0325李海国投稿数控曲轴砂带抛光专用机床的研制.doc

数控曲轴砂带抛光专用机床的研制滨州海得曲轴有限责任公司（256606）李海国 徐庆杰 路俊峰 冯延树摘要：针对曲轴在抛光中存在止推面、圆角处无法达到表面粗糙度要求的问题，参考国内外曲轴砂带抛光原理，自主开发研制出曲轴砂带抛光专用机床。该机床采用床头箱主轴轴向窜动原理，不仅使得曲轴止推面能够加工，而且其他轴颈侧面均可以得到加工；采用边缘锯齿形砂带，在床头箱主轴窜动时，使得轴颈左右两端圆角得到抛光加工；抛光块采用浮动夹紧方法，使得抛光时不会破坏轴颈的形位公差；根据产品要求，使用不同粒度的砂带，可得到经济性的表面粗糙度。生产现场实际抛光效果表明，该机床可满足不同类型曲轴轴颈表面、止推面、圆角等表面粗糙度要求。关键词：曲轴 抛光 止推面 圆角 专用机床Nc crankshaft sand with the development of the special machine tool polishingLi Hai-guo Xuqing-jie Lu Jun-feng(Binzhou Head Crankshaft Co.Ltd., Binzhou 256615,CHN)Abstract：According to existing in the crankshaft polishing thrust face, round horn place cannot reach the surface roughness of the requirements, both at home and abroad with reference to the crankshaft sand polishing principle, independent developed crankshaft sand belts special machine polishing. The machine bed spindle box by axial channeling move principle, not only make the crankshaft thrust faces can be processing, and other shaft neck side can be get processing; The jagged edge with sand, in case there is a bed spindle move, making the shaft neck or so round ends get polishing processing; Polishing by a piece of clamping method, and makes the polishing wont destroy shaft neck when the geometrical tolerance; According to product requirements, use different particle size with the sand, and it can get the surface roughness of the economy. Production site actual polishing results show that, this machine can meet different types of crankshaft journals and neck surface, thrust round face, such as the surface roughness requirements.Keyword：crankshaft，polishing，thrust surface，round，special purpose machine tool1、研制背景曲轴是发动机的心脏，其加工精度要求非常高。曲轴在磨削工序之后的超精加工多采用砂带加工的方式进行。曲轴的砂带超精加工一般称之为砂带磨削或砂带抛光，砂带抛光是一种高效、经济、用途广泛的超精加工工艺。与砂轮磨削相比，砂带抛光的磨削温度低，工件表面不易出现烧伤等缺陷，国内外曲轴加工厂家已广泛应用。基于砂带抛光良好的加工效果，进口专用机床已得到了一些应用，但由于进口机床价格昂贵，国内中小企业无力承受，国产机床存在一些不足，比如抛光表面粗糙度达不到工艺要求、止推轴颈无法抛光、轴颈圆角抛光效果低、抛光后对轴颈的形位公差有破坏以及工人劳动强度大等缺陷。以上缺陷可造成发动机烧瓦、止推片、轴颈磨损过快等，客户不时提出反馈意见。2、机床总体设计思路和方案针对目前砂带抛光存在的缺陷以及工人劳动强度大等不足，自行设计制造数控曲轴砂带抛光专用机床。首先采用全自动机床方案，以便减轻工人劳动强度；再者针对目前产品存在的问题，从机床结构设计中逐一解决。数控曲轴砂带抛光专用机床由床身组件、床头箱、尾座、抛光装置、自动上料机构、卷带机构、液压系统、电气系统等部分组成。针对曲轴抛光时轴颈表面粗糙度达不到工艺要求的问题，通过选用合适粒度的砂带解决，不能盲目选用粒度过小的砂带，能达到工艺要求即可；针对曲轴止推面不能抛光问题，考虑在夹持曲轴的床头箱增加主轴轴向窜动机构，不仅使得曲轴止推面能够加工，而且其他轴颈侧面均可以得到加工；针对曲轴圆角抛光效果不好的问题，采用边缘锯齿形砂带，在床头箱主轴窜动时，使得轴颈左右两端圆角得到抛光加工；针对曲轴轴颈抛光后形位公差变化问题，抛光块采用浮动夹紧方法，使得抛光时不会破坏轴颈的形位公差。3、床头箱设计3.1 床头箱结构如图1所示，床头箱部分是由导轨底座1、推进液压缸2、床头箱体3、动力侧箱体4、伺服电机5、床头主轴6、夹套7、链轮8、窜动块9、连杆10、振动体11、直线导轨12、驱动油缸13等零件组成。