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《摩托車技術(shù)》2017年第12期
摘要:針對重慶某發(fā)動機生產(chǎn)制造企業(yè)對發(fā)動機曲軸箱孔系加工精度及生產(chǎn)節(jié)拍要求，開發(fā)設(shè)計了一臺工藝、結(jié)構(gòu)、布局及性能等都針對曲軸箱加工的專用機床。對工件加工技術(shù)要求及難點進行分析后得出加工難點:工件材料軟，待加工孔不同面且加工精度較高，從而導(dǎo)致工件加工合格率及生產(chǎn)效率低。為解決此問題，擬定了全新的工藝方案，并確定了各項工藝參數(shù)，同時，對專用夾具工作原理進行了介紹。通過實際上線生產(chǎn)，工藝及裝備均滿足企業(yè)對加工精度及生產(chǎn)節(jié)拍的需求。
關(guān)鍵詞:曲軸箱，孔系;工藝方案
0引言
摩托車曲軸箱是摩托車發(fā)動機的核心組成零件。目前針對曲軸箱孔系加工的主要方法:一是利用搖臂鉆床多次裝夾逐孔加工，二是利用加工中心單次裝夾多刀加工［1-3］。利用搖臂鉆床加工時，因多次裝夾帶來定位精度低，加工效率低等缺點，利用加工中心加工時，加工效率低，生產(chǎn)成本高，難以滿足企業(yè)高精度、高效率及低成本的要求［4-5］。目前針對上述問題多從工藝及設(shè)備的研制上進行改進，根據(jù)高精度、大批量生產(chǎn)的要求，最重要的手段之一就是研制專用機床［6］。本文針對摩托車曲軸箱四面四孔加工，分析了加工難點，并提出了一次裝夾鉆鉸復(fù)合加工工藝方案，并對專用夾具做了詳盡介紹，企業(yè)采用此工藝及裝備后，產(chǎn)品單件加工時間在30s左右，設(shè)計的生產(chǎn)線年生產(chǎn)量在30萬件左右，遠超過企業(yè)實際生產(chǎn)任務(wù)要求標(biāo)準(zhǔn)。
1工件參數(shù)及技術(shù)要求
1．1工件參數(shù)名稱:CG125曲軸箱外形尺寸:311mm298mm223mm工件材質(zhì):壓鑄鋁合金YL102材料硬度:95HB工件重量:重約5kg1．
2技術(shù)要求及難點分析
被加工工件為某摩托車曲軸箱右體，企業(yè)給的技術(shù)圖樣如圖1所示，由圖知，本工序共有4個油道孔需要加工，其中有3個需精加工才能滿足加工精度要求，4個孔又位于不同的4個平面上，而所設(shè)計的工藝及裝備需滿足大批量生產(chǎn)(15萬件/年及以上)的要求。綜上，加工的主要難點體現(xiàn)如下:(1)工件材料較軟，易于加工，但是裝夾過程中易受力變形;(2)工件需加工的孔較多，且位于不同的平面，同時還需粗精加工集成至一道工序，不利于加工工序的安排;(3)工件是薄壁腔體類零件，在裝緊及加工時很容易因受力變形，給工件的裝夾及切削用量的選擇等均帶來較大的難度;(4)工件加工精度要求高，且長徑比大，給大批量生產(chǎn)的高效率要求帶來較大的困難。
2工藝方案的擬定
工件共有4個孔需加工，4個加工孔中，其中3個(5mm，6mm，7mm)需進行精加工，且4個孔分別位于4個不同的平面，如按傳統(tǒng)的加工方法:采用搖臂鉆床進行加工，則工件需進行多次裝夾，加工的孔可能既無法滿足位置度要求，也無法滿足加工效率要求;或者采用加工中心進行加工，雖可一次裝夾完成所有孔的加工，但是需多次換刀，工件需多次變位，無法滿足高效率、低成本的要求。故本文在對比上述兩種加工方案的優(yōu)劣后，采用工序集中的原則，將工件4孔的粗精加工集成在一道工序內(nèi)，重新設(shè)計工藝和設(shè)備，具體方案如圖2所示，在床身的中央設(shè)置專用夾具，對工件進行定位夾緊，夾具可帶著工件上下移動，工件4孔對應(yīng)的位置設(shè)置4個主軸箱，每個主軸箱上設(shè)置兩把刀具。當(dāng)夾具處于靠下的位置時，4個主軸箱分別對4孔進行粗加工，粗加工后，刀具退出，夾具帶著工件上升，4個主軸箱帶著刀具完成4孔的精加工。采用此工藝與設(shè)備后，既解決了搖臂鉆床加工精度不高的問題，又解決了加工中心效率低、成本高的問題。
