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曲軸孔作為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的重要孔系和設(shè)計(jì)及定位基準(zhǔn), 其加工質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配精度及整體運(yùn)轉(zhuǎn)性能。曲軸孔的形狀精度、位置精度要求高,在專用機(jī)床上用鏜刀加工曲軸孔或在加工中心上掉頭鏜曲軸孔,存在各種局限性,近來采用帶推拉桿的加工中心展開式鏜刀加工逐漸被關(guān)注和應(yīng)用。
帶推拉桿的展開式曲軸加工方法
帶推拉桿的展開式曲軸孔鏜刀,具有收刀、脹刀加工、自動(dòng)換刀及直徑自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ?。以某發(fā)動(dòng)機(jī)缸體曲軸孔的加工為例, 對(duì)采用帶推拉桿的加工中心展開式曲軸孔鏜刀應(yīng)用進(jìn)行分析,通過刀具推拉桿的軸向移動(dòng),實(shí)現(xiàn)半精鏜刀片和精鏜刀片的徑向收刀、脹刀,以及直徑方向刀具補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/span>
圖1 刀具推拉桿軸向位置
1.刀具推拉桿位置
如圖1、圖2所示,以某具有脹刀功能的曲軸孔鏜刀為例,對(duì)刀具推拉桿位置進(jìn)行說明。
-換刀位置。推拉桿基準(zhǔn)距離 HSK 刀柄端面32±0.005 mm。
-正常加工位置。推拉桿基準(zhǔn)距離 HSK 刀柄端面 56 mm。
-補(bǔ)償極限位置。
圖2 刀具推拉桿位移量與脹刀量
推拉桿基準(zhǔn)距離HSK刀柄端面59mm。刀具推拉桿的軸向位移量是通過控制主軸推拉桿的軸向位移量來實(shí)現(xiàn)的。
2.曲軸孔半精鏜、精鏜前后刀片距離孔壁間隙
在展開式曲軸孔鏜刀處于收刀狀態(tài)下,半精鏜刀片至孔壁間隙,鏜前尺寸為0.795mm,鏜后尺寸為0.63mm。精鏜刀片至孔壁間隙,鏜前尺寸為1.41mm,鏜后尺寸為1.25mm。可見, 鏜前進(jìn)刀過程中半精鏜刀片和精鏜刀片不會(huì)有磕碰孔壁的情況發(fā)生, 為采用加工中心進(jìn)行曲軸孔鏜削加工并在鏜刀導(dǎo)向端支撐創(chuàng)造了條件。
圖3 脹開式鏜刀結(jié)構(gòu)
3.展開式曲軸孔鏜刀脹刀原理
加工中心主軸推拉桿與刀具推拉桿連接, 通過控制主軸推拉桿往返位移來實(shí)現(xiàn)刀具推拉桿的錐度楔塊驅(qū)動(dòng)頂銷作徑向移動(dòng),頂銷頂起刀夾。同時(shí),通過刀夾旋轉(zhuǎn)軸壓縮復(fù)位彈簧, 實(shí)現(xiàn)刀片的徑向脹刀和直徑補(bǔ)償。
圖4 脹開式刀具工作原理
主軸推拉桿向前移動(dòng) ,帶動(dòng)刀具推拉桿向前移動(dòng),彈簧使刀夾復(fù)位。刀片徑向收刀到位,在收刀狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)無切削進(jìn)刀和退刀。主軸推拉桿將刀具推拉桿推至換刀位置,加工中心實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。
圖5 展開式曲軸孔鏜刀末端結(jié)構(gòu)
4.換刀結(jié)構(gòu)
