高效精密平面铣削技术在缸盖加工中的应用

收稿日期 :2004 - 07 - 22作者简介 :游楼弼 (1946 - ) ,江苏建湖人 ,江苏恒力组合机床有限公司高级工程师。文章编号 :1001 - 2265(2005) 04 - 0093 - 02高效精密平面铣削技术在缸盖加工中的应用游楼弼 1 , 许兴旺 1 , 黄叔达 2 , 宋蔚 2(11 江苏恒力组合机床有限公司 , 江苏 盐城 224006 ; 21 一汽无锡柴油机厂制造部制造技术室 , 江苏 无锡214026)0 引言高效精密平面铣削技术的关键就是在大进给速度的前提下达到较高的平面铣削精度 (相当于磨削水平 ) ,国外一些工业发达国家的高效精密铣削的进给速度已达到 2 3m/ 上 ,在国内 ,过去人们为了达到较高的平面铣削精度 ,往往采用降低进给速度 ,即减少每齿进给量方法实现。随着对机械加工生产效率和精度要求的不断提高 ,过去那种低进给速度 ( 300mm/平面精铣工艺已不能满足用户的高生产率要求 ,因此 ,高效精密平面铣削技术的应用有着十分重要的现实意义。2002 年 ,一汽无锡柴油机厂因生产发展的需要 ,委托江苏恒力组合机床有限公司设计制造一台高效精密平面铣削组合机床 ,用于精铣 6110 系列柴油机缸盖底平面 ,取代原有的一台平面磨床 ,以实现以铣代磨。1 被加工零件工艺要求缸盖底平面加工精度要求 :平面度 0. 05部 0. 025/100) ,粗糙度 1. 6 m , 生产节拍 3件 ,刀具使用寿命 500 件 ,缸盖的主体材料为蠕墨铸铁 ,在缸盖中还镶有几个材料为 20 的喷水管。被加工零件工序图如图 1 所示。图 1 精铣缸盖底平面工序图2 机床的配置型式及主要结构特点2. 1 配置形式的确定考虑到工件形状及工艺要求 ,机床配置型式为立式单面铣削组合机床 , (如图 2 所示 )它主要由数控铣削工作台 ,高精度专用铣削头、立柱、夹具 (液压 ) 、电气、刀具等主要部件组成。2. 2 工艺方案验证方案制定后 ,先进行切削工艺试验 ,以验证方案的可行性 ,在无锡柴油机厂就地选了一台规格相当的立式组合机床 ,对 21个 6110 缸盖底平面进行切削试验。试验机床 : 立式组合铣床试验铣刀盘 :30 - 8615 - 12(左 )刀盘直径 315刀片 : 0)机床主轴转速 : n = 160r/ 63021 个工件每件各项精度指标都达到了工序图上的工艺要求 ,效果较好。说明机床工艺和结构方案可行。图 2 机床外形图2. 3 主要部件结构特点在切削试验的基础上 ,对机床结构方案做了进一步完善 ,同时 ,对各主要部件又提出了更具体更明确的设计制造要求。(1)铣削工作台按精密级制造 ,取消原来的传动装置 ,设计专用过渡箱 ,配上 024 - 伺服电机及数控系统 ,以实现进给速度调整的柔性化。(2)专用铣削头按高精度制造 ,因刀具的特殊性 ,主轴结构在 1参照有关德国铣头主轴结构作了相应的更改。取消 60接触角双向推力球轴承 ,采用 51000 系列推力轴承取代 ,同时在密封环端面与主轴法兰后端面之间加一半环调整垫 ,从而使主轴能承受更大的轴向负荷 (详见图 3) 。(3)取消铣头原有的机械传动装置 ,设计一带手柄变速的专用传动装置 ,电机采用变频电机 ,以实现主轴转速变化范围更大 ,用齿形带将装在专用传动装置输出轴上的一齿形带轮和装在主轴尾部的一齿形带轮连结起来 (并配有卸荷装置 ) ,使传动更加平稳。铣头箱体非标设计 ,以提高其稳定性。(4)改进立柱设计 ,以保证其有足够的刚性。(5)根据用户的要求 ,刀具采用进口 品 ,刀盘直径选 315。