缸體主軸承座側面加工專用機床的研制

丁偉明，王龍欣，陳 濤，邵志騁，呂 軍

(中國通用技術集團大連機床有限責任公司，遼寧 大連 116620)

0 引言

圖1 加工位置圖

缸體主軸承座側面加工機床是針對發動機缸體類重載切削主軸承座兩側面加工的一種專用機床，在船用、汽車發動機缸體等加工行業廣泛應用。以往此類機床多為異步電機干式加工，作業環境粉塵污染嚴重、噪音大、人工控制、加工效率低下。為解決行業顯性問題，本文介紹的缸體主軸承座側面加工專用機床在結構、布置形式等方面進行了創新研制，采用變頻電機濕式加工，全封閉防護、桁架機械手自動上下料、并在關鍵部件設置了傳感器，實現了低噪音、自動控制，大大提高了加工效率，同時主軸承座側面加工的精度、直線度、表面光潔度等質量環節得到了改善。

1 方案設計

1.1 機床工藝方案

缸體主軸承座側面加工機床同時加工7檔主軸承座共14個側面，缸體材料HT250[1]，加工節拍≤3.2分鐘/件。加工位置圖及工件實物如圖1、圖2所示，加工技術要求如表1所示。

圖2 工件實物

表1 加工技術要求

基于上述加工要求，工藝方案設計為：專用銑刀盤[2]，冷卻液過濾精度50 μm；銑削速度72.8 m/min；每轉進給S01=1.8 mm/r；S02=0.6 mm/r；進給速度Sm1=180 mm/min；Sm2=40 mm/min。

1.2 機床總體方案

按照1.1節機床工藝方案及用戶技術協議要求，本機床設計為單面臥式數控缸體主軸承座側面加工機床，桁架機械手自動上下料，提高輸送節拍，并利用有限的空間完成工件姿態的轉變，夾具自動液壓定位夾緊，加工區域全封閉防護，增設自動防護門，自動清洗，并帶有吸霧裝置，降低機床切削液產生的霧氣對車間及大氣的污染。

機床占地面積根據用戶給定的車間平面圖，在有限的空間內滿足對用戶自動線的銜接，此機床工件為發動機缸體，前道工序與本序工件姿態不一致，前序為輥道輸送(工件輸送有連續平面)，本序加工無連續輸送平面，傳統送料方式為抬起步伐輸送帶，占地面積大，姿態改變需要增加翻轉機構，本機床為桁架機械手，減少了機床的占地面積，充分利用有限的空間完成工件姿態的轉變。機床總體方案如圖3所示，成品裝配如圖4所示。

圖3 機床總體方案

圖4 成品裝配

2 機床關鍵部件

2.1 工件夾具

工件夾具為液壓夾具，采用缸體左側面為基準面及左側面上2-φ20H7定位銷的定位方式，自動夾緊[3]，定位元件全程氣密檢測。根據機床指令，缸體從上料輥道處通過桁架機械手將工件翻轉90°，運至機床上方，打開機床防護門，夾具上蓋回原位，夾具內有無料開關顯示無料時，桁架機械手將缸體置于夾具定位塊上，桁架機械手返回，夾具上蓋送進到位，驅動為油缸，直線導軌導向，當夾具上蓋到位后，液壓鉗制器抱緊，缸體左側面三點定位，三點輔助支撐[4]，工件頂面四點輔助支撐，用于抵抗切削力，桁架機械手撤回，防護門關閉，工件夾緊(楔鐵機構，增加夾緊力，此夾緊力為油缸夾緊力的2.2～2.4倍)，進行氣密檢測，目的是為了檢測工件是否到位，并驗證前道工序定位基準的平面度，等待加工。此夾具設置有大流量沖屑，排屑能力好，不積屑，夾具結構合理，便于維修。液壓卡具、楔鐵機構如圖5、圖6所示。

圖5 液壓卡具 圖6 楔鐵機構

2.2 傳感器(實時數據采集)

數據采集是指從傳感器和其他待測定設備等模擬和數字被測單元中自動采集信息的過程。數據采集系統是結合基于計算機的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統[5]。

數據采集的目的是為了測量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等物理現象。基于PC的數據采集，通過模塊化硬件、應用軟件和計算機的結合，進行測量。盡管數據采集系統根據不同的應用需求有不同的定義，但各個系統采集、分析和顯示信息的目的卻都相同。數據采集系統整合了信號、傳感器、信號調理、數據采集設備和應用軟件[6]。

本機床關鍵部件采用了特殊傳感器，用于采集機床的主軸振動、溫度、流量及液位等，對機床的常見故障機維修等都有很好的保養及保障作用。特殊傳感器如圖7所示。

圖7 特殊傳感器

2.3 自動化生產(邏輯互鎖)

自動化是指研制系統代替人或輔助人去完成人類生產、生活和管理活動中的特定任務，減少和減輕，人的體力和腦力勞動，提高工作效率、效益和效果。采用自動化不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來，而且能極大的提高生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。

本機床在自動生產過程中不需要人工干預，能夠實現單機自動循環，并且在用戶現場整條發動機生產線中能夠通過交互信號實現無縫銜接。機床動作循環圖如圖8所示。

圖8 機床動作循環圖

2.4 全封閉防護

以往的組合機床多為半敞開防護[7]，污染較大，容易出現跑、冒、滴、漏等現象。目前綠色環保是現代制造業的發展趨勢，為此該機床設計為帶有油霧分離裝置的加工區域全封閉防護，有效的避免粉塵、油霧溢出、冷卻液外流的現象，極大的改善了車間的環境污染。該機床全封閉防護如圖9所示。

圖9 全封閉防護

根據機床夾具需求，在防護上蓋的合適位置使用穿壁接頭，對液壓、氣動、電器等進行合理化走管、走線，既減少了因在防護上打孔帶來漏液、漏氣的可能性，又使管路布局合理、規整。本機床為桁架機械手上下料，因此封閉區域的上蓋需要設計成可移動的防護門供機械手通過。氣缸驅動防護門[8]，并用直線導軌導向，關閉可形成加工區域的上蓋封閉。

3 結束語

該機床已被用戶完成終驗收并持續使用，證明本專用機床的研制已通過驗證。主軸承座側面加工機床雖然是加工常見的加工形式之一，但隨著近年來對機床數控化、智能化、柔性化等要求的提升，仍需要不斷優化該類機床結構，提升產品精度、性能，使該類機床具有工作穩定、可靠、效率高、噪聲低、環保、維護簡單，成本低等特點，使其更具有市場競爭力。