CN107457418A - 一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法及其应用 - Google Patents

一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法及其应用，包括以下步骤：（1）在机床的主轴端面设置有平旋盘，将其与机床的PLC控制系统电连接；（2）在机床主轴的刀具的刀柄处加设零件测头，零件测头与PLC控制系统电连接；零件测头能够快速进行工装及零件的快速找正、定位，并且在工序进行中对工件测量将数据反馈与PLC控制系统，以对在加工过程中出现的误差进行修正；（3）在机床的主轴上加设动态监控仪、振动传感器，动态监控仪、振动传感器与PLC控制系统电连接。本发明适用小批量多品种生产，降低了缸盖喷油器孔刀具数量及加工辅助时间，降低加工时间，该方法通常可将切削参数提高至少50%。

Description

一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法及其应用
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，特别涉及一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法及其应用。
背景技术
在柴油机缸盖的生产过程中，缸盖是柴油机的关键零件，作为柴油机的备件消耗量大，加工周期较长，尤其是进排气阀座孔的加工，由于受汽缸孔径及缸盖间距等因素限制，导致其结构及工艺要素在空间上高度集中，在加工时刀具数量大，控制的要素多。
若采用在常用的卧式或立式加工中心，刀具数量多，加工的辅助时间大，刀具损耗大，经济成本随之升高，不适应批量生产目的。
在加工缸盖的阀座孔时，被加工的阀座孔为缸盖的主要加工要素，尺寸和形位的公差要求严格，一般占缸盖主要加工要素的60%以上，其形位公差一般为：同轴度φ0.03～0.04mm、粗糙度不低于Ra1.6～3.2μm，主要加工要素相对于基准面（燃烧面）的垂直度在0.02mm；按照常规的加工方法，常采用精加工的方法是：多把精镗刀、倒角刀及三面刃铣刀组合加工，对于精度要求高加工要素采用组合镗刀或组合铰刀。
现有技术中，在解决这类问题，通常采用如下方法：
（1）采用卧式加工中心加工，每个加工要素需要一把镗刀，倒角刀、槽铣刀，对于同轴度要求高的孔采用组合镗刀，加工要素愈多，刀具数量越大；随着孔加工深度的增加，在长径比过大，不易振刀；换刀次数增加，辅助时间增加，刀具的成本增大，经济成本也随之升高；不适应小批量多品种的生产。
（2）采用立式加工中心加工，随着孔加工深度的增加，需要机床的工作行程就越大，机床的采购价格就越高，但是由于主轴是立式的，在长径比过大，不易振刀（相对于卧式加工），虽然也能满足加工要求，但是对于目前缸盖的加工精度属于不太经济的加工，属于“大牛拉小车”的现象。
（3）在柴油机缸盖中阀座孔数量多，加工要素集中，在不易控制的毛坯铸造组织不均匀的状况下，孔在加工中容易出现铸造材料的硬点，易发生刀尖的破损，若没有及时发现并处理，易发生缸盖毛坯的报废，甚至机床主轴的受损，导致加工成本增加。
在一些加工小批量多品种的工厂中，以上的方案明显都不适用。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法及其应用，以解决现有技术中存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法，包括以下步骤：
（1）在机床的主轴端面设置有平旋盘，将其与机床的PLC控制系统电连接；
（2）在机床主轴的刀具的刀柄处加设零件测头，零件测头与PLC控制系统电连接；零件测头能够快速进行工装及零件的快速找正、定位，并且在工序进行中对工件测量将数据反馈与PLC控制系统，以对在加工过程中出现的误差进行修正；
（3）在机床的主轴上加设动态监控仪、振动传感器，动态监控仪、振动传感器与PLC控制系统电连接，对加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力进行实时监控。
进一步的，在所述PLC控制系统中还设有数据储存单元，将刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据储存。
进一步的，在所述PLC控制系统中还设有自动学习系统。
进一步的，自动学习系统为BP神经网络模块。
一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法的机床的应用，其特征在于包括如下步骤：
（1）使用者在PLC控制系统内设置加工相关数据，加工过程中加工时间、刀具位置、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力的额定数据值；
（2）开启机床，PLC控制系统根据使用者设置所需加工的数据，控制平旋盘运转状态，来控制机床主轴的加工角度；
（3）设置在机床主轴的刀具的刀柄处的零件测头对机床所加工的零件进行快速找正、定位，并且对加工过程中的尺寸进行测量，将数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统根据操作者输入的额定数据值，控制主轴以修正偏置值；
