一種新型發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床

馮如意

摘要：文章介紹了一種專門針對汽車發動機裂解式連桿大小頭孔半精鏜、精鏜加工的高檔數控機床。該機床是由沈陽機床成套設備有限責任公司承制該課題而研發設計的發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床，形成擁有自主產權的生產工藝和一條年產量60萬件以上連桿加工生產線，滿足汽油發動機15萬臺以上的配套能力，并實現市場應用。

關鍵詞：汽車發動機；裂解式連桿；大小頭孔；精鏜加工工藝；數控機床 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH16 文章編號：1009-2374（2017）08-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.010

1 機床結構

發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床，該機床基本系統由電氣控制系統、液壓系統、排屑及冷卻過濾系統、夾具系統、刀庫系統組成，其特征在于整體機床采用三坐標結構。X軸傳動、Y軸傳動、Z軸傳動分別由主軸箱、立柱、托板、主床身實現，加上控制系統、液壓系統、排屑及冷卻過濾系統構成一臺專用數控機床，其總體平布布局如圖1所示：

發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床包含X軸、Y軸、Z軸、A軸以及TM軸（刀庫伺服運轉）五個數控軸（如圖2所示）。

X軸平行于地面并與Y軸和Z軸垂直，X軸是使立柱移動的數控直線軸，以實現工件左右方向不同位置的加工，Y軸垂直于地面并垂直于Z軸和X軸，Y軸是使主軸箱上下移動的數控直線軸，以實現工件上下不同位置的加工，Z軸平行于地面并與X軸和Y軸垂直，Z軸是使托板移動的數控直線軸，以實現工件前后方向不同位置的加工，A軸為數控回轉軸，其回轉軸線平行于X軸，使工件沿平行于X軸方向回轉，以實現工件不同角度的加工，夾具系統固定在平行于地面的A軸上，繞A軸旋轉，A軸分度夾具是X軸、Y軸、Z軸三個數控軸的方位參照基準軸。主軸箱包含兩個互相平行的電主軸，它們被安裝在主軸箱上同時運動，可以同時加工兩個工件。夾具固定在A軸上，夾具系統分兩個工位：加工位和裝載位，每個工位可同時安裝兩個工件。

該機床將高精度A軸分度夾具與機床三坐標結構通過一套電氣控制、液壓、排屑及冷卻過濾系統、刀庫系統、夾具系統組合為一體，可以實現一次裝夾，同時完成兩個工件的徑向和軸向不同角度和位置的鉆削和鏜銑加工。

2 機床的工作原理

發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床（如圖1和圖2所示）包括操作面板1、外防護2、主機3、電氣控制系統4、冷卻過濾系統5、主軸冷卻機6、排屑系統7、油冷機8及液壓系統9，從圖中的機床坐標軸側圖可見主機由主床身10、X軸滑鞍11、立柱12、主軸箱13、主軸14、刀庫15、刀庫支架16、A軸轉臺17、轉臺尾座18、A軸基座19、夾具系統組成。三坐標單元包括主床身10、X軸滑鞍11、立柱12、主軸箱13、主軸14。夾具所固定的A軸系統包括A軸轉臺17、轉臺尾座18、A軸基座19。由圖2可見三坐標單元與A軸系統之間的關系，三坐標單元由其特征在于主床身10、X軸滑鞍11、立柱12、主軸箱13、主軸14組成；TM軸為刀庫運轉伺服軸獨立安裝在床身之上，可以極大地利用機床空間布局；A軸系統包由其特征在于A軸轉臺17、轉臺尾座18、A軸基座19組成；三坐標單元與A軸系統是各自獨立的裝置，三坐標單元位于A軸系統的正后面，三坐標單元加上A軸系統，再加上刀庫、刀庫支架、夾具系統，通過一套電氣控制系統4、操作面板1、外防護2、冷卻過濾系統5、主軸冷卻機6、排屑系統7、油冷機8及液壓系統9，見圖1和圖2，將所有裝置構成一臺完整的專用數控機床；發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床，有X軸、Y軸、Z軸、A軸四個數控軸，平行于地面的A軸系統是X軸、Y軸、Z軸三個數控軸的方位參照基準軸。

Z軸與地面保持水平、沿刀具軸線方向移動的數控直線軸，其中Z軸主要完成鉆削和銑削的進給。X軸平行于地面并與Y軸和Z軸垂直，X軸是使三坐標單元沿床身寬度方向移動的數控直線軸，以實現對A軸夾具上工件不同位置的加工。Y軸垂直于地面并垂直于Z軸和X軸，Y軸是使Z軸上下移動的數控直線軸，以實現工件上下不同位置的加工。A軸為數控回轉軸，其回轉軸線平行于X軸，以實現雙工位工件的加工。

液壓系統、排屑及冷卻過濾系統按機床行業常規技術要求配置，通過管路連接到達各執行元件。

電氣控制系統主要采用數字控制系統用于各加工軸的位置控制，液壓系統主要用于各旋轉數控軸的到位鎖緊，排屑及冷卻過濾系統的設計滿足深孔加工刀具的使用要求。

機床共有軸向及徑向2個加工單元，2個動力主軸，5個伺服軸，M代碼控制油缸電磁換向閥的電磁鐵，實現油缸運動，G代碼為系統基本功能指令，控制伺服電機及X、Y、Z、A軸伺服電機和動力主軸電機，控制伺服軸移動與差補。

3 連桿精鏜加工工藝

以被加工零件A150連桿為例，其加工精度要求

如下：

加工后精度是：加工工件大孔直徑公差-0.016mm/0mm；小孔公差+0.008mm/+0.015mm，大頭孔圓柱度≤0.007mm，小頭孔圓柱度≤0.005mm；大小孔中心距公差<±0.02mm；小頭孔中心線對大頭孔中心線的平行度≤Φ0.02mm；大孔對端面垂直度≤Φ0.02。

生產線能力Cmk值≥1.67；設備利用率≥85%。

該機床對A150連桿大頭孔半精鏜、精鏜采用復合刀形式進行加工，一次成型保證加工精度，機床對工件的加工精度已經通過國家機床質量監督檢驗中心的鑒定完全符合用戶要求，同時申請了國家發明專利。

4 發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床（SUC200H2）的優勢及市場展望

該機床對孔系零件的加工具有較強的優勢，其對稱機構的設計使機床多主軸的布置變得更為合理，同時機床的加工區與上料區互補干涉以及加工零件時采用復合刀具，可以極大地縮短零件的加工節拍，提高加工

效率。

近年來我國汽車行業發展十分迅猛，汽車發動機零部件的加工逐漸成為我國汽車行業發展的瓶頸，發動機裂解式連桿大小頭孔精加工數控機床是將數控技術、智能技術、可靠性設計等結合起來研發的一種新型高檔數控機床，可以極大地提高汽車發動機關鍵零部件連桿的大、小頭孔精加工的效率，對于提升企業市場競爭力具有重大意義。同時我們也可以在該高檔數控機床的基礎上通過可靠性設計研發三主軸及四主軸結構的高速臥式加工中心數控機床，提高產品的檔次和技術含量，填補國內機床行業空白。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）