機(jī)體頂面螺紋孔多工位全自動加工設(shè)備的研制
2020-5-18 來源： 一拖( 洛陽) 開創(chuàng)裝備科技有限公司 作者：周瑞婷
摘要: 介紹了用于完成發(fā)動機(jī)機(jī)體頂面螺栓孔螺紋加工的多工位全自動機(jī)床的設(shè)計思路。以簡約、高效、低成本為主要設(shè)計原則，通過合理設(shè)計機(jī)床整體布局和功能部件，研制出了完全符合工藝要求，滿足用戶需求的機(jī)床。
關(guān)鍵詞: 發(fā)動機(jī)機(jī)體; 螺栓孔; 螺紋加工; 多工位全自動; 整體式移位滑臺
柴油機(jī)機(jī)體頂面螺栓孔的攻絲工序為其加工的典型工序，由于孔的數(shù)量太多，且孔的分布的規(guī)律性極強，一般情況下不會因為品種更新而改變此類孔的坐標(biāo)及大小，所以非常適合采用專機(jī)加工所有的頂面螺栓孔。
對于大型柴油機(jī)機(jī)體，其頂面螺栓孔的直徑較大，所以需要采用較粗的主軸加工，而由于其數(shù)量多，且孔距較近，所以很難利用一臺專機(jī)的一個主軸箱，完成所有的頂面螺栓孔的加工。如圖 1所示為八缸機(jī)體頂面螺栓孔，圖 2 為六缸頂面螺栓孔，圖 3 為機(jī)體頂面螺栓孔局部剖視圖。一般采用多臺機(jī)床，每臺機(jī)床加工其中一部分孔的方式完成加工，但是由于大部分用戶投資的資金有限，很難投資多臺機(jī)床進(jìn)行此工序的加工，所以我們有必要研發(fā)一臺專用機(jī)床來完成所有頂面螺栓孔的加工，以提高我公司此類產(chǎn)品的市場競爭力。
此臺機(jī)床就是我們?yōu)榭蛻粞邪l(fā)制造的一臺立式單面四工位攻絲專用機(jī)床。此項目能在一臺機(jī)床上分工位完成八缸機(jī)體( 見圖 1) 缸孔周圍( 共48 個孔) ，六缸機(jī)體( 見圖 2 ) 缸孔周圍( 共 38 個孔) 的頂面螺栓孔的加工。
圖 1 八缸機(jī)體頂面視圖
圖 2 六缸機(jī)體頂面視圖
1 、機(jī)床概述
1． 1 機(jī)床主要部件及布置形式
如圖 4 所示，機(jī)床采用立式單面四工位布置形式，機(jī)床的基礎(chǔ)部件為一個整體式移位滑臺，移位滑臺上安裝有一套夾具，移位滑臺后部連接著一個立柱底座，立柱底座上面安裝有一個立柱，立柱上安裝有一個 HY63 液壓滑臺，液壓滑臺上面安裝有一個 TD63 動力箱，動力箱上安裝有一個主軸箱，主軸箱前部的主軸上安裝有刀輔具。在中間底座沿上下料方向的兩端，分別安裝有上料裝置和下料裝置，用以實現(xiàn)工件的四工位的移位動作，以及工件的自動上下料動作。
圖 3 機(jī)體頂面螺孔剖視圖
圖 4 機(jī)床主視圖與側(cè)視圖
機(jī)床采用干式加工，配有自動潤滑絲錐的煤油冷卻裝置。
1． 2 機(jī)床動作循環(huán)
人工吊裝工件到上料輥道上，擺桿輸送裝置將工件輸送到夾具內(nèi)，利用兩個缸孔插銷，同時夾緊，立式滑臺向下進(jìn)行第一工位加工循環(huán); 完成后，移位滑臺帶動工件移位到第二工位，立式滑臺向下進(jìn)行第二工位加工循環(huán); 完成后，拔銷，夾緊放松，擺桿輸送裝置將工件輸送到第三工位，利用兩個缸孔插銷，同時夾緊，立式滑臺向下進(jìn)行第三工位加工循環(huán); 完成后，移位滑臺帶動工件移位到第四工位，立式滑臺向下進(jìn)行第四工位加工循環(huán);全部加工完成后，擺桿輸送裝置將工件輸送到機(jī)床外下料輥道上。這是八缸的加工循環(huán)，六缸只需兩個工位就可完成全部螺紋孔的加工。從機(jī)床上料到加工完成、下料，全部為自動完成循環(huán)。
2、 機(jī)床主要創(chuàng)新點
2． 1 多工位加工
利用缸體孔的分布規(guī)律，采用多工位加工，完成全部螺栓孔螺紋的加工。