392005 年第 4 期 工艺与装备(6)机床夹具为液压控制 ,液压元件选用北京华德力士乐产品。 夹具主要由定位夹紧机构、升降机构、油缸部件等主要部件组成 ,工件加工结束后卸料前 ,夹紧松开 ,升降机构抬起 ,工件卸料 ,人工将工件推入输送滚道 ,空夹具返回原位 ,工件上料进入夹具 ,升降机构落下 ,然后工件定位夹紧进入切削。图 3 主轴结构图(7)为了使机床设计更人性化 ,机床配半防护 ,同时立柱上配有装刀架 ,以减轻工人换刀的劳动强度。(8)工件经人工滚道手动上、下料。机床制造完毕后 ,初验收时 ,静态精度完全合格 ,并有一定的储备量 ,动态验收时 ,选的切削参数为 :主轴转速 n = 180r/ 进给速度 860切削深度 0. 1 0. 15检测结果 :平面度小于 0. 05 (局部小于 0. 025100m)合格 , 主要存在问题是工件切削表面有时出现微弱振纹 , 从而导致表面粗糙度不稳定 , 不能完全达到 1. 6 针对这些情况 , 经分析研究 ,采取以下措施 :(1)调整工艺参数。(2)为了验证工件上镶有的 20 钢喷水管对刀具的影响 ,进行了带喷水管与不带喷水管的对比试验 ,试验结果表明 ,有钢管的工件 ,切削时刀具有“粘刀”现象 ,建议用户对喷水管的伸出长度进行控制 ,尽量减少对 20 钢的切削余量。(3)对主轴轴向调整机械做少量改动 ,使其进一步增加轴向刚度 . 为适应 刀 ,将铣头主轴中心线对工件切削表面垂直调整在 0. 0054)刀齿由原来选用的 40 齿改为 30 齿。机床经整改后 ,顺利通过初验收 ,机床运到锡柴厂后 ,终验收进行很顺利 ,检查结果平面度 0. 05部 0. 025/ 100) ,正常稳定在 0. 03粗糙度 1. 6 m ,正常稳定在 1. 0 1. 2 项指标达到原技术协议要求 ,刀具使用寿命 500 件。3 结束语这台机床在锡柴厂使用二年多来 ,反映良好 ,原来的磨床已停止使用 ,该机床成功使用 ,真正实现了以铣代磨的新工艺 ,这是我公司与锡柴厂通力合作 ,在高效精密铣削技术推广与应用的道路上迈出了新的一步。当然这台机床仍有不足之处。(1)在今后机床设计时更加注重外形美观大方、线条的流畅。(2)机床排屑不流畅 ,建议改进或采用其它专用排屑装置。(3)装刀架使用还欠灵活方便 ,建议今后考虑增加气 (液 ) 动控制机构。(编辑 赵蓉 )(上接第 92 页 )图 6 变进给率时刀具位置与受力关系路径长 = 转角 / 360/ 60000N ,将刀具路径分成 12 段 ,优化每段进给率 (140 ,125 ,130 ,150 ,180 ,220 ,130 ,80 ,55 ,40 ,25 ,20) 。如第 5 段力为 50 ,故 300/ 52 = 5. 77 , 1. 725 5. 77 - 0. 725 =9. 23 ,该段实际进给率 = 固定进给率 20 9. 23 =184 ,取整为 180。其他间隔段实际进给率计算方法一样 ,使刀具受力均为 3000N ,得到刀具位置与受力关系如图 6。总加工时间计算 :恒进给 : t = 32. 4/ 20 60 = 97. 2t = 32. 4/ 12 (1/ 140 + 1/ 180. . + 1/ 20) 60 = 31. 260 %。生产效率大大提高。6 结论雕刻表面球形铣削加工中 ,根据刀头的受力模型 ,可以计算整个刀具路径上刀头的受力。根据计算的结果 ,将整个刀具路径上最大受力作为指定值 ,然后将刀具路径分段 ,根据每段的最大受力与最大受力指定值的关系 ,确定该段的实际进给率。这样整个刀具路径上的进给率是变化的 ,但刀具受力基本恒定。这样 ,既满足了