高速高精度连杆精镗机床的设计

李金莹，陈 辉

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司，洛阳，河南 471004)

高速高精度连杆精镗机床的设计

李金莹，陈 辉

(一拖(洛阳)开创装备科技有限公司，洛阳，河南 471004)

摩托车连杆大端孔的精加工是连杆加工中的重要工序，通过对连杆加工前状况的分析和本序加工后要达到的各项精度进行分析，设计卧式双轴精镗床，保证了节拍28s/两件，圆度0.01μm，孔的粗糙度达到Ra0.8，重点对机床的总体结构、机床的刀具、机床的镗头、工件在夹具上的定位、夹具上的让刀机构、机床的工作循环等进行分析，这对研制同类型的高精度的镗床具有一定的参考价值。

摩托车连杆;镗床;夹具;让刀;工作循环

0 引言

连杆是摩托车上的一个关键零件，而连杆上大端孔的精加工是连杆加工中的重点工序，最近，我公司为某集团公司设计了一台高精度连杆镗床，这台连杆镗床用于精加工摩托车连杆大端孔，加工节拍不仅达到了用户要求的28s/两件(机加工时间，含工进、快进和快退时间，不含装夹辅助时间)的要求，而且主轴转速达到了1750r/min，所加工孔的光洁度达到了Ra0.8，圆度达到了0.01μm。这台镗床的设计为研制此类镗床提供了宝贵的经验，下面将对该台机床的关键部件进行介绍。

1 被加工工件

被加工工件:连杆:13216-037-0000(如图1)，工件材料:20CrMo;工件硬度:HRB80-95，工件重量:～0.25Kg，如图1中大端孔φ35.5±0.01 mm孔为所要加工的连杆的大端孔。

加工前工件的情况:工件上大端孔和小端孔的端面均已精铣过，且两孔的相同一侧的端面均共面，平面度均为0.03μm，小端孔φ13.2+0.30，此孔粗糙度为 Ra6.3，大端孔 φ35.5±0.01 mm，粗糙度为Ra3.2。两端面间厚度尺寸为16.4±0.05mm。

图1 被加工工件图

2 本工序机床加工内容及加工精度

精镗大端孔至尺寸φ35.95+0.0250mm(加工深度16.4 ±0.05mm)，粗糙度 Ra0.8，圆柱度 0.01μm;大端孔一端倒角0.7 mm×45°，粗糙度Ra12.5。用户同时要求孔中心距能够沿两孔中心连线方向改变，以满足以后类似不同中心距但其它尺寸与此产品相同的连杆孔的加工。

3 机床工序图及总体方案的制定

(1)根据分析被加工工件加工前的特点及用户要求的精度等，绘制出被加工工件的工序图(见图2)，及刀具调整图(见图3)，并最终确定了机床的总体方案图。

图2 被加工工件的工序图(图中公差为换算后的公差)

图3 刀具调整图

(2)机床总体方案介绍

通过以上对被加工工件的具体情况的分析及对此类镗床的研究，最终确定机床总体方案图(见图4)，机床总体方案为卧式单面双头布置，机床底座为整体床身，底座的左端安装夹具，右端为数控滑台的导轨，导轨为整体硬轨。导轨上面安装数控滑台，机床底座右端的两导轨中间安装滚珠丝杠及丝杠轴承支座，后部通过弹性联轴器连接伺服电机。数控滑台台面上方并排安装两个精密镗削头，两精密镗削头共用一个连体传动装置，两镗头的驱动电机均为变频电机，变频电机可以方便的调整主轴的转速。镗头主轴前端通过过渡接头连接精镗孔、倒角专用精密镗刀杆，镗杆上安装精密镗刀夹。

机床底座上设计有排屑通道，通过大流量冷却液将铁屑冲入排屑装置中，排屑装置先将铁屑与冷却液分离，将铁屑提升然后落入集屑小车，冷却液分离的同时进行过滤，过滤后的冷却液可循环使用。

4 机床主要部件介绍

(1)机床底座

为可靠保证机床的整体刚性，机床底座采用整体床身结构，底座采用树脂砂铸造，材质采用了HT300牌号高性能铸铁。铸造后进行一次热时效处理，粗加工后进行第二次热时效处理，以便消除内应力，减小铸件的变形。机床底座上设计大角度排屑槽，清屑方便。床身设置吊装孔或吊装装置。床身任何部位不漏水。

(2)数控滑台

机床滑台采用数控滑台，数控滑台通过伺服电机进行数字控制。为保证滑台有较好的刚性及强度，滑台导轨为硬导轨，并和机床底座设计成一体，采用HT300牌号高性能材质，导轨表面采用超音频淬火，硬度达到HRC50以上。淬火后经导轨磨床磨削。滑台体铸造后进行一次热时效处理，粗加工后再进行第二次热时效处理，以消除内应力，减小变形。滑台体上的导轨进行涂塑处理，与机床底座上的导轨配刮。数控滑台的丝杠轴承采用进口日本NSK公司的滚珠丝杠专用配对高速60°角接触轴承。丝杠采用台湾HIWIN品牌双螺母垫片式预紧滚珠丝杠传动副，精度等级为C3级。

图4 机床总体方案图

(3)精密镗头

镗头是此孔加工中的关键部件，此镗头采用西德DSS55结构精密镗头。采用刚性主轴结构方式。为使刀具获得近距离支撑，镗头进行专门优化设计，镗头脖颈减短，镗头体与滑台台面的结合面加长，提高整体刚性。考虑到工件要求的精度较高，所以镗头轴承采用日本NSK精密轴承。镗头主轴的尾端安装主轴定位装置，以实现刀具准确让刀，镗头前端采用气密封，以避免铁屑进入主轴锥孔，影响主轴的精度，同时对锥孔起保护作用。

