摩托車發動機缸體三面七孔加工專用夾具設計*

肖鐵忠，黃　娟，羅　靜

(1.四川工程職業技術學院 車輛工程系，四川 德陽　618000；2.重慶理工大學 機械工程學院，重慶　400054 )

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摩托車發動機缸體三面七孔加工專用夾具設計*

肖鐵忠1，黃娟1，羅靜2

(1.四川工程職業技術學院 車輛工程系，四川 德陽618000；2.重慶理工大學 機械工程學院，重慶400054 )

摘要：發動機是摩托車的重要部件之一，是摩托車的“心臟”，其加工及裝配等精度直接決定整車的性能與品質。文章針對某摩托車發動機缸體三面七孔的加工精度要求，通過分析其結構特點及技術難點，確定了三面七孔的加工工藝方案，并依據工藝方案制定了工件的定位及夾緊方案，最后對專用夾具的結構及工作原理做了說明。設計的夾具在發動機缸體生產線上的實際應用表明，缸體三面七孔的各項精度均達到或超過企業的技術要求，缸體的生產節拍為40s/件，實際年生產能力約為32萬件。

關鍵詞：缸體；加工；專用夾具；結構設計

0前言

發動機是摩托車的重要部件之一，是摩托車的心臟，其加工及裝配等精度直接決定整車的性能與品質[1-3]。在發動機的機械加工中，國內主要采用傳統設備進行加工，其主要原因是針對產品加工的專機研發相對落后，沒有形成自主的專機研發基地和專機制造規模；而國外均采用先進的數控專用機床進行生產加工，一次裝夾多工位同時加工，加工效率高，產品品質好，互換性強，能源消耗低[4-6]。針對此現狀，筆者所在團隊一直致力于汽車、摩托車零部件的專機研發，通過十幾年的積累，研發出了一大批用于汽摩零部件加工的先進數控設備。本文摩托車缸體三面七孔數控鉆鏜銑復合加工機床即是其中之一。重慶某企業發動機缸體的年生產量在15萬件左右，屬于大批量生產，采用此專機后，產品單件加工時間在40s左右，年生產量在32萬件左右，遠超過實際生產任務要求。

1技術要求

摩托車發動機缸體三面七孔的尺寸精度及形位誤差要求如圖1所示。

由圖1知，三面七孔加工精度要求均較高，主要技術要求總結如下：

(1)A面四孔孔徑尺寸精度為φ9±0.01mm，表面粗糙度值為Ra=3.2μm，各孔間的位置精度為±0.1mm；

(2)B面兩孔孔徑尺寸精度為φ7±0.01mm，表面粗糙度值為Ra=3.2μm，各孔間的位置精度為±0.1mm；

(3) h7孔分為兩段，圖示上端小孔和小孔沉頭孔要一次完成加工，孔徑精度為φ12±0.01mm，下端大孔需鏜削、倒角及銑端面，孔徑精度為φ22.6±0.01mm，內孔表面粗糙度值為Ra=1.6μm，端面表面粗糙度值為Ra=3.2μm；

(4) h7孔上端小孔中心軸線與下端大孔中心軸線的同軸度為φ0.05mm，h7孔中心軸線相對于缸孔中心軸線的垂直度為0.1/80mm。

綜上，缸體零件三個端面上共7個孔，需一次裝夾同時完成粗、精加工、孔端面銑削和倒角加工，加工難度較大。

(a)主視圖

(b)后視圖

(c)剖視圖

2工藝分析

企業設計的缸體生產綱領為15萬件/年，合格率為99.9%，針對缸體三面七孔的加工，傳統加工企業一般采用搖臂鉆床或數控加工中心，采用搖臂鉆床加工時，工件需多次裝夾，加工效率低，精度無法保證；采用數控加工中心時，加工精度能達到要求，但是生產效率低，且成本高，無法滿足大批量生產要求。而數控專用機床是一種專門適用于特定零件和特定工序加工的機床，具有高效、自動化等優點，是大批量生產企業的理想裝備[7-9]。先進合理的夾具是工件加工質量及生產效率的重要保障，是專用機床的核心部件[10]；為縮短零件的加工周期，保證零件圖樣的技術要求，筆者團隊對缸體三面七孔的工藝做了設計與實驗，結果顯示：A面4孔及B面2孔采用粗、精鏜工藝即可達到技術要求；孔7分為兩段，里端小孔采用鉆、鏜復合加工工藝，外端大孔及端面采用鏜、銑復合加工工藝均可達到技術要求；在各孔需要倒角的位置在刀具上設置倒角刀，完成各孔的倒角。為更進一步提高生產效率及各孔的形位精度，設計專門的夾具及機床，使缸體的三面七孔在同一工序完成。設計的機床如圖2及圖3所示，機床主要由床身、數控滑臺、專用夾具、主軸箱、專用刀具、主軸電機、控制系統、冷卻系統等組成。

1.左伺服電機 2.左數控滑臺 3.左主軸電機 4.左主軸箱5.粗、精鏜復合刀具 6.工作臺 7.冷卻液過濾系統 8.鉆、鏜、銑復合刀具 9.后主軸電機 10.后數控滑臺 11.后伺服電機 12.后主軸箱 13.粗、精鏜復合刀具 14.右主軸箱 15.右主軸電機 16.右數控滑臺 17.床身 18.右伺服電機 19.電氣控制柜