3.2 床头箱工作原理通过自动上料机构把曲轴送至与床头箱主轴轴线重合位置，启动推进液压缸2，床头箱整体向前推进，将曲轴一端放置到床头箱上与床头主轴6连接的夹套7中夹紧，另一端由顶尖顶紧，启动伺服电机5通过链轮8将动力传递到床头主轴6上，进而带动曲轴旋转，完成抛光工作。为解决曲轴止推面和圆角抛光问题，特增加床头主轴窜动机构，其工作原理是：驱动油缸13来回移动，带动窜动块9左右摆动，通过连杆10传递到主轴上，使得主轴有节奏的左右窜动，从而改善抛光效果。主轴窜动幅度的大小可通过调整螺钉调整。 床头箱背面（去掉护罩）图14、尾座设计4.1 尾座结构如图2所示，尾座部分是由底座1、尾座体2、芯轴3、端盖4、尾座主轴5、顶尖6、直线轴承7、锁紧螺母8、定位板9、传力板10、液压缸11等零件组成。4.2 尾座工作原理尾座的主要功用是顶紧工件曲轴，通过自动上料机构把曲轴送至与尾座主轴轴线重合位置，待床头箱夹紧曲轴后，启动液压缸11，通过传力板10带动尾座主轴5前进，进而用顶尖6顶紧曲轴。图25、自动上料机构设计5.1 自动上料机构结构如图3所示，自动上料机构部分是由工作台1、支撑座2、曲轴3、V形上料机构4、液压缸5、滑动轴6、支撑体7、气缸8等零部件组成。如图4所示，其中V形上料机构4由隔板9、夹板10、推动块11、活动块12、轴承13、固定块14、微型直线导轨15等零件组成。图3图45.2 自动上料机构工作原理将曲轴第一主轴颈和第六连杆颈（以六拐曲轴为例）放置到V形上料机构4的两个V形支撑上，此时两个V形支撑由于一个高一个矮，曲轴便可自动定位，启动自动程序后，液压缸5向前推进，将曲轴的主轴公共轴线送至床头箱和尾座的主轴轴线上。床头箱夹紧、尾座顶紧工件曲轴后，气缸8后退，带动推动块11后退，此时活动块12在重力作用下自动下落，然后液压缸5后退，将整个工作台退回；抛光加工完毕后，液压缸5向前推进，带动整个工作台前进至工件曲轴位置，气缸8推进通过推动块11将活动块12抬起，支撑起曲轴，此时曲轴的夹紧松开，然后液压缸5后退，将整个工作台退回，完成一个工作循环。6、抛光机构设计6.1 抛光机构结构如图5所示，抛光机构部分主要由下抛光夹1、抛光块2、上抛光夹3、定位齿条4、抛光夹板5、夹具下垫板6、夹具轴承座7、滚动轴承座8、滚动轴承9、夹紧液压缸10、液压缸耳环11、液压缸连接座12、夹具上垫板13、模拟砂带14、砂带导向座15等零部件组成。6.2 抛光机构工作原理首先通过一个长行程油缸将抛光机构送至曲轴待抛光之处，通过夹紧液压缸10的前进和后退实现抛光夹的夹紧和松开，从而实现工件的夹紧和松开。抛光连杆颈时，抛光夹需跟随连杆颈摆动，通过安装在下抛光夹1的滚动轴承座8和滚动轴承9实现随动抛光。抛光完成后，抛光夹张开，通过在下抛光夹的一个定位顶尖定位（图中未画出）。图57、卷带机构设计7.1 卷带机构结构如图6所示，卷带机构部分主要由卷带电机1、导向光轴2、砂带定位环3、卷带机构固定板4、主动齿轮轴5、从动齿轮轴6等零部件组成。图67.2 卷带机构工作原理卷带机构安装在机床后端，砂带通过砂带定位夹从下端穿到导向光轴2上，砂带定位环3定位砂带。将砂带穿到两个齿轮轴的齿间隙中，需要卷带时，启动卷带电机1，带动主动齿轮轴5旋转、从动齿轮轴6被动旋转，从而实现砂带的自动卷带。8、床身组件设计8.1 床身组件结构如图7所示，床身组件主要由床身1、直线导轨2、底板3、支撑板4、定位轴5、支承轴6、顶尖7、套8、轴承座9、旋转缸耳环10、连杆11、旋转液压缸12、旋转缸座13、液压缸座14、液压缸15等零部件组成，主要用于承载抛光夹、床头箱、尾座、卷带机构、液压件及管路系统安装体等组件。图78.2 床身组件工作原理床身组件主要承载各部分安装之功用，其中旋转液压缸13能使顶尖7呈垂直和水平两个方向，其作用是当曲轴抛光加工时，呈水平位置，这样不影响连杆的摆动抛光；当抛光完成抛光夹张开下落时呈垂直位置，起抛光夹定位作用。液压缸15的作用是当需要抛光时将抛光夹送至待抛光位置，完工后退回。9、机床调整将各部分安装完成后放置到床身组件上，通过调整使床头箱和尾座主轴同心，以避免加工时出现扭力；抛光机构根据产品调整合适距离；安装液压系统和电气系统以及其它辅助零件；各项工作调整完成后即可试车加工，图8为整机机械系统的三维立体图。10、结论针对曲轴在抛光中存在止推面、圆角处无法达到表面粗糙度要求的问题，参考国内外曲轴砂带抛光原理，自主开发研制出曲轴砂带抛光专用机床。该机床采用床头箱主轴轴向窜动原理，不仅使得曲轴止推面能够加工，而且其他轴颈侧面均可以得到加工；采用边缘锯齿形砂带，在床头箱主轴窜动时，使得轴颈左右两端圆角得到抛光加工；抛光块采用浮动夹紧方法，使得抛光时不会破坏轴颈的形位公差；根据产品要求，使用不同粒度的砂带，可得到经济性的表面粗糙度。生产现场实际抛光效果表明，该机床可满足不同类型曲轴轴颈表面、止推面、圆角等表面粗糙度要求。图8参考文献1刘长吉.全自动曲轴生产线考察报告.内燃机，1995，05.2陈长年.我国汽车制造装备发展初探.制造技术与技床，2005，10.3顾永生.现代汽车发动机制造工艺的发展动向.柴油机设计与制造，2000，03.4李海国.曲轴制造技术进展与未来.汽车制造业，2005，015许梅等.曲轴连杆轴颈的随动磨削.山东内然机，2004，03.6王一治.国内外曲轴制造工艺综述.山东农机,2001,05.7李海国.发动机曲轴制造技术新动向.制造技术与机床，2006.118周德生.曲轴加工新技术.机械工人，2004.059王一治.介绍几种曲轴加工的先进技术，机械