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工序集中实现曲轴油孔的高效加工是嘛

发布时间:2021-07-17 10:12:28 阅读: 来源:智能家居厂家

工序集中实现曲轴油孔的高效加工

曲轴油孔加工是曲轴加工中的难点之一,除了具有深孔加工的特点外,还因为孔与孔之间是三维分布。由于各断面尺寸、形状和刚度均不同,因此给定位、夹紧、钻孔及冷却等都带来很大难度。目前,比较传统的加工方法是:工序分散的并行加工工艺,且大多采用复合刀具。这样的工艺占地面积大、干扰因素和不确定因素多、刀具复杂且管理成本较高。

由于我公司车间厂房比较狭小,如果采取传统工艺很难适应我公司的生产需要。这就要求我们工序集中在单台设备上完成曲轴油孔系的全部加工,进一步提高效率。下面介绍一下我公司现在使用的加工工艺,不仅做到了在单台设备上一次安装后完成全部油孔系加工,而且提高了加工效率,降低了成本,不失为一种值得大家借鉴的工艺方法。

曲轴油孔系及加工要求

1. 我公司的曲轴加工线是一条全自动化生产线,其节拍为150s。受场地限制,只能采用工序集中的原则组成自动化生产线。在建线初期经综合技术评定,在方案审查时,最终同意采纳在一台专机上完成油孔系所有孔的加工工艺。

2. 从图1中可以看出,有4个φ5.5mm×52mm主轴颈通孔,4个φ5.5mm×100mm两两向反15°的主轴颈油孔与连杆轴颈油孔贯通的孔,同时,尝试采用带中心注油孔的麻花钻刀具实施孔加工。

图1 长安铃木公司目前生产的四缸发动机曲轴结构

3. 曲轴毛坯材料是中碳锰钒合金钢,其硬度是HB230~285。

4. 刀具采用普通硬质合金涂层麻花钻。

曲轴油孔系加工专用机床

本专用机床设置左右两个主轴头Ⅰ和Ⅱ,这样的设置也是为了进一步提高生产效率。下面对图2中各主要部件的运动和功能做以描述:首先曲轴安装到本专机上时,按照图1主视图水平放置在头架和尾架之间。图2中各部件均处于垂直平面之内,本专机的坐标系如图3。主轴头Ⅰ和Ⅱ各自有X、Y、Z三个方向的平动,还有各自B向转动,钻头的主切削运动,并能实现自动换刀。其基本参数见表1、2、3。头架和尾架实现夹紧,并带动曲轴C向转动。尾架可以延X轴向移动,实现曲轴投入本机。其基产业政策环境的大力支持本参数参见表4。定位夹具可延X轴向移动,实现曲轴安装时的相位定位,并抵抗曲轴在钻孔时的切削力。主轴头Ⅰ和Ⅱ两侧各设置一个刀库,刀库中设有刀具监测装置,发现有刀具折断时,设备自动报警,防止因刀具折断对设备和曲轴造成破坏。此外,电气控制系统采用西门子系统。

表1 主轴头Ⅰ和Ⅱ线性移动技术参数

图2 专用机床的轴系分布

表2 主轴头Ⅰ和Ⅱ的B向旋转技术参数

表3 主轴头Ⅰ和Ⅱ主轴参数

图3 专机坐标系

加工工艺过程

1. 安装曲轴:由于是全自动线,上下曲轴均由机械手完成。安装曲轴时,主轴头Ⅰ和Ⅱ延Y方向后退,定位夹具和尾架延X方向前进至规定位置,定位夹具(见图4)有两个夹爪和一个顶升油缸,这时两个夹爪张开,顶升油缸处于落下位置。机械手将曲轴送入,夹爪合拢曲轴相位被定位,头架和尾架同时夹紧,顶升缸顶起。曲轴被准确定位夹紧到位。用时10s。

图4 定位夹具

2. 使用短钻头钻4个φ5.5mm×52mm孔,利用C轴转动180°,对钻曲轴轴颈油孔;左侧主轴头Ⅰ钻左侧2个油孔,右侧主轴头Ⅱ钻右侧2个油孔;用时40s(刀具No.1与曲轴之间姿态改变8次)。

3. 铣削连杆轴颈油孔平台,用时10s(刀具No.2与曲轴之间姿态改变4次)。

4. 钻削连杆轴颈油孔引导孔,用时10s(刀具No.1与曲轴之间姿态改变4次)。

5. 钻削4个φ5.5mm×100mm连杆轴颈油孔与曲轴颈油孔的连接孔,用时40s(刀具No.3与曲轴之间姿态改变4次拜耳材料科技以其在欧洲长时间使用的经验技术)。

