機體頂面螺紋孔多工位全自動加工設備的研制
2020-5-18 來源： 一拖( 洛陽) 開創裝備科技有限公司 作者：周瑞婷
摘要: 介紹了用于完成發動機機體頂面螺栓孔螺紋加工的多工位全自動機床的設計思路。以簡約、高效、低成本為主要設計原則，通過合理設計機床整體布局和功能部件，研制出了完全符合工藝要求，滿足用戶需求的機床。
關鍵詞: 發動機機體; 螺栓孔; 螺紋加工; 多工位全自動; 整體式移位滑臺
柴油機機體頂面螺栓孔的攻絲工序為其加工的典型工序，由于孔的數量太多，且孔的分布的規律性極強，一般情況下不會因為品種更新而改變此類孔的坐標及大小，所以非常適合采用專機加工所有的頂面螺栓孔。
對于大型柴油機機體，其頂面螺栓孔的直徑較大，所以需要采用較粗的主軸加工，而由于其數量多，且孔距較近，所以很難利用一臺專機的一個主軸箱，完成所有的頂面螺栓孔的加工。如圖 1所示為八缸機體頂面螺栓孔，圖 2 為六缸頂面螺栓孔，圖 3 為機體頂面螺栓孔局部剖視圖。一般采用多臺機床，每臺機床加工其中一部分孔的方式完成加工，但是由于大部分用戶投資的資金有限，很難投資多臺機床進行此工序的加工，所以我們有必要研發一臺專用機床來完成所有頂面螺栓孔的加工，以提高我公司此類產品的市場競爭力。
此臺機床就是我們為客戶研發制造的一臺立式單面四工位攻絲專用機床。此項目能在一臺機床上分工位完成八缸機體( 見圖 1) 缸孔周圍( 共48 個孔) ，六缸機體( 見圖 2 ) 缸孔周圍( 共 38 個孔) 的頂面螺栓孔的加工。
圖 1 八缸機體頂面視圖
圖 2 六缸機體頂面視圖
1 、機床概述
1． 1 機床主要部件及布置形式
如圖 4 所示，機床采用立式單面四工位布置形式，機床的基礎部件為一個整體式移位滑臺，移位滑臺上安裝有一套夾具，移位滑臺后部連接著一個立柱底座，立柱底座上面安裝有一個立柱，立柱上安裝有一個 HY63 液壓滑臺，液壓滑臺上面安裝有一個 TD63 動力箱，動力箱上安裝有一個主軸箱，主軸箱前部的主軸上安裝有刀輔具。在中間底座沿上下料方向的兩端，分別安裝有上料裝置和下料裝置，用以實現工件的四工位的移位動作，以及工件的自動上下料動作。
圖 3 機體頂面螺孔剖視圖
圖 4 機床主視圖與側視圖
機床采用干式加工，配有自動潤滑絲錐的煤油冷卻裝置。
1． 2 機床動作循環
人工吊裝工件到上料輥道上，擺桿輸送裝置將工件輸送到夾具內，利用兩個缸孔插銷，同時夾緊，立式滑臺向下進行第一工位加工循環; 完成后，移位滑臺帶動工件移位到第二工位，立式滑臺向下進行第二工位加工循環; 完成后，拔銷，夾緊放松，擺桿輸送裝置將工件輸送到第三工位，利用兩個缸孔插銷，同時夾緊，立式滑臺向下進行第三工位加工循環; 完成后，移位滑臺帶動工件移位到第四工位，立式滑臺向下進行第四工位加工循環;全部加工完成后，擺桿輸送裝置將工件輸送到機床外下料輥道上。這是八缸的加工循環，六缸只需兩個工位就可完成全部螺紋孔的加工。從機床上料到加工完成、下料，全部為自動完成循環。
2、 機床主要創新點
2． 1 多工位加工
利用缸體孔的分布規律，采用多工位加工，完成全部螺栓孔螺紋的加工。
通過分析工件上孔的排布情況，我們發現可以利用缸體上孔的分布規律，見圖 1，一號缸孔周圍的 1、17、24、8、9、13 六個孔，如果向右平移一個缸孔距 170 mm，則與二號缸孔周圍的 2、18、23、7、10、14 六個孔完全重合，后面所有缸孔周圍的孔都符合此規律。
