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全主動CNC鏜削活塞銷孔專機的研究開發

更新时间:2019-11-16 14:40人气:5667

摘要:所研製的全主動CNC鏜削活塞銷孔專用機床可以實現工件的主動上 、下料和主動定位、夾緊,並且在一次安裝、不停機、不換工位的情況下,高效地完成活塞銷孔的鏜孔、鏜外口、切擋圈槽、倒內角和倒外角。該機床已在上海活塞廠投進生產,並取得了良好的加工效果。 關鍵詞:精鏜;活塞銷孔;專用機床;CNC

1前言

活塞是轎車發動機的關鍵零件,活塞的質量和產量直接影響轎車的質量和產量 。目前我國轎車產業發展非常迅速 ,以上海大眾桑塔納轎車發展為例,1994年生產綱領為年產10萬輛,1995年為15萬輛,1996年達20萬輛,1997年達25萬輛,到本世紀末將達50萬輛。上海新建的SGM公司1998年底將推出新的中高檔轎車 ,如許,活塞的需求量將更大。上海活塞廠是一家能直接與轎車配套生產活塞的專業廠,為了與桑塔納轎車生產配套,該廠從80年代中期開始逐步從國外引進了1000多萬美元的活塞加工關鍵專用工藝設備,構成了我國第一條轎車用活塞生產線,但其生產能力隻能為年產10~20萬桑塔納轎車配套服務。要與年產50萬輛桑塔納轎車配套生產活塞,必須引進上千萬美元的關鍵設備,這是企業難以承受的。為了降低活塞製造本錢,發展我國先進製造技術,研製活塞加工關鍵工藝設備勢在必行。為此,1994年上海活塞廠根據生產發展的需要,提出了引進設備國產化的設想。經過半年多的調查研究,上海交通大學與上海活塞廠在上海市重點辦、上海桑塔納轎車國產化辦公室、上海汽車產業團體總公司、上海桑塔納轎車攻關項目辦公室的撐持下,簽署了全主動CNC鏜削活塞銷孔專用機床合作研究開發協議,並且由上海交通大學、上海活塞廠和有關機床廠構成了攻關隊伍,擬定了具體的研究計劃。經過二年多的奮戰,全主動CNC鏜削活塞銷孔專用機床終究研製完畢,並於1997年8月運抵上海活塞廠投進了生產 。

經機械產業部機床產品質量監視檢測中間上海分中間的檢測和生產實際考核 ,該機性能穩定 ,質量可靠。並於1998年1月通過了機械產業部和上海汽車產業總公司聯合組織的鑒定。

2被加工零件的要求

鏜削活塞銷孔是活塞加工工藝流程中較複雜的一道工序,包括鏜孔、鏜外口,切擋圈槽、倒內角和倒外角等五個部位的加工。圖1是被加工零件簡圖。其材料為矽鋁合金 ,加工尺寸要求為:銷孔直徑為φ19.5+0.050mm、止口端麵至銷孔內圓麵的間隔為19.24±0.03mm,擋圈槽直徑為φ21.7+0.13-0.05mm、寬為1.6+0.10mm、槽底圓弧半徑為R0.8mm,外口直徑為φ22.2+0.40mm、圓弧半徑為R0.5mm,內角圓弧半徑為R0.5mm、寬度為0.8+0.2-0.1mm,外角錐度為40°±10′ ,銷孔兩擋圈槽外部之間間隔為60+0.20mm,兩外角之間間隔為62.15±0.2mm,兩外口之間間隔為65±0.2mm。位置度要求為:擋圈槽、外口、外角對活塞中間線的對稱度要求為0.2mm,兩內角端麵與銷孔中間線之間的垂直度要求為100∶0.8,擋圈槽相對銷孔中間線的徑向跳動為0.1mm,銷孔中間線與活塞中間線不共麵,其間距為1.2±0.75mm 。所有這些加工要求是在一次安裝、不停機、不換工位的情況下,一次性地加工完畢來保證的。

圖1被加工零件簡圖

3機床工作道理

活塞加工的特點是批量大 、加工精度要求高、生產節拍快、主動化程度高、加工穩定性要好。針對這些特點,本課題設計了如圖2所示的全主動CNC鏜削活塞銷孔專用機床(圖中D氣缸和E氣缸帶動的齒輪找正機構對準O1處待加工活塞的後部,G和F氣缸分別對準O2處待加工活塞的前部和後部)。整台機床由床身、主軸係統、偏心機構、刀排、主動上下料機構、氣動係統、數控與伺服係統等構成。下麵分別先容其主動上下料和數控多刀雙偏心鏜削道理。

圖2全主動CNC鏜削活塞銷孔專用機床示意圖

1.下料槽 2、3.伺服電機 4.主軸電機 5.主軸 6.偏心套 7.機械手 8.刀排 9.上料槽 10.控製台 3.1全主動上下料

全主動上下料機構具有主動檢測、故障診斷和報警功能,是實現大批量、快節拍和主動化加工的關鍵。它可以進步勞動生產率、減少勞動強度、保證加工精度的一致性和主動化生產線的協調性。其工作過程如下:由上道工序(全主動CNC精車活塞止口專用機床)主動輸進的活塞儲存在上料槽9中,在壓緊缸A鬆開後,活塞主動下滾 ,至擋料缸B擋住為止(擋料缸B和壓緊缸A之間的間隔隻能容納一隻活塞);隨後壓緊缸A恢複壓緊狀況,禁止後麵的活塞下滾;接著擋料缸B鬆開,活塞滾進V型塊中,擋料缸B複位;以後,推料缸D推動活塞進進機械手7中;此時找正缸E轉動活塞,進行定向找正;找正後,D、E氣缸複位;然後上料缸C將機械手7推至定位元件止口座前端;頂緊缸G推動活塞進進止口座中,並頂緊;隨後上料缸C複位;接著開始加工。在加工的同時,A、B、D和E氣缸動作,作上料籌辦,如許可以減少上料輔助時間。加工完畢後,頂緊氣缸G放鬆,卸料缸F推動活塞從止口座中彈出,通過導向杆下滑卸料。

