曲軸箱立臥復合式多工位組合機床設計

韓海群 張侃楞

(①江蘇恒力組合機床有限公司專機設計部，江蘇 鹽城 224055，②鹽城工學院機械優集學院，江蘇 鹽城 224051)

曲軸箱是空氣壓縮機重要的零件，其加工質量的好壞直接影響壓縮機的性能和質量。某一壓縮機曲軸箱的精加工需要依次完成:半精鏜氣缸孔、曲軸孔、粗锪曲軸孔端面;精銑氣缸面;精車上支撐面;鉆上支撐面3孔、倒角;精鏜氣缸孔、曲軸孔、精锪曲軸孔端面。如果用普通機床加工，需要7道工序來完成，每道工序均需要采用單獨的1臺機床，完成整個加工需要7臺機床及7名操作工人。由于氣缸孔和曲軸孔處于垂直位置，要完成兩孔的同一種性質的加工需要兩臺機床，除非在專用機床或臥式加工中心上完成加工;這樣的話，在1臺機床上完成加工后，需要把工件拆下再轉移到另1臺機床上進行裝夾、定位，造成每次裝夾、定位都會產生累計定位誤差，導致工件加工精度降低、廢品率高、以及浪費時間、生產效率低、工人的勞動強度大、投入成本高等缺點。

為解決上述問題，設計一種曲軸箱立臥復合式多工位組合機床，將曲軸箱的多道加工工序在一臺機床上完成，從而減少裝夾和定位次數，提高工作效率和加工精度。

1 曲軸箱的加工要求及工藝分析

1.1 加工要求

壓縮機曲軸箱，鑄件，材料HT200，材料硬度220～255HB。精加工工序要求如圖1所示。

上支撐面3孔尺寸為φ4.826mm、倒角為1×45°。

1.2 工藝分析

曲軸箱的曲軸孔和氣缸孔的精度要求較高，可將其加工分為半精鏜和精鏜兩道工序，而上支撐面、氣缸面的加工要求也較高，擬采用精車和精銑加工，上支撐面的3孔的加工要求不高，直接鉆削即可。

由圖1可見氣缸孔、氣缸面位于曲軸箱前端面，上支撐面和3孔位于曲軸箱上端面，曲軸孔的方向和氣缸孔垂直，且曲軸孔端面位于曲軸箱中部的空腔處，曲軸孔的加工刀具可以通過上端面進入進行加工。如果能通過一次裝夾定位將所有的加工工序完成，將能較好地保證工件的加工精度和加工質量。

考慮以位于曲軸箱下端面處的錠子面及兩定位銷孔定位(一面兩銷)，安裝時將氣缸面朝外，上部4點液壓夾緊，5道工序均以此裝夾定位進行加工。

2 機床配置及機床關鍵技術

2.1 機床配置

組合機床的配置形式受到被加工件的結構形式、加工要求、裝夾形式、導向精度及生產率等多種因素的影響［1］。此曲軸箱工作的精加工需要5道工序，除了上支撐面的3孔加工要求不高外，其余工序的尺寸精度和位置精度要求都較高，考慮到加工效率、加工質量及加工成本等要求，機床采用液壓回轉工作臺，上設6個工位，6個工位沿圓周均勻分布的配置方案，如圖2、圖3所示。

圖2中回轉工作臺11上設有6個工位，在底座12上設回轉工作臺外周對應6個工位配置5個加工單元，分別是:Ⅰ工位為裝卸工位10，用于裝卸工件;Ⅱ工位配置立臥復合式半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置1;Ⅲ工位配置精銑氣缸面裝置2;Ⅳ工位配置立式精車上支撐面裝置3;Ⅴ工位配置立式鉆上支撐面3孔和倒角裝置8;Ⅵ工位配置精鏜氣缸孔、曲軸孔和精锪曲軸孔端面裝置9，通過6個工位的循環運轉使用，完成工件的所有精加工。

2.2 機床關鍵技術

(1)液壓回轉工作臺

液壓回轉工作臺采用以下參數:轉臺分度精度4″，重復精度±1″;轉臺為齒式分度定位，旋轉方向為順時針，分度數為6;轉臺為液壓鎖緊;盤面垂直度0.02mm、盤面旋轉起伏0.02mm、基準孔旋轉偏擺0.02mm、分度盤上下平行度0.03mm。

采用液壓回轉工作臺，零件加工難度和裝配難度小，整機縱向安裝尺寸小，可全部安裝在機床底座的上部，安裝、維修十分便利。機床底座側面也不需要開大窗口，大幅度提高了機床剛性及工藝性。這種回轉工作臺具有動作靈活、結構緊湊、分度精度高、剎緊力大、控制簡單等特點。

(2)立臥復合式半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置

半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置為立臥復合式結構，可實現曲軸孔和氣缸孔的加工要求，它包括水平安放的油壓滑臺、安裝在油壓滑臺上的臥式精密主軸頭和安裝在立式精密主軸頭上的組合鏜锪刀;專用立柱垂直跨騎在臥式油壓滑臺上，其上安裝伺服滑臺，伺服滑臺上安裝有立式精密主軸頭，立式精密主軸頭上安裝有組合鏜锪刀。臥式油壓滑臺和立式伺服滑臺的滑動相互獨立，可同時加工相互垂直的曲軸孔和氣缸孔。