（4）设置在机床的主轴上的动态监控仪、振动传感器实时监测加工中的加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力，并将数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统根据操作者输入的额定数据值进行判断，如果差异过大则控制紧急停止机床。
进一步的，步骤（4）中，动态监控仪、振动传感器将加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统中的数据储存单元储存数据，使用者可以根据同一刀具在不同的刀具转动速度、机床功率下，不同扭力、切削力来选择最优的数值作为额定数据值输入PLC控制系统，提高加工效率。
进一步的，步骤（4）中，动态监控仪、振动传感器将加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统中的自动学习系统根据同一刀具在不同的刀具转动速度、机床功率下，不同扭力、切削力进行自动学习，将扭力、切削力最大的相关数据作为额定数据值，反馈给PLC控制系统，提高加工效率。
本发明具有以下的优点和有益效果：
1.本发明适用小批量多品种生产，降低了缸盖喷油器孔刀具数量及加工辅助时间，降低加工时间，该方法通常可将切削参数提高至少50%；对于超过4加工要素单个台阶孔，精度在IT7，尤其是有切槽要求的孔时，该方法是较优的选择。
2.提高了金属去除率，而且改进了表面质量。甚至随着切削速度、切深和主轴速度的的优化，即不会产生振刀、喘振等问题，还能优化切削倍率，提高加工效率。
3易于推广，目前我们不仅在加工缸盖阀座孔上广泛应用，还推广到其它多台阶孔零件面或过渡圆角及型面的加工。
4.本发明还可以全自动完成加工检验修正过程，节约了人力成本。
附图说明
图1是本发明的平旋盘连接关系示意图；
图2是本发明的零件测头连接关系示意图。
其中，1-平旋盘，2-零件测头。
具体实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围 。
同时，在本发明的描述中，还需要说明的是除非另有明确的规定和限定，术语“加设”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者一体相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法，包括以下步骤：
（1）如图1所示，在机床的主轴端面设置有平旋盘，将其与机床的PLC控制系统电连接；在PLC控制系统的控制下，机床主轴在移动时相当于增加了U轴，可实现平面、台阶、倒角、切槽、及圆弧面加工，尤其是R圆弧和倒角的加工，减少成型刀的设计，避免倒角和圆弧加工时机床的振刀和机床主轴的喘振。一把刀就能实现不同孔径的加工，并且在机床加工不同孔径时能够快速准确调节。用平旋盘替代多把镗刀对缸盖喷油器孔的多个台阶孔及倒角的加工减少刀具数量及机床的刀具换刀时间，降低了刀具费用，提高加工效率。
（2）如图2所示，在机床主轴的刀具的刀柄处加设零件测头，零件测头与PLC控制系统电连接；零件测头能够快速进行工装及零件的快速找正、定位，并且在工序进行中对工件测量将数据反馈与PLC控制系统，以对在加工过程中出现的误差进行修正增强了无人加工的可靠性。在工件加工完成后，对孔的尺寸在线检验，能够降低废品率，提高产量，确保加工的顺利进行。
（3）在机床的主轴上加设动态监控仪、振动传感器，动态监控仪、振动传感器与PLC控制系统电连接，对加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力进行实时监控。采用机床动态监控实现刀具突发事件及加工质量事故的预警和终止。
实施例1
本发明改造后的机床在应用时是如下步骤：
（1）使用者在PLC控制系统内设置加工相关数据，加工过程中加工时间、刀具位置、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力的额定数据值。
（2）开启机床，PLC控制系统根据使用者设置所需加工的数据，控制平旋盘运转状态，来控制机床主轴的加工角度开始加工。
（3）设置在机床主轴的刀具的刀柄处的零件测头对机床所加工的零件进行快速找正、定位，并且对加工过程中的尺寸进行测量，将数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统根据操作者输入的额定数据值，控制主轴以修正偏置值。
（4）设置在机床的主轴上的动态监控仪、振动传感器实时监测加工中的加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力，并将数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统根据操作者输入的额定数据值进行判断，如果差异过大则控制紧急停止机床。
（5）完成加工。
实施例2
作为上述实施例的优选实施方式，本实施例中，在PLC控制系统中还设有数据储存单元，将刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据储存。