6. 曲轴颈油孔两端倒角,用时10s(刀具No.4与曲轴之间姿态改变8次)。

7. 曲轴颈油孔内去毛刺,用时10s(刀具No.1与曲轴之间姿态改变4次)。

8. 连杆轴颈油孔去毛刺,用时10s(刀具No.4与曲轴之间姿态改变4次)。

9. 主轴头Ⅰ和Ⅱ退出,机械手下料,用时10s。

实现高效钻削曲轴油孔系的措施

实现高效加工一般有以下几个大的方向:

1. 设备本身能适应高速、深孔连续切削要求

从曲轴加工工序的各分工步可以看出,刀具与曲轴之间的姿态变换达36次。为了满足加工效率的要求,设备自身动态性能必须稳定。床身采用非金属整体浇注,并与地面采用非刚性连接;尽可能减小移动部件质量(采用高速电机,皮带传动);提高移动部件移动副的刚度(采用有预压力轨道);尽可能减少设备其他部分的振动(刀库门运动中的振动,设备防护门在设备运行中的振动)对加工的影响。

头架、尾架和定位夹具部分整体安装在床身上面,他们的运动所产生的振动大部分被床身全部吸收,并且在实际钻孔过程中,仅有C轴旋转运动,不会对主轴头产生明显的影响。从表4中可以看出,头架的静态刚度是比较高的。此外,主轴头Ⅰ、Ⅱ的前轴承尽可能安装在离钻头近的地方。表4 头架C向旋转技术参数

刀库分为用软胶代替硬胶的仪表板左右2个,尽可能减小刀库的质量(实际设计刀库容量最大是4把刀),以避免一个主轴头在加工,另一个主轴头在有4分之3以上是热风塑料造粒机换刀所产生的影响。定位夹具的顶升油缸的压力可以设定,最大限度地保证曲轴在钻孔时的刚度需要。

2. 满足本工序精确要求的定位精度

由于各轴采用实时控制,有效保证了曲轴和刀具时时处于正确的位置状态下。这样设备时时处于监控中,一遇异常立刻报警。B向旋转和C向旋转要求定位精度是0.003°;X、Y、Z向的移动定位精度是0.007mm。

综合上述1、2项,由于我们采取了各种措施提高并保证设备的动态刚度和定位精度,为高效钻孔的实现搭建了一个可靠的硬件平台。

3. 刀具和刀具更换

刀具采用普通硬质合金涂层麻花钻。为了提高刀具耐用度,除采用了已经非常成熟的刀具涂层技术外,还采用微量润滑技术。曲轴毛坯硬度:HB230~285。

在上述条件下,我们钻4个φ5.5mm×100mm连杆轴颈油孔与曲轴颈油孔的连接孔时,切削速度是80m/min,进给速度是每转0.25mm;其他情况下的切削速度是100m/min,进给速度为每转0.3mm。经过我们的摸索,刀具重磨寿命最短是No.3(见表5)达到170件后提示准备换刀。当达到这一重磨要求时,其钻孔长度已达70m,远高于相同条件下刀具的耐用度。同时,为了实现刀具自动更换,采用了HSK-A 40标准接口刀柄,除换刀实现自动外,也便于修磨作业。表5 各刀具使用寿命

由于采用了刀具涂层技术和微量润滑技术,不仅使刀具的使用寿命大为延长,更提高了加工效率;采用微量润滑技术除保证使用麻花钻连续不间断钻削深孔,而且由于不再使用切削液,也避免了切削液系统不稳定带来的不利影响,使制造成本大大降低。

4. 缩短辅助时间

为了尽可能缩短辅助时间,对刀具地使用进行了充分的优化,从表5可以看出,全部加工只使用了4把刀具,这样不仅缩短了辅助时间,也有效地降低了制造成本和管理成本。在整个150s加工循环中,刀具切削实际时间不足70s,大量的时间用于刀具与曲轴的姿态调整。精确的定位和定位可靠确认,交由设备自身完成并确认,平均分配到每次姿态调整的用时也只有2s左右。

另外,通过不断地探索,我们掌握了各种刀具的最短使用寿命,并设置在刀具参数表中,换刀后当前被加工曲轴数达到预警件数,系统自动做出预警,提示及时准备更换对应编号的刀具。表6 曲轴材质化学成分

综合上述3、4项,由于我们在工艺方面采取的各项积极措施,使高效加工和降低制造成本得以同时实现,满足了整条曲轴生产线协调有序生产的需求。通过一年半的实际运行,证明该设备达到了我们初期的预想效果。

总结

高效加工和降低制造成本两者往往是矛盾的。我们利用现代技术,尝试使两者在现有的技术水平下达到我们希望的统一水平,并且取得了预期的结果。我们相信,未来会有更多更好的解决方案应用于生产中。 (end)

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