(3)立臥復合式精鏜氣缸孔、曲軸孔和精锪曲軸孔端面裝置

精鏜氣缸孔、曲軸孔和精锪曲軸孔端面裝置與半精鏜氣缸孔、曲軸孔和粗锪曲軸孔端面裝置結構相似，采用立臥復合式結構。由于氣缸孔、曲軸孔的圓柱度要求0.007mm，圓度要求0.006mm，要取得這樣的精度要求，必須在加工過程中進行刀補。如圖4所示，在高精密主軸頭內安裝液壓刀補裝置，刀具補償系統會根據鏜刀的加工情況隨時靈活地微調刀具在徑向的補償值，以取得要求的加工精度。

(4)精銑氣缸面裝置

精銑氣缸面裝置包括臥式伺服滑臺，移動立柱安裝在臥式伺服滑臺上，移動立柱上安裝滾珠絲杠螺母副，螺母上剛性連接著銑削主軸箱體，主軸箱體兩側對應安裝兩副直線導軌副，保證主軸箱體可在垂直方向靈活伺服滑動，主軸總成安裝在主軸箱體內，精銑刀盤安裝在主軸總成頭部。在主軸電動機帶動銑削頭高速旋轉時，同時能水平和豎直方向伺服移動完成進給。

(5)立式精車上支撐面裝置

立式精車上支撐面裝置采用鏜車主軸頭結構，可實現車削一個水平端面的加工要求，它包括立柱，安裝在立柱上的滑臺，安裝在滑臺上的精密鏜車主軸頭，連接在精密鏜車主軸頭上的連接盤及刀座，安裝在刀座上的組合車面刀。精密鏜車主軸頭尾部安裝有液壓缸，通過液壓缸的往復運動，利用齒輪齒條機構帶動組合車面刀徑向移動。這樣組合車面刀在旋轉車削的同時，還可以沿著徑向移動進給，保證加工范圍為φ55～90mm(以曲軸孔的中心為圓心)。

3 夾具方案及工作循環

3.1 夾具方案

工件在夾具上采用一面兩銷定位，四點液壓夾緊，一次裝夾后完成5個工位的加工。如圖5所示。

夾具中，夾具下體1和液壓回轉工作臺上的轉臺擴展臺相固定連接，隨著回轉工作臺一起轉動;夾具上體2和夾具下體1固定連接，其上安裝4個油壓轉角缸3，當工件加工好需要卸下時，松開螺母，油壓轉角缸向遠離工件的方向旋轉90°，使得壓板遠離工件區域，取出工件。當工件安裝好需要壓緊時，油壓轉角缸向靠近工件的方向旋轉90°，使得壓板停留在需要的位置，擰緊螺母，對工件進行壓緊。

同時，在夾具上體2上的適當位置安裝2套定位銷裝置(包括支座10，支承塊9，定位銷8)，用以立式鉆上支撐面3孔和倒角工位的活動鉆模的導向。

轉臺上6個工位采用6套同樣的夾具，6套夾具依次順序排列拼接形成完整的圓周。工件在空工位上裝夾后，運轉一個循環完成加工，再在空工位上將工件卸下。

3.2 工作循環

機床自動工作循環如下:在圖2裝卸工位10上由人工將工件安裝夾緊在液壓工裝夾具上，液壓回轉工作臺11接收控制信號開始轉動，將該裝夾的工件轉到第一道工序半精鏜氣缸孔、曲軸孔，粗锪曲軸孔端面裝置1的工位上進行加工，同時在裝卸工位10上又進行工件裝夾。待第一道工序完成后，液壓回轉工作臺11繼續轉動，加工完第一道工序的工件轉到第二道工序精銑氣缸面裝置2的工位上進行加工，第二道工序完成的工件就轉向下一道工序，如此循環加工，工件在液壓回轉工作臺11的裝卸工位10上裝夾一次就能夠完成曲軸箱的5道精加工工序加工，最后又回到裝卸工位10上，完成了工件加工的全部工序。把完成的工件取下放上新的需要加工的工件繼續進行下一次循環。

4 結語

該組合機床實現了通過一次裝夾定位完成曲軸箱的5道精加工工序的連續自動加工，結構設計合理，操作簡便，減少因裝夾定位不一致造成的誤差，使得加工得到的產品尺寸更加精確，質量更優，而且提高了生產效率，具有良好的經濟效益和應用價值。

［1］李月琴，任新梅，弓申.變速箱上蓋撥叉孔鉆擴鉸三工位組合機床設計［J］.制造技術與機床，2010(7):67－70.

［2］大連組合機床研究所.組合機床設計［M］.2版.北京:機械工業出版社，1985.

［3］叢風廷，遲建山.組合機床設計［M］.2版.上海:上海科學技術出版社，1993.

［4］彭小敢.精鏜缸體主軸承孔DKM033組合機床的研制［J］.制造技術與機床，2013(10):126－128.

［5］閆愛春，包家善，徐煥安，等.可調式機體挺柱孔鉆鉸專機的設計及應用［J］.制造技術與機床，2009(6):46－49.

［6］李光.轉臺式多工位組合加工機床的特點及發展潛力［J］.中國新技術新產品，2012(24):146.

［7］吳慧萍，李前明.立式單面四工位擴鉸缸體挺柱孔組合機床［J］.組合機床與自動化加工技術，2013(6):119－120.