于是我們設想，如果采用一個主軸箱將每個缸孔周圍的 1，13，9，8 一組四個孔的坐標處設置四根主軸，將此作為一個單元，當這個單元的 1、8號刀具移動到 17、24 位置時，13、9 號位置處的刀具剛好可以藏入一號缸孔中。若干個這種單元的主軸排成一個主軸箱，這樣再通過工件移位一定的步距，就可以實現將所有孔在一臺機床的一個主軸箱上全部加工。
圖 5 六缸各工位加工圖
圖 6 機床刀具排布圖
圖 7 加工八缸時刀具排布圖
六缸各工位加工圖如圖 5 所示。機床刀具排布圖見圖 6，加工八缸體時刀具排布圖見圖 7。八缸各工位加工如圖 8 所示。
圖 8 八缸各工位加工圖
2． 2 四工位加工方式
采用液壓移位滑臺與擺桿輸送相結合的方式實現八缸機體的四工位加工。通過綜合考慮工件長度、擺臂厚度及維修調整的方便性等各種因素，最終確定了工件的輸送步距為 2300 mm。而八缸機體從上料位至一工位，只需要走步距的一部分1620 mm，通過在擺桿輸送上增加擋料油缸的方式來實現; 通過液壓移位滑臺實現工件從一工位到二工位移動，在二工位加工完成后，工件又通過移位滑臺從二工位回到一工位。然后，擺桿輸送帶工件走完剩下的步距，把工件從一工位送到三工位; 再次通過液壓移位滑臺實現工件從三工位到四工位的移動和加工完成后回歸到三工位。最后，擺桿輸送帶工件走整個步距，將工件從三工位輸送到下料位，完成八缸機體的自動上下料，如圖9 所示。
圖 9 工位分布示意圖
2． 3 攻絲
由于所加工孔在前序加工成的底孔為一個臺階孔，如圖 10 所示，沉孔和螺紋孔直徑差別很小，單邊僅差 0． 35 mm，而螺紋孔的精度要求較高，螺紋要達到一級精度，而且，螺紋孔的位置度及與頂面的垂直度都要求較高。攻絲機構為浮動攻絲，絲錐旋轉進給時擺動較大，難免會和沉孔產生干涉，不僅影響工件的品質，還會使絲錐磨損，影響螺紋孔的加工精度。我們采取增加導向襯套粗導向攻絲心桿外圓的方式，限制絲錐擺動的程度。如圖 11 所示。
圖 10 M20 × 1． 5 螺紋底孔
圖 11 攻絲時導向情況
2． 4 潤滑
此臺機床用戶要求對絲錐進行潤滑，但是又不能采用濕式加工，且不能有大量的潤滑煤油流入機床內。針對此種情況，結合機床分工位加工的情況，我們對煤油潤滑控制部分進行了創新設計，如圖 12 所示，采用八個電磁閥分別控制一部分孔的方案，當加工不同工位時，打開需要的幾個電磁閥，采用組合的方式，保證所有工位加工時，只有需要加工的孔處進行潤滑，這樣最大程度避免了煤油的浪費，也符合綠色環保的理念。
圖 12 絲錐潤滑的管路分布
3 、結論
此項目已于 2015 年 6 月順利通過終驗收。使用情況良好，獲得用戶好評。此項目的實施對我公司承接此類柴油機機體頂面攻絲，有非常重大的現實意義，通過此項目，我們針對此類絲孔較密集的工件，多了一種在單臺機床加工所有絲孔的工藝手段，且此方式成本較原有方式大大降低了成本，為我們以后承接此類項目打下了堅實的基礎。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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