枪铰气缸盖气门导管孔及座圈孔DKM009组合机床在实践中的应用

2010-11-28李瑾方宇

制造技术与机床 2010年5期

李瑾方宇

(大连机床集团有限责任公司技术中心,辽宁大连 116021)

随着汽车工业的高速发展及人们环保意识的日益提高,对汽车排放的要求也越来越高(目前已达到欧Ⅲ、欧Ⅳ等)。发动机做为汽车的核心动力部件对其性能要求也随之提高。气缸盖做为发动机的主要零件之一,其气门座圈孔和导管孔的加工是关键工序,座圈锥面对导管孔的跳动已由以前的0.05 mm提高到0.03 mm直至目前的0.02 mm以内,粗糙度为Ra0.8～1.6 μm。如果此项精度超差,将会直接影响发动机的性能。目前国内主要发动机厂此类加工机床一般为进口,其价格较高。我厂多年来一直对此类加工工艺及机床进行跟踪、研究并同时为一些国内的发动机厂进行了设计制造,取得了较好的效果及丰富的经验。本文所介绍的DKM009机床就是根据用户的要求,吸收借鉴国内外机床的技术特点设计的。它关键的技术指标座圈锥面对导管孔的跳动为0.02 mm已得到保证。

1 机床方案的制定

接到此项业务后,我们首先根据用户的要求对产品图纸进行了认真的分析,并到用户现场进行调研。通过调研及与用户的交流了解到该产品缸盖的导管孔以前是不加工的,并且其加工设备均为上世纪70年代国外二手设备。经过调研后我们确定了工件的定位、座圈锥面的加工方法及机床的总体方案。

1.1 被加工零件工序内容及节拍

被加工零件名称:气缸盖组件;

材料:气门导管HT250,座圈PL12MV425;

硬度:气门导管200～250 HB,座圈40～46 HRC;

节拍时间:T=1.4 min/件(包括自动上下料)。

1.2 本机床保证的主要精度

(1)保证进气阀座锥面对导管孔的跳动为0.02 mm;锥面粗糙度为0.8 μm;排气阀座锥面对导管孔的跳动为0.02 mm;锥面粗糙度Ra为0.8 μm。

(2)保证导管孔孔径精度为φ9H7和φ9+0.005-0.010mm;粗糙度为 Ra1.6 μm。

1.3 切削参数的选用

粗锪进、排气锥面:n=480 r/min,v=65 m/min;

精车进、排气锥面:n=540 r/min,v=80 m/min;

枪铰导管孔:n=2200 r/min,v=62 m/min。

n为主轴转速;v为切削速度。

1.4 机床的工作原理

数控滑台快进、工进,粗锪进、排气锥面(留余量0.10 mm),然后滑台快退回0.15 mm,精车进、排气锥面至成品,最后枪铰装置工进枪铰导管孔。

1.5 机床结构

DKM009(见图1)两工位气门导管、座圈孔精加工组合机床是由夹具、数控滑台、高精度刚性镗削头、精密镗车刀盘、数控输送带、高压内冷排屑装置、枪铰供油装置、电气柜、液压站等部件组成。

2 机床主要部件

2.1 数控滑台

本机床选配了我厂引进德国的通用部件 SEMF630/630精密数控滑台,是机床关键的动力驱动部件。滑台采用精密双螺母滚珠丝杠和伺服电动机驱动,伺服电动机与滚珠丝杠之间采用直联形式,通过涨紧联结套实现无间隙的传动;滑台与滑座之间,采用贴塑处理,减小了摩擦系数;导轨采用集中供油润滑,使其保持足够的油量。这些设计使精密数控滑台保持了较高精度的进给速度,从而使机床的动态性能更好、寿命更长。

2.2 高精度刚性镗削头

高精密刚性镗削头是机床的重要部件之一,它的设计、加工、装配精度直接影响产品的加工质量。为保证主轴的高刚性及高速回转,此镗削头的主轴直径确定为φ100 mm,主轴的前后支撑均采用角接触球轴承,主轴的主要技术指标端面跳动保证在0.003 mm,径向跳动保证在0.002 mm以内。主轴内部分三层,分别完成锪锥面、精车锥面和枪铰导管孔的加工。主轴带有气密封。主轴采用伺服电动机驱动,通过圆弧同步齿形带与主轴相联结,以适应主轴的平稳传动及多种转速的变化。其低速用于锪、车锥面,高速用于枪铰导管孔。

2.3 精密镗车刀盘

精密镗车刀盘同样是机床的重要部件之一,它的设计、加工、装配精度也直接影响产品的加工质量。锥面的精加工通常有锪、车、插补等多种加工方法,通过调研及对其同类加工工艺、机床的分析比较最终采用精车的加工方法。此刀盘通过联合设计达到了预期的效果。

2.4 夹具及数控输送带

工件的定位可采用一面二销或一面加导管外圆定位两种形式。通过调研了解到用户底孔加工的位置精度不是很稳定,因此确定了以一面加导管外圆的定位形式定位工件。工件在夹具中侧面向下,定位面带有气检和吹风系统,保证工件定位的准确性及可靠性。为避免用导管外圆定位受力,工件侧面在夹具中的支撑为浮动支撑,夹紧为液压夹紧。这种定位夹紧方式使加工后的导管孔壁厚均匀,精车后的锥面密封带易控制。

DKM009机床的输送为摆杆输送形式,采用伺服电动机,通过无间隙联接传给滚珠丝杠,带动螺母移动,螺母固定在输送带上,这样就使丝杠的转动变为直线运动,将工件准确输送到位。这样的输送方式让工件的输送位置准确,调整和维修起来都很方便。

2.5 高压内冷排屑装置

DKM009机床采用独特的高低压冷却系统,高压为6 MPa,用于冷却枪铰刀具并将加工后的导管切屑强制冲出孔外,低压用于加工进排气锥面刀具的冷却。过滤排屑采用四组过滤,即磁性排屑器,涡旋分离装置,磁辊分离器及纸带过滤装置,过滤精度达到 10 μm。

DKM009机床属于高精密切削设备,主轴高速旋转产生的热量及刀具切削时产生的热量会使主轴箱壳体产生变形,它会使主轴加工精度产生漂移,影响产品质量。因此本机床采用了自然冷却和强制冷却相结合的方法。即加大冷却油箱的体积及散热片和安装强制制冷恒温装置,使油温保持在35～45℃。

2.6 电气数控系统

电气系统是整个机床运转的关键环节之一。为了使机床所有部件运行的稳妥可靠,动作灵活,必须提高电气控制系统的功能。因此,本机床数控系统采用力士乐系统,主轴、滑台、输送带均采用伺服电动机驱动,数控系统配有故障自动检测、CRT彩色界面显示功能等。由于数控技术在本台机床上的使用,使得该机床的机械结构变得简单、运行更稳定可靠,调整更方便,大大提高了整机的自动化水平。