圖2專用機床結構示意圖

圖3　機床實物

3夾具結構設計

3.1定位結構設計

零件在加工時，需對其六個自由度進行限制，并保證零件加工過程中正確的定位，使其位置保持不變，缸體類零件的孔加工一般采用一面兩銷的定位方式[11]，其定位方案如圖4所示，由φ10mm的定位銷9、定位芯軸3及兩塊工件支撐板14構成定位裝置對工件進行完全定位。

3.2夾緊機構設計

在實際生產時，加工過程中工件保持正確的定位位置不變是加工精度及安全生產的重要保障，故需要設計合理的夾緊方式及機構，保證工件正確的位置不變，避免加工過程中因位置變化造成工件的形位誤差達不到技術要求，甚至使工件在加工過程中飛出夾具，造成安全事故。本文在正確分析工件工藝情況、自身結構特點、方便上下料及夾具自動化程度等的基礎上，設計了圖4所示的夾緊機構。由圖4知，夾具上設置有三套夾緊機構，夾緊機構由氣缸8、接頭15、轉位支座14、回轉導桿16、螺旋導向槽11、導向銷20、壓緊板22及壓頭等組成。在圖4b中，氣缸向右運動時，通過接頭使回轉導桿向右并回轉運動，帶著壓板運動至圖4a所示的雙點劃線位置，松開工件，方便人工對已加工工件下料并對待加工工件定位；工件正確定位后，氣缸向左運動，拉緊壓板，對工件進行夾緊，保證加工過程中工件的正確定位位置固定不變，順利正確的完成各孔的加工。

1、7.夾具體 2.夾緊機構 3、12.定位芯軸 4、17.冷卻分配器 5.鉆、鏜、銑復合刀具 6.夾具安裝支座 8.夾緊氣缸 9.定位銷 10.粗、精鏜刀具 11.定位芯軸調節螺釘 13.定位支撐板 14.轉位支座 15.接頭 16.回轉導桿 18.冷卻液導管 19.工件安裝平板 20.導向銷 21.螺旋導向槽 22.壓板 23.深孔粗、精鏜刀具 24.鏜刀刀柄

圖4專用夾具結構

3.3夾具工作原理

由圖4知，夾具上料前，氣缸8通過接頭15推動回轉導桿16向右運動，由轉位支座14導向，同時，回轉導桿在螺旋導向槽21及導向銷20的作用下做回轉運動，帶著壓板22運動至松開位置，即圖4a雙點劃線位置，人工將待加工工件插入位銷9及定位芯軸3內，與定位支撐板14組成“一面兩銷”對工件定位，然后由氣缸8拉動回轉導桿16向左運動，由轉位支座14導向，同時，回轉導桿16在螺旋導向槽21及導向銷20的作用下做回轉運動，帶著壓緊板22運動至夾緊位置，即圖4a中實線位置，夾緊工件，完成工件的定位夾緊，啟動自動加工程序，同時完成發動機缸體三面七孔的鉆、鏜、銑加工內容，松開工件，人工下料，進入下一道工序，如此循環，對缸體各孔進行加工。

4結束語

(1)通過實驗與試制，開發的夾具應用于某機械制造企業的發動機生產線，發動機的實際加工生產節拍為40s/件，按每年工作280天，設備負荷率為0.80，兩班8小時的工作制度，實際年生產能力達到32萬件左右，遠超過企業對生產能力的要求；

(2)通過實際加工實驗及檢測，工件的各項精度均達到或超過企業要求；

(3)設計的機床與夾具在生產線上應用近兩年以來，沒有出現過任何大型故障，且機床各項精度均保持良好；

(4)由于設備運行狀況良好，為企業和社會帶來了較好的經濟效益，正在積極準備投產第二條生產線。

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(編輯趙蓉)

Motorcycle Engine Block Seven Holes on Three Sides Processing Special Fixture Design

XIAO Tie-zhong1,HUANG Juan1,LUO Jing2

(1. Department of Vehicle Engineering，Sichuan Engineering Technical College, Deyang Sichuan 618000,China;2. College of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054,China)

Abstract：The engine is one of the important parts of a motorcycle, which is a motorcycle "heart", so its processing and assembly precision directly determines the performance and quality of the vehicle. In this paper, aimed at the machining accuracy of a motorcycle engine block seven holes on three sides, by analyzing its structural characteristics and technical difficulties, the processing scheme of seven holes on three sides was determined, and workpiece positioning and clamping scheme were developed on the basis of process scheme, finally the structure and working principle of special fixtures were made instructions. Through the practical application of the designed fixture in the engine block production line, the accuracy of the cylinder seven holes on three sides have reached or exceeded the technical requirements of the enterprise, the cylinder tact is 40s / piece, and the actual annual production capacity reaches about 320,000 member.

Key words：block; process; special fixture; structure design

文章編號：1001-2265(2016)05-0126-03

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.05.035

收稿日期：2015-06-03

*基金項目：墊江縣汽摩配套產業發展分析與研究(CSTC2013JCCXB60001)

作者簡介：肖鐵忠(1986—)，男，湖南新化人，四川工程職業技術學院教師，碩士，研究方向為先進制造技術及裝備；通訊作者：黃娟(1987—)，女，四川人，四川工程職業技術學院教師，碩士，研究方向為機械電子工程，(E-mail)460046931@qq.com。

中圖分類號：TH122；TG65

文獻標識碼：A