(4)镗头传动装置

镗头传动装置设计成一体结构，即两个镗头共用一套传动装置，这样一方面可以增强刚性，另一方那个面可以达到整体美观的效果，变频电机通过齿形带驱动主轴转动。皮带及皮带轮处设计防护罩。

(5)夹具

图5 夹具图

夹具是机床的重要组成部分，此机床的夹具采用箱式结构，安装在机床底座的左边。夹具上因为要同时装夹两个工件，所以夹具上具有两套定位、夹紧，共用一套让刀机构，夹具图如图5所示。定位机构:工件立装在夹具上，大端朝上，采用一面两销定位，即以图2(被加工工件的工序图)中的A面为定位面，两销以要加工的大端孔和小端孔设计两销，其中小端孔处为固定销，待加工的大端孔处为一可伸缩式定位销结构(见图6)，夹紧机构从定位面的对面将工件压紧，从而限制工件的六个自由度，定位夹紧后，大端孔定位销由后面的推拉油缸缩回夹具体内。此大端定位销内还设计圆形多孔吹气结构，加工过程中，通过定位销销中管道吹高压气体至加工工件和刀具处，起到吹气冷却和吹走铁屑的作用。

夹紧机构:采用液压翻板压紧结构。压板同时压紧大小端面，压板大端中间有半圆孔，供刀具通过，此压板在上下方向上具有一定得浮动性，可以保证压紧工件时上下同时可靠压紧。压板由后部推拉油缸推拉压板控制压板的压紧和放松，夹紧力的核算如下:

f为工件的摩擦力，mg为工件的重量，其中f=μ(mg+Px)，Px为切削时刀具产生的轴向力，μ为摩擦系数，取0.2，

所以夹紧力F=1.066+0.25≈1.32公斤

让刀机构:刀具退出时，为避免刀具在工件已加工面上拉出刀痕，特设置让刀装置。镗孔完成并倒角后，数控滑台退回少许，主轴停转并定位，工件压紧油缸压力减小到工件沿小孔定位销可以推动时，此压力需在安装时调试，当需要让刀时，夹具上方的油缸推动让刀机构中的锥体，从而沿水平方向推动两个推杆，进而推动工件沿小孔端定位销转动，转动到工件靠在旁边的死定位块上，工件正好离开刀尖时，接近开关发信号后，数控滑台后退，刀具退出工件。

(6)刀辅具

机床加工形式为干式加工。采用瓦尔特T911-40非标精镗孔、倒角专用镗杆。该镗杆上镗孔刀为精密可微调镗刀刀夹FR710，可轴向和径向按刻度微调，每格0.01mm。倒角刀片直接安装在刀杆上。这就更有利于保证工件的精度要求，另外，镗孔和倒角刀片均为瓦尔特CCGT060204-PF5 WPP20。

镗头端部连接接口为短锥及端面定位，螺钉连接，有效的保证了刀具的整体刚性。主轴与镗杆间设计专用过渡接杆。镗杆与过渡接杆位直柄侧固连接。

(7)机床的动作循环(见图6)

图6 机床动作循环图

(8)机床节拍的核算

切削参数:精镗、倒角切削速度V=200m/min，主轴转速 n=1771/min，刀具每齿进给速度 Sr=0.05mm，滑台进给速度Sm=88.5mm。

工进行程:L=5(切入量)+16(加工量)+5(切出量)=26mm。

5 机床安全方面

机床设计有安全保护装置:紧急停止、互锁功能、PLC报警、故障诊断等内容。

机床配置机床三色工作灯，根据加工状态，显示不同颜色的指示灯。

6 结束语

本文介绍了精加工摩托车连杆大端孔镗床的设计，在对被加工工件进行分析研究的基础上确定了机床的整体配置、工件的夹紧形式、定位方式、刀具的结构及让刀机构的让刀方式等，经过实践证明，此精镗床不仅速度快、效率高，而且加工出零件的各项精度都达到了用户要求，此机床为以后此类机床的设计提供了宝贵经验。

［1］大连组合机床研究所.组合机床设计［M］.北京:机械工业出版社，1975.

［2］大连组合机床研究所.组合机床设计参考图册［M］.北京:机械工业出版社，1975.

［3］甄秀仙.加工气缸盖镗床的设计［J］.组合机床与自动化加工技术，2009(8):94－95.

(编辑 赵蓉)

High-speed High Precision Boring Machine Design

LIJin-ying，CHEN Hui
(YTO(Luoyang)kaichuang equipment science＆technology CO，.LTD.，Luoyang 471004，China)

Motorcycle connecting rod big hole finishing operations is the importantworking procedure,according to connecting rod processing condition analysis and this foreword processing must achieve each precision carries on the analysis,the design horizontal type two axle fine boring lathe,had guaranteed metre28 second/two,roundness0.01μm,hole roughness achieves Ra0.8，key to engine bed＇s gross structure，themachine＇s cutting tool，the Boring head，on the work piece on jig localization，the jig lets the cutter back-off organization，the work cycle of themachine and so on，this to develops the same type the high accuracy boring lathe to have certain reference value.

motorcycle connecting rod;boring machine;Fixture;work cycle;cutter back-off

TH16;TG65

A

1001－2265(2011)06－0087－04

2011－04－20;

2011－05－13

李金莹(1980—)，女，河南南阳人，一拖(洛阳)开创装备科技有限公司装备研究所工程师，主要从事组专机床、数控机床的研究和设计工作，(E －mail)lijinying_2004@163.com。