通過分析工件上孔的排布情況，我們發(fā)現(xiàn)可以利用缸體上孔的分布規(guī)律，見圖 1，一號缸孔周圍的 1、17、24、8、9、13 六個孔，如果向右平移一個缸孔距 170 mm，則與二號缸孔周圍的 2、18、23、7、10、14 六個孔完全重合，后面所有缸孔周圍的孔都符合此規(guī)律。
于是我們設(shè)想，如果采用一個主軸箱將每個缸孔周圍的 1，13，9，8 一組四個孔的坐標(biāo)處設(shè)置四根主軸，將此作為一個單元，當(dāng)這個單元的 1、8號刀具移動到 17、24 位置時，13、9 號位置處的刀具剛好可以藏入一號缸孔中。若干個這種單元的主軸排成一個主軸箱，這樣再通過工件移位一定的步距，就可以實現(xiàn)將所有孔在一臺機(jī)床的一個主軸箱上全部加工。
圖 5 六缸各工位加工圖
圖 6 機(jī)床刀具排布圖
圖 7 加工八缸時刀具排布圖
六缸各工位加工圖如圖 5 所示。機(jī)床刀具排布圖見圖 6，加工八缸體時刀具排布圖見圖 7。八缸各工位加工如圖 8 所示。
圖 8 八缸各工位加工圖
2． 2 四工位加工方式
采用液壓移位滑臺與擺桿輸送相結(jié)合的方式實現(xiàn)八缸機(jī)體的四工位加工。通過綜合考慮工件長度、擺臂厚度及維修調(diào)整的方便性等各種因素，最終確定了工件的輸送步距為 2300 mm。而八缸機(jī)體從上料位至一工位，只需要走步距的一部分1620 mm，通過在擺桿輸送上增加擋料油缸的方式來實現(xiàn); 通過液壓移位滑臺實現(xiàn)工件從一工位到二工位移動，在二工位加工完成后，工件又通過移位滑臺從二工位回到一工位。然后，擺桿輸送帶工件走完剩下的步距，把工件從一工位送到三工位; 再次通過液壓移位滑臺實現(xiàn)工件從三工位到四工位的移動和加工完成后回歸到三工位。最后，擺桿輸送帶工件走整個步距，將工件從三工位輸送到下料位，完成八缸機(jī)體的自動上下料，如圖9 所示。
圖 9 工位分布示意圖
2． 3 攻絲
由于所加工孔在前序加工成的底孔為一個臺階孔，如圖 10 所示，沉孔和螺紋孔直徑差別很小，單邊僅差 0． 35 mm，而螺紋孔的精度要求較高，螺紋要達(dá)到一級精度，而且，螺紋孔的位置度及與頂面的垂直度都要求較高。攻絲機(jī)構(gòu)為浮動攻絲，絲錐旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時擺動較大，難免會和沉孔產(chǎn)生干涉，不僅影響工件的品質(zhì)，還會使絲錐磨損，影響螺紋孔的加工精度。我們采取增加導(dǎo)向襯套粗導(dǎo)向攻絲心桿外圓的方式，限制絲錐擺動的程度。如圖 11 所示。
圖 10 M20 × 1． 5 螺紋底孔
圖 11 攻絲時導(dǎo)向情況
2． 4 潤滑
此臺機(jī)床用戶要求對絲錐進(jìn)行潤滑，但是又不能采用濕式加工，且不能有大量的潤滑煤油流入機(jī)床內(nèi)。針對此種情況，結(jié)合機(jī)床分工位加工的情況，我們對煤油潤滑控制部分進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，如圖 12 所示，采用八個電磁閥分別控制一部分孔的方案，當(dāng)加工不同工位時，打開需要的幾個電磁閥，采用組合的方式，保證所有工位加工時，只有需要加工的孔處進(jìn)行潤滑，這樣最大程度避免了煤油的浪費，也符合綠色環(huán)保的理念。
圖 12 絲錐潤滑的管路分布
3 、結(jié)論
此項目已于 2015 年 6 月順利通過終驗收。使用情況良好，獲得用戶好評。此項目的實施對我公司承接此類柴油機(jī)機(jī)體頂面攻絲，有非常重大的現(xiàn)實意義，通過此項目，我們針對此類絲孔較密集的工件，多了一種在單臺機(jī)床加工所有絲孔的工藝手段，且此方式成本較原有方式大大降低了成本，為我們以后承接此類項目打下了堅實的基礎(chǔ)。
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