CN100531979C - 柴油机机体高精度多档轴孔加工工艺方法及加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的柴油机机体高精度多档轴孔加工工艺方法，加工部件装夹在数控加工中心工作台(1)上，使机体轴孔(19、20)与机床主轴(22)成90°角；机体轴孔加工由程序控制坐标定位、分档加工；在机床主轴与加工用镗刀头(6)之间具有附件头(11)，使其与机床轴孔方向一致，机床主轴通过附件头带动镗刀头沿机体轴孔方向进给，完成柴油机机体多档轴孔加工。本发明提出的加工方法适应轴向开档数多、加工精度高、小批量机体的轴孔加工，较好解决大型箱体类零件贯穿全长的高精度多档轴孔加工的技术难题。本发明提出的加工装置结构设计紧凑，加工进给、退出时，与零件开档侧壁间隙仅有1.5～1.75mm，此设计既保证不与零件开档侧壁发生干涉，又最大限度利用机体开档空间。
Description
技术领域
本发明属于柴油机机械加工技术，主要涉及一种柴油机机体高精度多档轴孔加工工艺方法及加工装置。
背景技术
机体是柴油机最大的箱体类零件，用于支撑、连接和固定柴油机零部件。在柴油机工作时，曲轴、凸轮轴与安装在机体主轴孔、凸轮轴孔里的轴瓦、铜套之间形成油膜，保证了柴油机平稳运转，油膜的形成建立在主轴孔与主轴瓦、凸轮轴孔与凸轮轴铜套之间的高精度配合之上，因此，高速柴油机对机体各轴孔尺寸、形状及位置都提出了很高的精度要求，以达到各运动部件之间的啮合精度、运转性能。
柴油机机体主轴孔、凸轮轴孔的加工，根据采用的加工设备不同分三种方法：一是采用专用机床加工。该方法是沿机体轴孔方向进刀，一次进给加工各档轴孔，该加工方法加工质量稳定，生产效率高，但需专用机床，投入成本高，仅适合于大批量生产，我厂MWM234系列柴油机机体即采用此方法，多年来加工质量稳定，生产运行可靠；二是采用普通镗床配专用夹具加工。该方法也是沿机体轴孔方向进刀，一次进给加工各档轴孔，仅适合于轴向开档数较少的机体，生产效率低，我厂MWM604L6/V12、MWM620V8/V12柴油机机体即采用此方法；三是采用数控加工中心配标准动力头加工。该方法动力头与轴孔成90°夹角方向，从油底壳面进刀加工主轴孔，从侧面观察窗进刀加工凸轮轴孔，它只适用于轴向开档尺寸及观察窗宽度尺寸大于500mm的箱体零件加工。前两种方法的加工原理都是机床主轴与机体轴孔保持平行，利用镗模导向镗杆进行加工，精度完全依靠夹具模板导向精度，第三种方法精度由机床保证，但因受标准动力头结构尺寸制约，只适用于轴向开档尺寸及观察窗宽度尺寸较大的机体。
我厂MWM620V16柴油机机体，轴向开档数为九挡，轴向开挡尺寸为194mm，总长达2130mm，轴孔精度H6，坐标精度±0.025mm，轴孔同轴度φ0.06mm，相邻两档同轴度φ0.02mm(见图1、图2)。可见该机体精度高、轴向开挡尺寸小，且生产批量小，以上任一方法都无法满足MWM620V16柴油机机体的加工要求。
发明内容
本发明目的是提出一种柴油机机体高精度多档轴孔加工工艺方法及加工装置，使其适应于轴向开档数多、加工精度高、小批量生产的柴油机机体的轴孔加工，以解决大型箱体类零件贯穿全长的高精度多档轴孔加工的技术难题。