3工藝設(shè)計
3．1油道孔加工工藝參數(shù)的確定
本文主要確定進給速度、主軸轉(zhuǎn)速及進給量等切削用量在內(nèi)的加工工藝參數(shù)。
3．1．1進給量的確定
進給量由孔直徑、深度、零件材料、表面是否平整、刀具的槽型角度、刀具的材質(zhì)、孔的精度、機床進給功率等諸多因素決定［7］。對于小直徑鉆頭鉆孔時，進給量過大可能使孔打偏或者直接導(dǎo)致鉆頭折斷，為避免鉆頭折斷或方向?qū)x取較小的進給量。此工件的4孔加工采用高速鋼刀具，查手冊加工鋁合金的進給量并結(jié)合實際的加工經(jīng)驗及各種因素［7］，鉸削與鉆削的進給量分別取0．04mm/r與0．08mm/r。
3．1．2主軸轉(zhuǎn)速的確定
材料的加工性是影響切削速度的主要因素之一，材料工藝性較差的工件采用較低的切削速度，反之亦然［8-9］。鋁合金的加工工藝性比較高，因此可采用較高的切削速度。結(jié)合實際加工經(jīng)驗，鉆削加工線速度(鋁合金加工)選取20m/min～50m/min，鉸削加工線速度為6m/min～15m/min。由于是多工位多工序加工，且加工孔徑較小，孔徑比較大，要適當(dāng)降低切削速度，故選用較小的鉆削線速度(20m/min)和鉸削線速度(6m/min)進行加工，加工5mm與6的油道孔，根據(jù)公式得出鉆削油道的主軸工作轉(zhuǎn)速分別為1274r/min和1062r/min，鉸削油道孔的主軸轉(zhuǎn)速為382r/min和318r/min，加工直徑1.5mm與3mm的小孔，主軸工作轉(zhuǎn)速分別為4246r/min與2123r/min。
3．1．3進給速度的確定
進給速度主要根據(jù)工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取［10-11］。根據(jù)機床性能及相關(guān)的手冊、結(jié)合實際經(jīng)驗，機床進給速度要跟主軸轉(zhuǎn)速、進給量等相匹配［7］。
3．2夾具設(shè)計
3．2．1定位與夾緊方案
工件的定位與夾緊方案如圖3所示。定位方式:一面兩孔，即曲軸箱與曲軸箱蓋的已加工箱蓋連接面(平面A)作為定位面，定位面上兩個8mm的孔作為定位孔。
3．2．2夾具的結(jié)構(gòu)及工作原理
專用夾具結(jié)構(gòu)如圖4及圖5所示，主要由夾具體、定位機構(gòu)、夾緊機構(gòu)等組成。在夾具體1上合適位置設(shè)置三個相同的滑動立柱，浮動定位軸18的上下運動由氣缸13帶動，夾具底板上兩個支撐墊3及浮動定位套8形成的平面，浮動定位套里安裝的浮動定位銷7共同形成“一面兩銷”，與工件上的加工平面A及定位孔(見圖4)配合對工件進行定位。氣缸11帶動支撐桿5上下移動，支撐桿帶動鎖緊馬崽4旋轉(zhuǎn)壓緊、松開工件，組成夾具的夾緊機構(gòu)。
4結(jié)束語
通過對工件加工難點的分析，總結(jié)了傳統(tǒng)加工工藝方案及設(shè)備加工的優(yōu)劣，利用工序集中原則，提出了一次裝夾，多刀多工位同時加工的方案，使工件加工的精度、效率及成本等都達到很好的效果。實際生產(chǎn)表明，采用此工藝及設(shè)備后，產(chǎn)品單件加工時間在30s左右，年生產(chǎn)量在30萬件左右，遠超過實際生產(chǎn)任務(wù)要求標(biāo)準(zhǔn)。
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作者：李梁；滕峻林；肖鐵忠；趙勇 單位：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院