陈 辉 周瑞婷

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司装备研究所，河南471004)



柴油机机体孔精镗数控机床专用夹具的研发

陈 辉 周瑞婷

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司装备研究所，河南471004)

介绍了用于完成柴油机机体精镗主轴承孔、凸轮轴孔、定位销孔的数控专机专用夹具的设计思想。以高精度、高效率为原则，通过合理设计夹具结构，制造出了完全符合工艺要求，满足用户需求的专用夹具。

柴油机机体；主轴承孔；凸轮轴孔；定位销孔；精镗数控机床；专用夹具

机体主轴承孔、凸轮轴孔、定位销孔的精加工是机体生产线上最关键的工序之一，其加工精度的好坏直接决定了发动机的性能。

此工序一般采用多轴镗床的方式进行加工，此类设备我国以前一直依赖进口，而进口设备一般很难掌握其中的核心技术，所以自主研发成为唯一出路。我公司作为国内传统的组专机床制造商，承接了一些此类机床的订单。我们结合订单，进行设备的研发，以实现公司技术突破，提高市场竞争力。

此类机床均采用浮动镗孔的形式，镗孔精度均由专用夹具上的导向部分的精度决定，此机床的核心部件就是专用夹具。

1 项目概述

1.1 机床主要部件及布置形式

机床采用卧式双面布置形式。机床的基础部件为一个中间底座，中间底座上安装夹具，中间底座左右各安装一个侧底座，侧底座上部各安装一个进给滑台，进给滑台上安装镗头，左镗头上安装精镗主轴承孔和凸轮轴孔镗杆，右镗头上安装加工定位销孔刀具。机床主视图如图1所示。

1.2 专用夹具主要设计思路

1.2.1 原因

柴油机机体示意图如图2～图4所示。机床精加工的五档主轴承孔(孔1)和三档凸轮轴孔(孔2)的精度要求很高，其中圆柱度公差要求在0.008 mm,五档主轴承孔之间孔的同轴度公差要求在0.015 mm,同时定位销孔(孔3，孔4)的位置度需要保证0.06 mm，这些精度是很难保证的，所以在专用夹具设计时需要采用一些比较特殊的创新结构，从而保证加工精度。

1.2.2 机床动作循环

工件沿滑道和两端面导向自动输送到机床内，夹具内齿条微抬机构将工件微抬起2 mm，左镗头带动镗杆进给，穿进夹具内的前后导向套内，楔铁夹紧机构向上将工件夹紧，工件定位销孔插入顶盖定位销，同时与顶盖定位块定位，左右滑台进行加工循环，完成后夹紧油缸松开工件，同时打料油缸向下打料，使工件顺利脱开定位销，工件落到齿轮齿条微抬机构上之后，镗杆退出工件外，齿轮齿条微抬机构带动工件向下落在上料滑道上，工件自动输送出机床外，整个循环结束。

1.2.3 夹具结构

整个夹具以夹具本体为基础，夹具本体上左右分别安装左墙板和右墙板，左右墙板上分别安装导向板，夹具顶盖支撑在左右墙板上，左镗模架直接安装在夹具顶盖上，由于机床兼顾加工三四缸品种，所以右镗模架安装在夹具顶盖上的手动调整滑台上，定位销、定位块、打料油缸安装在夹具顶盖上，楔铁夹紧机构和齿轮齿条微抬机构安装在夹具本体上。夹具机构如图5所示。

图1 机床主视图

Figure 1 Main view of machine tool

2 整体夹具机构

由于工件加工精度要求很高，所以本整体夹具机构共采用了七项创新结构，以满足精度以及专用夹具功能要求。

2.1 采用浮动镗杆结构

由于加工工件的主轴承孔和凸轮轴孔很长，且加工部位为五档，必须采用一次加工完成，所以

图2 柴油机机体示意图

Figure 2 Schematic drawing of diesel engine block

图3 五档主轴承孔示意图

Figure 3 Schematic drawing of five levels of main bearing holes

图4 三档凸轮轴孔示意图

Figure 4 Schematic drawing of three levels of camshaft holes

图5 夹具结构图

Figure 5 Fixture structure diagram

图6 浮动镗杆机构图

Figure 6 Mechanism chart of floating boring bar

不能采用刚性镗杆镗孔，必须采用浮动镗杆的结构，镗杆的前后两端分别设置前后导向，如图6所示，采用高速角接触轴承支承滚动导向套的外滚式导向支承镗杆，充分保证了加工部位各档的同轴度和圆柱度。镗模套上设置导向键，保证镗杆能够顺利穿入工件。