以上動作的協調都是通過數控係統和PLC控製係統來完成的,而動作的可靠性完全取決於氣動係統的性能。

3.2數控多刀雙偏心鏜削道理

由於活塞是大批量生產,因此需要有高效的加工設備和公道的加工工藝。數控技術和在線檢測技術是實現高效、柔性主動化生產的關鍵技術。而工序的相對集中,則有益於減少工件安裝次數、避免安裝誤差、減少機床和工裝數目、減少占地麵積和輔助時間,同時降低故障概率、進步加工精度 。為此,本機床采用數控多刀雙偏心鏜削技術,在一次安裝、不換刀排、不停機、不換工位的情況下,實現了活塞銷孔 、外口、環槽、內外倒角的高效全主動加工。

如圖1所示 ,活塞銷孔分為擺布二段,每段孔有五個加工部位,即外口、外倒角、銷孔、環槽和內倒角。數控多刀雙偏心鏜削技術是在保證同軸度要求的條件下 ,采用數控技術和偏心機構 ,控製兩個主軸頭同時進行加工。每個主軸頭裝有一個刀排,每個刀排上裝了五把刀具,分別完成鏜孔、鏜外口、切擋圈槽、倒內角和倒外角等五個部位的加工。其工作道理如圖2所示:主軸電機通過皮帶盤帶動主軸連同偏心旋轉驅動軸、聯軸器、偏心套、偏心軸和刀排一起旋轉作主切削活動,偏心套中間線與主軸旋轉中間線之間有一偏心量e1,刀排安裝孔中間線與偏心軸中間線之間又有一偏心量e2,一般設計成e1=e2。在初始位置時,刀排中間線與主軸旋轉中間線重合。當偏心旋轉驅動軸通過聯軸器驅動偏心套中的偏心軸和固定在其上的刀排旋轉180°時 ,刀排中間線與主軸旋轉中間線之間的間隔為e1+e2。而當刀排返回到0°時,刀排中間線與主軸旋轉中間線又重合。

根據活塞的加工要求,在刀排對稱位置上分別裝有鏜孔刀、鏜外口刀和切槽、倒內角、倒外角刀 。首先 ,在刀排中間線與主軸旋轉中間線重合時鏜內孔和鏜外口,鏜到尺寸後,伺服電機3帶動偏心軸沿主軸旋轉方向旋轉,由於偏心感化,鏜孔刀和鏜外口刀沿徑向退刀,而其餘三把刀(切槽刀 、倒外角刀和倒內角刀)則沿徑向進刀,完成切擋圈槽、倒外角和倒內角的工作 。軸向進給由伺服電機2帶動滾珠絲杠副及直線導軌來實現,首要完成鏜孔的進給和主軸箱的快進及快退動作。如許,在一次安裝、不換刀排、不停機、不換工位的情況下 ,實現了活塞銷孔五個部位的高效主動加工。

4機床控製係統

全主動CNC鏜削活塞銷孔專用機床的控製係統首要由數控係統、伺服係統和氣動係統等構成。數控和伺服係統采用德國西門子公司的產品,由810M數控係統、611-AIRF驅動電源、主軸電機、交流伺服進給電機和伺服驅動模塊等構成。810M數控係統是用於銑削加工機床的緊湊型CNC控製係統,由CNC、PLC、操縱麵板 、顯示器等構成。其中CNC是整台機床的控製中間,可以通過它進行數控編程。在加工過程中,CNC接收有關機床位置和狀況信息,同時根據需要發出各種指令控製機床完成預期動作。PLC(可編程邏輯控製器)集成在CNC控製器內部,它是CNC和機床之間的接口,擔負著它們之間的信息交換 ,控製機床從主動上料、各種輔助動作的履行到主動下料等動作流程,實現機床的順序控製。PLC使用STEP5說話編程,可用“語句表”、“控製係統流程圖”或“梯形圖”三種表達方法來編寫。主軸電機采用了西門子的雙速電機,通過Y-Δ切換來改變轉速,通過皮帶盤帶動主軸連同偏心旋轉驅動軸、聯軸器 、偏心套、偏心軸和刀排一起旋轉作主切削活動。四個伺服軸的驅動采用了SIMODRIVE 611-A伺服驅動模塊及其交流伺服電機,伺服驅動模塊首要根據CNC發出的信息控製擺布鏜刀的同步直線進給和偏心進給。伺服電機內裝有速度編碼器和位置編碼器,便於精確控製刀具的進給。氣動係統采用德國FESTO公司生產的閥、氣缸和傳感器等,由PLC同一治理,具有動作可靠、性能穩定的特點。

5機床的首要特點

(1)基準同一,具有主動定位和主動壓緊功能。可以在一次安裝、不停機、不換刀排的情況下,高效 、主動地實現活塞銷孔的鏜孔、鏜外口、切擋圈槽、倒內角和倒外角等五個部位的加工。基準同一可以減少安裝次數、安裝誤差和安裝時間,節省工裝夾具和機床占地麵積,同時減少故障概率,進步加工精度。

(2)采用雙頭、雙偏心、多刀主軸係統和對稱伺服驅動結構,可以實現工序的相對集中,進步機床加工精度。

(3)具有主動檢測、故障報警的全<1頁

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