本发明完成其发明任务采取的技术方案是：加工部件装夹在数控加工中心工作台上，使机体轴孔与机床主轴成90°角，即保证机体油底壳面既与机床主轴垂直又与工作台垂直，并使机体轴孔方向与工作台平行；机体轴孔加工由程序控制坐标定位、分档加工；在机床主轴与加工用镗刀头之间具有附件头，即镗刀头与机床主轴之间通过附件头连接，利用附件头将机床主轴的切削动力传递给镗刀头并将机床动力方向旋转90°，使动力方向与机体轴孔方向一致，机床主轴通过附件头带动镗刀头沿机体轴孔方向进给，完成柴油机机体多档轴孔加工；即先将机床主轴带动附件头及前端的镗刀头定位到机体飞轮端面的外侧，并使镗刀头轴线与被加工轴孔的轴线重合，沿轴孔方向进给加工出第一档轴孔；完成第一档轴孔加工后，机床主轴带动附件头、镗刀头退出轴孔表面并退出机体油底壳面，机床主轴再带动附件头、镗刀头在机体油底壳面外沿轴向进给到第一、二轴承座中间空档位置，进入空档内并使镗刀头定位到被加工轴孔中心，沿轴孔方向进给加工出第二档轴孔；完成第二档轴孔加工后，机床主轴带动附件头、镗刀头退出轴孔表面并退出油底壳面，在机体油底壳面外沿轴向进给到第二、三档轴承座中间的空档位置，进入空档内并使镗刀头定位在被加工轴孔中心，沿轴孔方向进给加工出第三档轴孔；依次加工出其余各档轴孔。
本发明提出的加工装置由现有的数控加工中心和附件头、镗刀头组成；附件头主要由附件头主轴、轴承、圆锥齿轮副、镗刀头主轴、拉杆及定位键组成；镗刀头主要由微调螺钉、镗刀座、可微调的刀片及压紧螺钉组成。附件头主轴与镗刀头主轴成90°，并由圆锥齿轮副啮合传动；镗刀头与附件头以端面及1∶30短锥面定位，由拉杆及定位键紧固并传递扭矩，机床动力输出到附件头主轴后，经圆锥齿轮副传递给镗刀头主轴，镗刀头由拉杆拉紧驱动旋转，将机床主轴方向旋转90°后，驱动可微调的刀片旋转加工零件；镗刀头的可微调的刀片安装在镗刀座上，通过微调螺钉调整镗刀座的径向移动量后，并用压紧螺钉固定，从而改变可微调的刀片的径向尺寸。微调机构调刀精度高，保证满足加工轴孔的精度要求。
本发明提出的柴油机机体高精度多档轴孔加工工艺方法，适应于轴向开档数多、加工精度高、小批量机体的轴孔加工，较好解决大型箱体类零件贯穿全长的高精度多档轴孔加工的技术难题。
本发明提出的加工装置附件头及镗刀头，结构设计紧凑、加工进给、退出时，与零件开档侧壁间隙仅有1.5～1.75mm，此设计保证既不与零件开档侧壁发生干涉，又最大限度利用机体开档空间，提高了附件头、镗刀头的刚性。
附图说明
图1为MWM620V16柴油机机体主视简图(主轴孔、凸轮轴孔坐标要求)。
图2为图1的A-A剖视图(主轴孔、凸轮轴孔加工技术要求)。
图3为本发明的工艺定位、加工示意图。
图4为本发明的主轴孔加工用镗刀头结构示意图。
图5为图4的左视图。
图6为本发明的主轴孔加工用附件头和镗刀头的结构示意图。
图7为本发明的MWM620V16机体主轴孔前四档加工工艺流程简图。
图中：1、机床工作台，2、夹具支座，3、定位块，4、定位支撑，5、压紧机构，6、镗刀头，7、微调螺钉，8、镗刀座，9、可微调的刀片，10、压紧螺钉，11、附件头，12、附件头主轴，13、14、轴承，15、圆锥齿轮副，16、镗刀头主轴，17、拉杆，18、定位键，19、凸轮轴孔，20、主轴孔，21、油底壳面，22机床主轴，23、数控加工中心，24、飞轮端面，25、第一档轴承座，26、第二档轴承座，27、第三档轴承座。
具体实施方式
结合附图对本发明实施加以说明：
