135型柴油机机体气门挺杆孔加工组合机床

1 气门挺杆孔的加工要求
机体是柴油机的关键零件，6135型柴油机机体为HT250铸件，体积大、结构复杂、孔系多。机体上有6个气缸孔K，每个气缸孔侧配有2个气门挺杆孔D，共有12个挺杆孔，其直径为40H8，粗糙度Ra0.8，圆柱度允差为0.011，挺杆孔相对凸轮轴孔H的垂直度允差为0.04/100，并且与气缸孔K、凸轮轴孔H及曲轴孔Q都有位置精度要求。由于挺杆孔深入到机体内部，且孔径小，加工相当困难。该机体要求年生产7000件，两班制生产，单件加工节拍时间为30分钟。
2 挺杆孔加工工艺
由于气门挺杆孔直径小、尺寸精度高、表面粗糙度低、底孔为铸孔等特点，采用粗镗、半精镗、铰挤三道工序来加工。粗镗工序主要切除大部分加工余量；半精镗可以纠正底孔的偏心和直线性，以保证孔的位置精度，为下一道工序铰挤创造较好的加工条件；铰挤工序达到最终的尺寸精度和粗糙度要求。各工序的工艺参数见表1。 表1 工艺参数 工序号 工序
内容 刀具
材料 加工
尺寸
mm 加工
余量
mm 切削
速度
m/min 刀具
转速
r/min 进给
量
mm/min
1 粗镗 YG8 37.75 5～6 35 295 74
2 半精镗 YG6 39.75 2 50 400 100
3 铰
挤 YG6 39.99
40.03 0.24
0.04 8 65 30
为使机床同时满足4135型柴油机机体4缸8挺杆孔的加工要求，将6135型机体12个挺杆孔分在3个工位上加工，每个工位加工4个，这样既简化了机床结构，降低了主传动功率，又扩大了机床的加工范围，改善了机床的适应性。
3 机床的总体设计方案
机床的总体布局(见图2)为立式四工位镗孔组合机床型式，设计了粗镗、半精镗、铰挤3台组合机床，其结构基本相同，区别仅仅在于主轴箱的转速、功率及刀具，铰挤机床配有冷却系统。
机床选用SEHY 400/1250型四工位液压移动工作台作为工位转换及精确定位的动力部件，在工作台台面上安装夹具。在立柱上配置有HY32/630型液压滑台和1TD32型动力箱，用来传动主轴箱，并作孔加工进给的动力，二个液压滑台配有专用液压站。
机床总功率：粗镗组合机床为7kW，半精镗及铰挤组合机床为5kW；机床装料高度：800mm；主机外形轮廓尺寸为3500×1716×3698mm；净重9t。
1.床身立柱 2.夹具 3.刀具 4.活动模板 5.液压系统 6.电控系统 7.主轴箱 8.冷却系统 9.润滑系统 10.动力部件
图2 机床布局
图3 刀具

4 机床的主要部件
刀具
按挺杆孔加工工艺方案，机床配置了图3所示的专用刀具。图3中1为粗镗、半精镗刀具结构，采用双刀头硬质合金镗刀块，粗镗至f37.75，切深2～3；半精镗至f39.75，切深1；刀杆采用开油沟的圆柱形导向。2为铰挤复合刀具，刀具上部为开油沟的圆柱导向；中部为开有铰刀齿形的直槽导向；铰刀尺寸为f39.99，切深0.12，前端为无刃铰挤刀，挤孔至f40.026，挤孔余量为0.04。
由于挺杆孔深入机体内部达412mm，孔径小，刀杆细长刚性差，为提高加工时的稳定性，采用了上下两层固定式导向装置。
夹具
目前大多数柴油机厂采用的夹具形式为：工件以F面及F面上的两个专用工艺孔定位(图1)，自下向上施加夹紧力，将F面紧靠在框架式夹具上盖下方的定位块上，实现定位夹紧。刀具以插在凸轮轴孔(H)中导向轴上的导向套及夹具上盖上的导向套导向。用人工或专用液压牵引机构来插拔导向轴。这种夹具形式存在以下缺陷：
采用框架式夹具，机体从侧面进出、安装，加工时观察、测量不方便。
夹紧力与切削力、机体重力方向相反，所需夹紧力大，定位夹紧的稳定性差。
框架式夹具及导向轴插拔液压牵引机构复杂、庞大、成本高。
在本机床夹具中机体以E面和1#、6#两个相距最远的气缸孔K定位。图2中，在夹具底座21上，装有平面定位块和两个定位销22，23，以可靠地安装工件，在两个定位销中间设计了液压下拉式叉形压板24直接夹紧工件，夹具安装在四工位移动工作台台面上。导向轴25由主托架26和副托架27支撑、轴向定位，安装在机体的凸轮轴孔H中。主托架位于夹具底座上，内设计有导向轴轴向精定位插拔锥销机构；副托架固定在移动工作台的滑座上。当工作台及夹具移动时，导向轴可以自动插入或拔出机体凸轮轴孔。设置在导向轴上的导套作为刀具的前导向，紧靠加工部位，刀具的后导向布置在悬挂于主轴箱下方的活动模板4上。模板与夹具的相对位置依靠模板上的两个定位套和夹具墙板28上的4个定位销29的配合来确定，这4个定位销两两间距相等，对应于三个加工工位。
该夹具的特点是：
全敞开式结构便于工件的安装和检测。
加工时工件的夹紧力与切削力、重力方向一致，因工件较重(318kg)，所以所需夹紧力小，而安装可靠。
采用E面和二个气缸孔定位，使挺杆孔的设计基准和定位基准、装配基准重合，有利于提高孔系加工精度和装配精度。
夹具结构简单，成本低，操作方便，能实现加工过程的半自动循环。
5 机床的控制与工作循环
机床设置有专用液压站和电气控制柜，为方便操作，还配置了按钮站。电气—液压系统由PLC程控器控制，构成PLC电—液自动控制系统。系统具有手动/自动操作功能，手动时可以按工作程序一步步操作实施；自动操作机床工作循环如图4所示。
图4 机床工作循环图

机体在I工位安装，定位夹紧→移动工作台点动快进至Ⅳ工位，移动过程中导向轴(芯棒)自动插入机体的凸轮轴孔内→导向轴手动插销轴向定位→按下自动循环按钮→移动工作台快退、缓退至Ⅱ工位定位、夹紧→立柱上动力箱开始工作，主轴旋转→立式液压滑台依次快进、工进、快退，完成一个孔加工工作循环，4个挺杆孔的加工→移动工作台放松→移动工作台依次在Ⅲ、Ⅳ工位定位夹紧，完成孔加工工作循环，加工出另8个挺杆孔→在Ⅳ工位手动拨出导向轴定位锥销→移动工作台点动快退至Ⅰ工位，快退中导向轴自动退出机体，支撑在主、副托架上→放松机体→卸下机体。
6 机床的应用效果
该组合机床经用户生产现场考核，测试机床几何精度符合JB3045-82钻镗类组合机床精度标准；加工机体，实测挺杆孔尺寸精度，形位精度及粗糙度均达到产品图纸要求，加工质量稳定可靠。
机床结构合理，自动工作循环稳定可靠，操作简便，大大减轻了工人的劳动强度。
机床生产率高，实测单件加工时间为27min，达到两班制工作、年加工机体7000台的批量生产要求。

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