淺論活塞環立式內外圓仿形加工車床

楊擁軍

（儀征統一活塞環有限公司）

1 立式內外圓仿形車床簡介

立式內外圓仿形車床是活塞環機械加工中的關鍵設備，適用于各種活塞環的內外圓同時仿形及銑開口的成型加工。其操作流程如下：把兩端面經過磨光的活塞環毛坯由輔助裝置中的理環機理順堆疊靠在一起 （串排成一串，最大跨列長度為150mm），由上料夾具夾住成串的工件，首先送入車床工位，進行活塞環仿形車削加工。車削完成后，由上料夾具夾住工件成串取下再送入銑床工位做活塞環的銑開口加工，然后由卸料夾具取下銑好的工件，即完成了活塞環在本機床工序的加工。

圖1

立式內外圓仿形車銑床的組成：立式內外圓仿形車銑床由車床工位、銑床工位、液壓系統、電器系統、輔助裝置五部分構成。車床工位 （右）和銑床工位 （左），如圖1所示：

2 立式內外圓仿形車床的主要特點

2．1 將車床和銑床變為兩個工位，形成一臺組合機床，結構緊湊。

2．2 仿形加工凸輪系列化

凸輪是仿形車床的核心工裝，普通仿形車床為固定杠桿比，一般一個活塞環品種計算一個凸輪，導致凸輪數量很多，雖然部分凸輪可以代用，但數量仍然可達30種以上。立式內外圓仿形車床由于杠桿比可變，因此可對凸輪進行優化。根據由活塞環自由型線計算理論可知，活塞環從壓縮狀態變為自由狀態，不僅發生徑向位移的變化 （μ），同時也將發生角位移的變化 （η），以等壓環為例，其位移表達式為：

其中：k為活塞環系數k＝2L／〔3PI（D一T）〕

L為活塞環自由開口

T為徑向厚度

Rn為活塞環中性層半徑

D為缸徑。

由式 （1）與式 （2）與可以看出：活塞環的角位移只與活塞環系數有關，這樣就可以將具有相同系數的活塞環設計成用一個凸輪加工，而不同環徑產生的不同徑向位移可通過調節Rn來實現，從而實現仿形凸輪按K值 （或開口直徑比值）進行系列化。此外，從活塞環實際加工性來說，可以根據實際影響程度的大小，結合近似橢圓理論對K值（或開口直徑比）進行進一步的簡化。內外圓仿形車床常用的凸輪有12種，如表一所示：

表一

隨著數控技術的進步，電子凸輪 （軟靠模）在立式內外圓仿形車床上也有所應用，可以進一步節約了成本。

2．3 采用創新的框式滑架車頭

框式滑架車頭是立式內外圓仿形車床的創新，臥式內外圓仿形車床普遍存在止推軸承早期損壞的現象，主要原因如下：活塞環疊是在兩端頂盤壓緊的狀態下進行車削加工的，其壓緊力大，設計的最大壓緊力可達80KN，而兩個頂盤分別設置在兩個部件上，壓緊力會造成裝置變形，破壞兩端止推軸承的平行，致使軸承受力不均勻而損壞。框式滑架車頭將兩個主軸頂盤組合在一個封閉的框式整體鑄鋼滑架中，結構剛性好，能承受較大的壓緊力，而又不致造成平行精度的破壞，可以避免止推軸承的早期損壞。

3 立式內外圓仿形車銑床的優勢

目前，用于活塞環生產的仿形車床有三種：外圓仿形車床，臥式內外圓仿形車床，立式內外圓仿形車床。立式內外圓仿形車床獨特的設計，與其他兩種仿形設備相比，具有明顯的優勢。

3．1 與普通外圓仿形車床相比，產品生產周期縮短

活塞環普通外圓仿形車削時，仿形、銑開口、粗車內圓、粗修開口四道工序必須由四臺機床分開加工，加工后的產品內外圓同軸度差、物流時間延長。采用立式內外圓仿形車銑床后，以上四道的工序在一臺設備上就可完成，不僅提高了產品加工精度，而且縮短了產品流轉時間，提高了生產效率。

3．2 與臥式內外圓仿形車床相比，具有更高的生產效率

立式內外圓仿形車床在床座上設有一門式箱體立柱，門式箱體立柱的門框內設有由伺服升降器驅動沿其上下滑動的整體框式滑架車頭，其車床上、下主軸設置在整體框式滑架內，止推軸承為推力圓柱滾子軸承。臥式內外圓仿形車床車削工位其車床主軸前軸承為銅瓦，后軸承為角接觸球軸承，其兩端頂盤分別在兩個部件上。因此立式內外圓仿形車床比臥式內外圓仿形車床具有更好的剛性和強度，更適用于高切削速度，大切削力的工況。以加工高度為2．5mm的90合金錐面環為例，6小時機床有效工作時間計算班產量，如表二：

表二

由上表可知，立式內外圓仿形車床的班產量約為臥式內外圓仿形車床的1．8倍。當車削球墨鑄鐵活塞環或高硬度活塞環時，效率提升更為明顯。此外由于部分活塞環毛坯余量較大，當內圓或外圓余量超過2mm時，一般需進行兩次車削，而立式內外圓仿形車銑床可一次車削完成。

3．3 加工質量優勢

選取批量產品90錐面環在三種車床上各投入2000片，并跟蹤產品質量，對比表三：形成較粗網紋輪廓后，平頂時采用粒度小的碳化硅砂條，這樣Rk相對于Rvk降低的效果顯著，珩磨出的網紋參數完全符合設計要求。

表三

4 總結

綜上所述，這些網紋參數之間并不是孤立的，它們之間有著密切的聯系。在調整某一個參數時，可能有多種控制辦法，要考慮采取哪種調整方法時，必須充分考慮到這種調整方法會產生哪些后果，會對哪些網紋參數產生影響。要引導這些參數向有利于我們控制的方向發展，花費較小的代價，達到最佳的預期目的，而對于那些難以避免的副作用，要采取補救措施。