与上述实施例不同的时，在步骤（4）中，动态监控仪、振动传感器将加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统中的数据储存单元储存数据，使用者可以根据同一刀具在不同的刀具转动速度、机床功率下，不同扭力、切削力来选择最优的数值作为额定数据值输入PLC控制系统，提高加工效率。
同时，使用者还根据动态监控仪、振动传感器反馈与PLC控制系统的数据，可以看到切削力的变化趋势，根据平均切削力的变化趋势分析进行刀具磨损监控，保护机床、刀具免于更大的伤害。
实施例3
作为实施例1的优选实施方式，本实施例中，在所述PLC控制系统中还设有自动学习系统。
与实施例1不同的时，在步骤（4）中，动态监控仪、振动传感器将加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统中的自动学习系统根据同一刀具在不同的刀具转动速度、机床功率下，不同扭力、切削力进行自动学习，将扭力、切削力最大的相关数据作为额定数据值，反馈给PLC控制系统，提高加工效率。
同时，操作者还可以根据动态监控仪、振动传感器监测的刀具位置，操作机床，尽可能避免或减少断续切削；机床状况会对切削振动产生巨大的影响，主轴轴承或进给装置的过度磨损会导致不良的加工效果。尽量减少刀具空运动路径，其径向切削的宽度越小越有利于加工精度的提高。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在机床的主轴端面设置有平旋盘，将其与机床的PLC控制系统电连接；
（2）在机床主轴的刀具的刀柄处加设零件测头，零件测头与PLC控制系统电连接；零件测头能够快速进行工装及零件的快速找正、定位，并且在工序进行中对工件测量将数据反馈与PLC控制系统，以对在加工过程中出现的误差进行修正；
（3）在机床的主轴上加设动态监控仪、振动传感器，动态监控仪、振动传感器与PLC控制系统电连接，对加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力进行实时监控。
2.如权利要求1所述的一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法，其特征在于：在所述PLC控制系统中还设有数据储存单元，将刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据储存。
3.如权利要求1所述的一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法，其特征在于：在所述PLC控制系统中还设有自动学习系统。
4.如权利要求3所述的一种柴油机缸盖阀座孔加工机床的改造方法，其特征在于：所述自动学习系统为BP神经网络模块。
5.如权利要求1或2或4所述的改造方法的机床的应用，其特征在于包括如下步骤：
（1）使用者在PLC控制系统内设置加工相关数据，加工过程中加工时间、刀具位置、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力的额定数据值；
（2）开启机床，PLC控制系统根据使用者设置所需加工的数据，控制平旋盘运转状态，来控制机床主轴的加工角度；
（3）设置在机床主轴的刀具的刀柄处的零件测头对机床所加工的零件进行快速找正、定位，并且对加工过程中的尺寸进行测量，将数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统根据操作者输入的额定数据值，控制主轴以修正偏置值；
（4）设置在机床的主轴上的动态监控仪、振动传感器实时监测加工中的加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力，并将数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统根据操作者输入的额定数据值进行判断，如果差异过大则控制紧急停止机床。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：步骤（4）中，动态监控仪、振动传感器将加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统中的数据储存单元储存数据，使用者可以根据同一刀具在不同的刀具转动速度、机床功率下，不同扭力、切削力来选择最优的数值作为额定数据值输入PLC控制系统，提高加工效率。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于：步骤（4）中，动态监控仪、振动传感器将加工时间、刀具位置、刀具编号、刀具转动速度、机床功率、机床扭力、机床切削力数据反馈与PLC控制系统，PLC控制系统中的自动学习系统根据同一刀具在不同的刀具转动速度、机床功率下，不同扭力、切削力进行自动学习，将扭力、切削力最大的相关数据作为额定数据值，反馈给PLC控制系统，提高加工效率。
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