)動(dòng)。滑板下面裝有2個(gè)行程擋塊，和行程開關(guān)配合，控制行程的極限位置，能有效防止滑板超程。

圖4 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

3.3 夾具［7］

根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工件已加工的表面和孔，夾具定位方式采用一面兩銷。夾具結(jié)構(gòu)如圖5所示，它主要由夾具體、滑動(dòng)立柱 (多個(gè)組件構(gòu)成)、夾具底板、氣缸、鉆模組件、支撐桿件、定位夾緊裝置等組成。夾具和工件安裝在工作臺(tái)上，按預(yù)定的工作循環(huán)，作間歇的上下移動(dòng)，依次在不同工位上對(duì)工件進(jìn)行不同的加工。

圖5 機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)圖

夾具的工作原理:按預(yù)定的工作循環(huán)，工件隨著夾具在鉆、鉸工位上移動(dòng)，通過工位之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)鉆、鉸雙工位的加工。夾具的具體操作如下:工件按既定定位方式安裝后，氣缸11帶動(dòng)活動(dòng)支撐桿向下移動(dòng)，壓板向下壓緊工件，進(jìn)行鉆削加工;鉆削加工完成后，退出刀具，氣缸13帶動(dòng)夾具與工件向上移動(dòng)60 cm，在下個(gè)工位固定，然后對(duì)工件進(jìn)行鉸削加工;加工結(jié)束后，氣缸帶動(dòng)活動(dòng)支撐桿向上，壓板向上旋轉(zhuǎn)松開工件，然后進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

3.4 底座與床身

根據(jù)機(jī)床的配置形式，機(jī)床底座采用中間底座形式，底座與床身連接，上面安裝數(shù)控滑臺(tái)，主軸箱與數(shù)控滑臺(tái)產(chǎn)生的力作用在底座上。為了降低床身的受力變形及保證機(jī)床的整體剛度，底座采用整體鑄造［8］。

床身是專用機(jī)床的基礎(chǔ)件，也是專業(yè)機(jī)床制造的關(guān)鍵零件，機(jī)床上很多零件、部件都安裝在床身上，因而有關(guān)部件的相對(duì)位置及相對(duì)位置相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度都要由床身來保證。為了保證機(jī)床的精度并長期保持機(jī)床的原有精度，要求床身具有足夠的剛性、耐磨性及抗震性。該機(jī)床床身由鋼結(jié)構(gòu)形式焊接而成，床身采用鋼板與槽鋼焊接，整體穩(wěn)定。其結(jié)構(gòu)造型簡單、質(zhì)量輕、生產(chǎn)周期短，能滿足需要及達(dá)到工藝要求。

4 結(jié)束語

該機(jī)床是結(jié)合曲軸箱的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，介紹了該專用機(jī)床的主要部件機(jī)構(gòu)，在分析被加工工件的基礎(chǔ)上確定了該機(jī)床的總體布局、工作原理及夾具的結(jié)構(gòu)。企業(yè)投產(chǎn)使用證明:該專業(yè)機(jī)床不僅效率高，而且加工出的零件各項(xiàng)精度均能達(dá)到要求。該專用機(jī)床為以后此類專用機(jī)床的設(shè)計(jì)提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

【1】陳慶全.淺談CG125發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱的加工［J］.摩托車技術(shù)，2002(4):16－17.

【2】左支柳.摩托車右曲軸箱油道堵頭壓入工藝改進(jìn)［J］.現(xiàn)代制造工程，2004(2):121－122.

【3】梁瑞峰，李寧艷.缸筒類零件專用數(shù)控車床的設(shè)計(jì)［J］.制造技術(shù)及機(jī)床，2011(12):127－130.

【4】《專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造》編寫組.專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造［M］.哈爾濱:黑龍江人民出版社，1979.

【5】李鐵堯.金屬切削機(jī)床［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

【6】李金瑩，陳輝.高速高精度連桿精鏜機(jī)床的設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(6):87－90.

【7】王啟平.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

【8】馮金云.氣缸座三面四工位精鏜孔、銑端面組合機(jī)床設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(10):81－83.