如图7所示，MWM620V16柴油机机体各档间距为250mm，主轴孔第一档厚度最宽为65.5mm，其余各档厚度均为56mm，则主轴孔最小开档宽度＝250mm-56/2mm-30.5mm＝191.5mm，其余各档宽度＝250-56mm＝194mm。
如图6所示，附件头11及镗刀头6装配后的厚度要小于零件开档宽度，才能从油底壳面顺利进入轴承座中间空档位置进行加工；镗刀头6装在附件头11上后，可加工孔部分厚度要大于主轴孔第一档厚度，才能加工完所有轴孔。实际设计为：121mm(附件头11厚度)+67mm(镗刀头6装在附件头11上后，可加工孔部分厚度)＝188mm<191.5mm(主轴孔最小开档宽度)，进给时附件头及镗刀头与零件轴承座侧面间隙各为1.75mm；67mm(镗刀头6装在附件头11上后，可加工孔部分厚度)>65.5mm(主轴孔第一档厚度)，完成孔加工后，刀体与零件轴承座侧面间隙为1.5mm，这样设计的附件头11及镗刀头6既保证了可以顺利进行加工，又保证了孔加工深度。
如图3所示，加工前先将夹具支座2定位安装在机床工作台1上，利用夹具支座2将零件侧放定位装夹在数控加工中心工作台1上，使机床主轴22与柴油机机体轴孔19、20成90°夹角，保证机体油底壳面21既与机床主轴22垂直又与工作台1垂直，并使机体轴孔19、20的方向与工作台1平行，然后将附件头11和镗刀头6安装于机床主轴22上，利用附件头11将机床主轴22的切削动力传递给镗刀头6并将机床动力方向旋转90°，使动力方向与机体轴孔19、20的方向一致。机体主轴孔20的加工由程序控制坐标定位、分档加工；MWM620V16机体共有九档，先将机床主轴22带动附件头11及前端的镗刀头6定位到机体飞轮端面24外侧，并使镗刀头6轴线与主轴孔20的轴线重合，沿主轴孔20方向进给加工出第一档轴孔；完成第一档轴孔加工后，机床主轴22带动附件头11、镗刀头6退出轴孔表面并退出机体油底壳面21，机床主轴22再带动附件头11、镗刀头6在机体油底壳面外21沿轴向进给到第一、二轴承座25、26中间空档位置，进入空档内并使镗刀头6定位到主轴孔20中心，沿轴孔方向进给加工出第二档轴孔；完成第二档轴孔加工后，机床主轴22带动附件头11、镗刀头6退出轴孔表面并退出油底壳面，在机体油底壳面外沿轴向进给到第二、三档轴承座26、27中间空档位置，进入空档内并使镗刀头6定位在主轴孔20中心，沿轴孔方向进给加工出第三档主轴孔20；依次加工其余各档主轴孔20。
机体凸轮轴孔19的加工也是由程度控制坐标定位、分档加工；加工机体凸轮轴孔19的具体加工过程与主轴孔20的加工过程相同，更换凸轮轴孔加工用附件头和镗刀头即可加工出两列凸轮轴孔19。
采用本发明工艺方法加工MWM620V16机体，各轴孔孔径及坐标尺寸精度均得到可靠的保证，特别是由于采用了同一把刀具加工各档轴孔，达到了孔径尺寸一致性、稳定性，保证了机体轴孔同轴度要求，提高了柴油机装配、运转性能。
本发明工艺方法的提出，提高了加工质量，不仅解决了MWM620V16柴油机机体轴孔的加工难题，而且适应于MWM620V8/V12系列柴油机机体的加工，解决了MWM620V8/V12机体长期以来轴孔加工的技术难题，从而提高了工厂整体工艺水平。
