高速多工位精铣底面、钻铰定位销孔数控专机的研制

陈 辉 周瑞婷 刘 磊

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司装备研究所，河南 471004)

设 计

高速多工位精铣底面、钻铰定位销孔数控专机的研制

陈 辉 周瑞婷 刘 磊

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司装备研究所，河南 471004)

介绍了用于加工发动机机体工艺基准面和工艺定位销孔的数控专机的设计思想。以简约、高效为原则，通过合理设计机床整体布局和巧妙的夹具结构，制造出了完全符合工艺要求，满足用户需要的机床。

发动机机体;数控加工;定位基准;专机柔性化

我公司经常对外承接发动机机体等零件的整线工程。对于整线，要求前面工序的机床为后面工序加工出合适的定位基准，一般是一面两销。对于发动机机体，一般都是将工件底面和底面上的两个定位销孔作为后续加工的工艺基准。

在我公司早期所做的一些机床上，受工艺的限制，底面和两定位销孔都是分别在两台机床上加工。一般是先将底面在第一台专机上加工好，然后在第二台专机上，以底面为定位基准，加工出定位销孔，这只能在一定程度上保证底面和定位销孔的垂直度、位置度等相对位置关系。这种分两次定位装夹加工出的一面两销的定位基准之间的误差较大。随着对发动机机体加工精度的要求日益提高，这种误差程度已经不能满足要求。所以需研发一台一次定位装夹就能够加工出发动机机体一面两销的定位基准的专机。

1 机床总体方案

我公司专门设计了高速多工位精铣底面、钻铰定位销孔数控专机，如图1。

机床床身是一个T字型连体底座。床身前部是一个数控滑台，数控滑台上面安装夹具。连体底座后部安装一个带数控进给滑台的整体立柱，立柱的一边安装铣头(右侧)，另一边数控进给滑台上安装一个加工中心主轴结构的镗头(左侧)，镗头左侧的立柱面上安装刀库。

机床动作循环如下:

(1)按“开始”按钮，液压启动，电气启动，导轨润滑系统启动→按@按钮→自动上料油缸输送工件到位，夹具定位夹紧完成→气检装置检测工件定位面，若不合格，机床动作停止并报警;若合格，则进行下面的工序。

(2)卧式数控移位滑台快进→工进(铣削)→快进到钻铰第一个定位销孔位置→立式进给滑台进给钻定位销孔→换刀→立式进给滑台进给孔口倒角→换刀→立式进给滑台进给铰定位销孔(同时喷雾润滑装置启动)。1号定位销孔加工完成。

(3)卧式数控移位滑台快进到钻铰第二个定位销孔位置→立式进给滑台进给钻定位销孔→换刀→立式进给滑台进给孔口倒角→换刀→立式进给滑台进给铰定位销孔(同时喷雾润滑装置启动)。2号定位销孔加工完成。

(4)夹具定位和夹紧放松完成→自动下料油缸将工件拉出夹具到下料位→卧式数控移位滑台快退到初始位置→从@重复循环。

图1 新设计的组合机床Figure 1 Newly-designed assemblingmachine

2 机床主要创新点

2.1 专机柔性化

(1)采用新的加工方式，实现了一次定位装夹完成精铣机体底面、钻铰两定位销孔的工序，减少了工件两次定位装夹产生的误差，保证了工件的加工精度。此方式满足节拍要求，降低设备投资;采用铰孔，能够稳定地保证工件孔径尺寸精度，降低了操作人员调整刀具的难度，避免人为因素可能产生的错误。

(2)夹具结构可靠，排屑顺畅。我们在夹具本体上设置大斜面，使得加工中产生的铁屑沿着斜面排到滑台底座的接屑槽中。工件在夹具中是三个面定位，夹紧只能夹紧在主轴承结合面处，所以夹具中采用了多个油缸，设置了可靠的定位夹紧机构，很好地保证了整台机床功能的实现。

(3)采用数控技术，增加机床柔性。采用数控技术，可以针对不同品种的加工更换不同的加工程序。如果用户增加新的加工品种，仅需对现有夹具进行微小改动即可保证整台机床继续可靠使用。采用圆盘刀库，如果加工孔径等有所改变，用户可以在刀库上增加新的刀具，满足不同加工的需要。

2.2 高速刀具，满足节拍要求

(1)高速切削。表1是本台机床不同工步的切削速度，实际加工一个四缸缸体的总时间约为2.7 min，满足了机床加工节拍的要求。

表1 不同工步的切削速度Table 1 Cutting speed of various working procedure

(2)大胆采用先进刀具。采用进口刀具，满足高速切削要求。采用瓦尔特的精铣刀、大昭和的整体硬质合金钻头和有可转位刀片的倒角刀、钴领的整体硬质合金铰刀。

(3)刀柄选用液压刀柄，自定心，减少刀柄系统的跳动。配合选用短刀具，提高刀具系统的刚性。主轴选用高精度加工中心主轴，主轴刚性好，跳动小，精度高。

(4)最终加工精度为:定位销孔孔间距为0.02 mm;底面平面度0.02 mm;孔径尺寸误差0.01 mm。

2.3 将刀库应用在专机上，实现多刀加工

应用刀库提升专机档次，在专机上安装刀库，使专机柔性化。机床采用数控滑台和加工中心主轴形式的镗头，带上刀库后，不仅能适应更多的品种，而且更换品种非常方便。使用刀库后，机床变得简单而且紧凑。即在一个加工工位可以完成钻孔、孔口倒角和铰孔三个工序的加工，而以前的专机需要多工位才能完成。

盘式刀库特点:(1)快速换刀。采用滾子齿轮式凸轮，快速换刀时间1.5秒/循环。(2)快速刀具分度。以双滚子齿轮式凸盘，定位精度可达到 ±0.05 mm、分度时间为 0.6 秒/刀套。

2.4 采用微量润滑系统(MQL)进行半干式加工

MQL系統主要原理:利用少量润滑油为刀具进行润滑的同时，通过大量压缩空气为刀具和工件冷却，并吹走带高热的切屑。

微量润滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)切削是指将压缩气体(空气、氮气、二氧化碳等)与极微量的润滑油混合汽化后，形成微米级的液滴喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。切削液的用量一般仅为(0.03～0.2)L/h，而传统湿法切削的用量为(20～100)L/min，可有效减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，防止粘结，延长刀具寿命，提高加工表面质量。

3 结论

该组合机床满足了用户的生产节拍要求，能够保证工件的尺寸精度、两大定位基准形位公差及粗糙度等工艺要求。在用户近两年的使用中，运行状态良好。

编辑 傅冬梅

Development of Numerical Control Special Machine for Finish Milling Bottom Surface and Boring Positioning Pin Hole with High Speed and MultiWorking Position

Chen Hui，Zhou Ruiting，Liu Lei

Design thoughts of numerical control specialmachine used for processing technical datum level and positioning pin hole of engine body have been described.On the principle of brief and high efficiency，and through reasonable design of general arrangement and excellent fixture configuration，themachine has been manufactured，which could achieve technical standard and customers’need.

engine body;numerical controlmachining;positioning standard;specialmachine flexibility

TG65

B

2014—01—10