一种新型发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床

冯如意

摘要：文章介绍了一种专门针对汽车发动机裂解式连杆大小头孔半精镗、精镗加工的高档数控机床。该机床是由沈阳机床成套设备有限责任公司承制该课题而研发设计的发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，形成拥有自主产权的生产工艺和一条年产量60万件以上连杆加工生产线，满足汽油发动机15万台以上的配套能力，并实现市场应用。

关键词：汽车发动机；裂解式连杆；大小头孔；精镗加工工艺；数控机床 文献标识码：A

中图分类号：TH16 文章编号：1009-2374（2017）08-0021-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.010

1 机床结构

发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，该机床基本系统由电气控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统、夹具系统、刀库系统组成，其特征在于整体机床采用三坐标结构。X轴传动、Y轴传动、Z轴传动分别由主轴箱、立柱、托板、主床身实现，加上控制系统、液压系统、排屑及冷却过滤系统构成一台专用数控机床，其总体平布布局如图1所示：

发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床包含X轴、Y轴、Z轴、A轴以及TM轴（刀库伺服运转）五个数控轴（如图2所示）。

X轴平行于地面并与Y轴和Z轴垂直，X轴是使立柱移动的数控直线轴，以实现工件左右方向不同位置的加工，Y轴垂直于地面并垂直于Z轴和X轴，Y轴是使主轴箱上下移动的数控直线轴，以实现工件上下不同位置的加工，Z轴平行于地面并与X轴和Y轴垂直，Z轴是使托板移动的数控直线轴，以实现工件前后方向不同位置的加工，A轴为数控回转轴，其回转轴线平行于X轴，使工件沿平行于X轴方向回转，以实现工件不同角度的加工，夹具系统固定在平行于地面的A轴上，绕A轴旋转，A轴分度夹具是X轴、Y轴、Z轴三个数控轴的方位参照基准轴。主轴箱包含两个互相平行的电主轴，它们被安装在主轴箱上同时运动，可以同时加工两个工件。夹具固定在A轴上，夹具系统分两个工位：加工位和装载位，每个工位可同时安装两个工件。

该机床将高精度A轴分度夹具与机床三坐标结构通过一套电气控制、液压、排屑及冷却过滤系统、刀库系统、夹具系统组合为一体，可以实现一次装夹，同时完成两个工件的径向和轴向不同角度和位置的钻削和镗铣加工。

2 机床的工作原理

发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床（如图1和图2所示）包括操作面板1、外防护2、主机3、电气控制系统4、冷却过滤系统5、主轴冷却机6、排屑系统7、油冷机8及液压系统9，从图中的机床坐标轴侧图可见主机由主床身10、X轴滑鞍11、立柱12、主轴箱13、主轴14、刀库15、刀库支架16、A轴转台17、转台尾座18、A轴基座19、夹具系统组成。三坐标单元包括主床身10、X轴滑鞍11、立柱12、主轴箱13、主轴14。夹具所固定的A轴系统包括A轴转台17、转台尾座18、A轴基座19。由图2可见三坐标单元与A轴系统之间的关系，三坐标单元由其特征在于主床身10、X轴滑鞍11、立柱12、主轴箱13、主轴14组成；TM轴为刀库运转伺服轴独立安装在床身之上，可以极大地利用机床空间布局；A轴系统包由其特征在于A轴转台17、转台尾座18、A轴基座19组成；三坐标单元与A轴系统是各自独立的装置，三坐标单元位于A轴系统的正后面，三坐标单元加上A轴系统，再加上刀库、刀库支架、夹具系统，通过一套电气控制系统4、操作面板1、外防护2、冷却过滤系统5、主轴冷却机6、排屑系统7、油冷机8及液压系统9，见图1和图2，将所有装置构成一台完整的专用数控机床；发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床，有X轴、Y轴、Z轴、A轴四个数控轴，平行于地面的A轴系统是X轴、Y轴、Z轴三个数控轴的方位参照基准轴。

Z轴与地面保持水平、沿刀具轴线方向移动的数控直线轴，其中Z轴主要完成钻削和铣削的进给。X轴平行于地面并与Y轴和Z轴垂直，X轴是使三坐标单元沿床身宽度方向移动的数控直线轴，以实现对A轴夹具上工件不同位置的加工。Y轴垂直于地面并垂直于Z轴和X轴，Y轴是使Z轴上下移动的数控直线轴，以实现工件上下不同位置的加工。A轴为数控回转轴，其回转轴线平行于X轴，以实现双工位工件的加工。

液压系统、排屑及冷却过滤系统按机床行业常规技术要求配置，通过管路连接到达各执行元件。

电气控制系统主要采用数字控制系统用于各加工轴的位置控制，液压系统主要用于各旋转数控轴的到位锁紧，排屑及冷却过滤系统的设计满足深孔加工刀具的使用要求。

机床共有轴向及径向2个加工单元，2个动力主轴，5个伺服轴，M代码控制油缸电磁换向阀的电磁铁，实现油缸运动，G代码为系统基本功能指令，控制伺服电机及X、Y、Z、A轴伺服电机和动力主轴电机，控制伺服轴移动与差补。

3 连杆精镗加工工艺

以被加工零件A150连杆为例，其加工精度要求

如下：

加工后精度是：加工工件大孔直径公差-0.016mm/0mm；小孔公差+0.008mm/+0.015mm，大头孔圆柱度≤0.007mm，小头孔圆柱度≤0.005mm；大小孔中心距公差<±0.02mm；小头孔中心线对大头孔中心线的平行度≤Φ0.02mm；大孔对端面垂直度≤Φ0.02。

生产线能力Cmk值≥1.67；设备利用率≥85%。

该机床对A150连杆大头孔半精镗、精镗采用复合刀形式进行加工，一次成型保证加工精度，机床对工件的加工精度已经通过国家机床质量监督检验中心的鉴定完全符合用户要求，同时申请了国家发明专利。

4 发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床（SUC200H2）的优势及市场展望

该机床对孔系零件的加工具有较强的优势，其对称机构的设计使机床多主轴的布置变得更为合理，同时机床的加工区与上料区互补干涉以及加工零件时采用复合刀具，可以极大地缩短零件的加工节拍，提高加工

效率。

近年来我国汽车行业发展十分迅猛，汽车发动机零部件的加工逐渐成为我国汽车行业发展的瓶颈，发动机裂解式连杆大小头孔精加工数控机床是将数控技术、智能技术、可靠性设計等结合起来研发的一种新型高档数控机床，可以极大地提高汽车发动机关键零部件连杆的大、小头孔精加工的效率，对于提升企业市场竞争力具有重大意义。同时我们也可以在该高档数控机床的基础上通过可靠性设计研发三主轴及四主轴结构的高速卧式加工中心数控机床，提高产品的档次和技术含量，填补国内机床行业空白。

参考文献

[1] 李洪.实用机床设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术

出版社，1999.

[2] 成大先.机械设计手册（第1卷）：常用资料和设计

基础[M].北京：化学工业出版社，2000.

[3] 成大先.机械设计手册（第2卷）：现代设计方法及

应用[M].北京：化学工业出版社，2000.

[4] 成大先.机械设计手册（第3卷）：机械零部件设计

[M].北京：化学工业出版社，2000.

[5] 成大先.机械设计手册（第4卷）：机械传动设计

[M].北京：化学工业出版社，2000.

（责任编辑：黄银芳）