如图4、5、6所示，本发明的装置由附件头11和镗刀头6组成；附件头主要由附件头主轴12、轴承13、14、圆锥齿轮副15、镗刀头主轴16、拉杆17及定位键18组成；镗刀头主要由微调螺钉7、镗刀座8、可微调的刀片9及压紧螺钉10组成。附件头主轴12与镗刀头主轴16成90°，并由圆锥齿轮副15啮合传动；镗刀头6与附件头11以端面及1：30短锥面定位，由拉杆17及定位键18紧固并传递扭矩，机床动力输出到附件头主轴12后，经圆锥齿轮副15传递给镗刀头主轴16，镗刀头6由拉杆17拉紧驱动旋转，将机床主轴方向旋转90°后，驱动可微调的刀片9旋转加工零件；镗刀头上的可微调的刀片9安装在镗刀座6上，通过微调螺钉7调整镗刀座8的径向移动量后，并用压紧螺钉10固定，从而改变可微调的刀片9的径向尺寸，加工出柴油机机体高精度轴孔。
Claims (2)
1、一种柴油机机体高精度多档轴孔加工工艺方法，其特征是：加工部件装夹在数控加工中心工作台(1)上，使机体轴孔(19、20)与机床主轴(22)成90°角，即保证机体油底壳面(21)既与机床主轴(22)垂直又与工作台(1)垂直，并使机体轴孔方向与工作台平行；机体轴孔(19、20)加工由程序控制坐标定位、分档加工；在机床主轴(22)与加工用镗刀头(6)之间具有附件头(11)，即镗刀头与机床主轴之间通过附件头连接，利用附件头将机床主轴的切削动力传递给镗刀头并将机床动力方向旋转90°，使动力方向与机床轴孔方向一致，机床主轴(22)通过附件头带动镗刀头(6)沿机体轴孔(19、20)方向进给，完成柴油机机体多档轴孔加工；即先将机床主轴(22)带动附件头(11)及前端的镗刀头(6)定位到机体飞轮端面(24)的外侧，并使镗刀头轴线与被加工轴孔的轴线重合，沿轴孔方向进给加工出第一档轴孔；完成第一档轴孔加工后，机床主轴带动附件头(11)、镗刀头(6)退出轴孔表面并退出机体油底壳面(21)，机床主轴再带动附件头、镗刀头在机体油底壳面外沿轴向进给到第一、二轴承座(25、26)中间空档位置，进入空档内并使镗刀头定位到被加工轴孔中心，沿轴孔方向进给加工出第二档轴孔；完成第二档轴孔加工后，机床主轴带动附件头、镗刀头退出轴孔表面并退出油底壳面，在机体油底壳面外沿轴向进给到第二、三档轴承座(26、27)中间的空档位置，进入空档内并使镗刀头定位在被加工轴孔中心，沿轴孔方向进给加工出第三档轴孔；依次加工出其余各档轴孔。
2、一种柴油机机体高精度多档轴孔加工装置，其特征是：由数控加工中心和附件头(11)、镗刀头(6)组成；附件头(11)主要由附件头主轴(12)、轴承(13、14)、圆锥齿轮副(15)、镗刀头主轴(16)、拉杆(17)及定位键(18)组成；镗刀头(6)主要由微调螺钉(7)、镗刀座(8)、可微调的刀片(9)及压紧螺钉(10)组成；附件头主轴(12)与镗刀头主轴(16)成90°，并由圆锥齿轮副(15)啮合传动；镗刀头(6)上装有镗刀座(8)，可微调的刀片安装在镗刀座上，通过微调螺钉(7)调整镗刀座(8)的径向移动量后，并用压紧螺钉(10)固定，镗刀头与附件头以端面及1∶30短锥面定位，该镗刀头由拉杆(17)及定位键(18)紧固并传递扭矩，机床动力输出到附件头主轴(12)后，经圆锥齿轮副(15)传递给镗刀头主轴(16)，镗刀头(6)由拉杆(17)拉紧驱动旋转，将机床动力方向旋转90°后，驱动可微调的刀片(9)旋转加工零件。
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