展開式曲軸孔鏜刀通過刀具推拉桿與主軸推拉桿連接,主軸推拉桿帶動(dòng)刀具推拉桿在換刀位置旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行換刀。主軸推拉桿末端和刀具推拉桿前端通過鍵與鍵槽連接并固定,以保證連接的穩(wěn)定性。同時(shí),這一刀具采用內(nèi)冷方式冷卻,可以保證刀具冷卻的充分性。
圖6 刀具推拉桿末端結(jié)構(gòu)
5.主軸換刀原理
由于展開式曲軸孔鏜刀具有脹刀功能,因此對(duì)加工中心主軸結(jié)構(gòu)也有特殊要求,方可滿足展開式曲軸孔鏜刀的換刀需求。
主軸推拉桿與刀具推拉桿結(jié)構(gòu)如圖7所示。在加工狀態(tài)下,主軸推拉桿鍵槽和主軸嚙合鍵嚙合,主軸推拉桿帶動(dòng)刀具與主軸同步旋轉(zhuǎn)。收刀狀態(tài)下,主軸推拉桿向前移動(dòng)至加工收刀位置, 主軸推拉桿與殼體固定零件嚙合,主軸推拉桿相對(duì)于殼體固定零件保持靜止。
圖7 主軸推拉桿與刀具推拉桿結(jié)構(gòu)
主軸換刀時(shí), 刀具推拉桿和主軸推拉桿均處于換刀位置,主軸推拉桿插入殼體固定零件的鍵槽,然后主軸推拉桿旋轉(zhuǎn) 90°, 刀具推拉桿和主軸推拉桿完全嚙合或脫開,完成換刀動(dòng)作。由于在換刀狀態(tài)下, 主軸推拉桿插入到殼體零件固定的鍵槽中,因此換刀時(shí)推拉桿的角度是固定的。
以盤式刀庫為例,運(yùn)動(dòng)學(xué)換刀方式需要主軸在某個(gè)傾斜角度換刀,帶有推拉桿的主軸無法滿足該刀庫的換刀角度要求, 所以需要采用換刀臂式換刀方式換刀臂末端可以旋轉(zhuǎn),從而滿足對(duì)換刀角度的要求。
曲軸加工工藝分析
展開式曲軸孔鏜刀加工工藝具有較高的加工生產(chǎn)率,加工精度能滿足要求,因此采用曲軸孔兩刀兩工序加工。為滿足和提升生產(chǎn)效率,在鏜桿上安裝了四組刀片,同時(shí)完成半精鏜、精鏜加工。
加工工藝為:主軸推拉桿和刀具推拉桿處于收刀位置→曲軸孔鏜刀軸向進(jìn)給至加工位置→主軸推拉桿軸向拉動(dòng)刀具推拉桿至加工位置,半精鏜、精鏜刀片脹刀到位→曲軸孔鏜刀半精鏜、精鏜加工→半精鏜、精鏜加工完成→主軸推拉桿軸向推動(dòng)刀具推拉桿至加工收刀位置→在刀片處于收刀狀態(tài)下退刀。
曲軸孔鏜刀鏜模結(jié)構(gòu)
曲軸孔鏜刀鏜模的結(jié)構(gòu)主要分為四種:單支撐前引導(dǎo)鏜模、單支撐后引導(dǎo)鏜模、雙支撐后引導(dǎo)鏜模、前后支撐引導(dǎo)鏜模。由于加工中心主軸的剛性和定位精度等都較好,因此一般采用單支撐后引導(dǎo)鏜模。
圖8 曲軸孔鏜刀鏜模結(jié)構(gòu)
為使鏜桿能準(zhǔn)確、順利地進(jìn)入鏜套,鏜刀鏜桿導(dǎo)向條上設(shè)置有導(dǎo)向鍵,鏜套上開鍵槽,同時(shí)通過液壓定位插銷保證鏜套上導(dǎo)向槽的位置固定,從而確保鏜套鍵槽和刀具導(dǎo)向桿上導(dǎo)向鍵之間的相對(duì)位置。
工作時(shí),主軸選擇鏜刀并旋轉(zhuǎn)至固定位置,然后軸向進(jìn)刀,通過刀具導(dǎo)向桿上導(dǎo)向鍵與鏜套上導(dǎo)向槽配合連接,對(duì)刀具精確定位。
由于展開式曲軸孔鏜刀具有直徑補(bǔ)償功能,減小了因刀片磨損而引起的曲軸孔直徑變化,過程能力指數(shù)相比傳統(tǒng)曲軸孔加工方式更高,加工穩(wěn)定性更好。通過與傳統(tǒng)曲軸孔加工方案的比較,并對(duì)展開式曲軸孔鏜刀在加工中心進(jìn)行應(yīng)用研究,刀具自動(dòng)補(bǔ)償功能提高了加工效率和加工穩(wěn)定性,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體機(jī)加工具有一定的指導(dǎo)意義。