2.2 采用活动钻模套

定位销孔的位置度须保证0.06 mm，如果采用固定钻模套，则无法保证此精度。所以采用图7中所示的活动钻模套结构，在镗模架上固定一个直角座作为基础，通过配磨X、Y方向的调整垫，微量调整钻模座的位置，确保位置度的精度。

2.3 调整镗模架

在镗模架左右两侧各设置一个推靠座和一个拉靠座，通过配磨调整垫，调整整个镗模架的坐标位置，确保镗孔精度，如图8所示。调整完成后，通过拉紧拉靠螺钉，使镗模架靠紧拉靠座，同时拧紧推靠螺钉，进一步固定镗模架的位置在加工过程中不移动。

2.4 调整定位销

定位销孔的位置度须保证0.06 mm，如果采用固定位置的定位销，则无法保证此精度。所以采用图9所示的定位销调整机构，在顶盖上固定一个直角座作为基础，通过配磨X、Y方向的调整垫，微量调整定位销座的位置，确保位置度的精度。

图7 活动钻模套

Figure 7 Movable drill die sleeve

图8 镗模架结构图

Figure 8 Boring mold structure diagram

图9 定位销调整机构

Figure 9 Positioning pin adjusting mechanism

图10 手摇丝杠移动镗模架机构

Figure 10 Hand screw movable boring mold mechanism

2.5 采用手摇丝杠移动镗模架

由于夹具需要兼顾三四缸产品的加工，为了保证导向套和加工孔口之间的导向距离，所以右镗模架必须进行移位，在顶盖上设置了手摇丝杠定位机构，用于支撑手摇丝杠，直线导轨安装在顶盖上，滑鞍安装在直线导轨上，右镗模架固定在滑鞍上，在三四缸换线时，通过手摇丝杠，驱动滑鞍带动镗模架前后移位，确保加工精度。手摇丝杠移动镗模架机构如图10所示。

2.6 楔铁夹紧机构

楔铁夹紧机构用于加工时将工件夹紧在定位块上。夹紧油缸安装在夹具本体上，楔铁套安装在夹具本体的孔上，用于导向楔铁，夹紧油缸带动活塞杆前端的推杆，推杆推动楔铁向前运动，楔铁上的斜面带动顶升夹紧杆将工件抬起并夹紧。楔铁夹紧机构示意图如图11所示。

图11 楔铁夹紧机构示意图

Figure 11 Schematic diagram of the wedge iron clamping mechanism

2.7 齿轮齿条微抬机构

齿轮齿条微抬机构中油缸座固定在夹具本体上，微抬油缸固定在油缸座上，导向套固定在油缸座内孔上，对齿条一进行导向，油缸驱动齿条一向前运动，齿条一驱动齿轮一旋转，齿轮一带动轴进行旋转，轴带动齿轮二旋转运动，齿轮二带动齿条二做上下直线运动，齿条二带动微抬支架将工件微抬，确保刀杆顺利穿进工件内，通过微调可调挡铁，保证齿条一向前运动的行程，从而保证抬起行程的准确性。齿轮齿条微抬机构示意图见图12。

图12 齿轮齿条微抬机构

Figure 12 Micro lifting mechanism of rack and pinion

3 结论

通过以上介绍的整体夹具结构，以及七项创新结构,使得本数控机床专用夹具的技术水平和实际精度指标达到国内先进水平，已经通过了用户验收，机床各加工精度均满足用户要求，得到用户的好评。

编辑 陈秀娟

Research and Development of Special Fixture for Fine Boring CNC Machine Tool to Bore Body Holes of Diesel Engine

Chen Hui，Zhou Ruiting

This paper has introduced the design idea on the CNC machine special fixture for finish boring the main bearing hole, camshaft hole and positioning pin hole of the diesel engine block.Based on a principle of high precision and high efficiency, the special fixture fulfilled technological requirements and clients demands has been manufactured by reasonably designing fixture structure.

diesel engine block; main bearing hole; camshaft hole; positioning pin hole; fine boring CNC machine tool; special fixture

2016—05—12

陈辉(1980—)，高级工程师，从事组专机床、数控机床以及工装夹具等设计研发工作。

TG754

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