双主轴补偿型缸孔推拉镗工艺

作者:长城汽车股份有限公司天津分公司 张明明 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-07-09
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长城汽车股份有限公司天津分公司 张明明

缸体是发动机的关键组成部件。缸体的缸孔、活塞和气缸盖共同组成发动机的燃烧室。气体、燃油混合体通过进气道进入燃烧室,进行燃烧推动活塞做功,输出扭矩驱动汽车前进后退。因此,在满足整机性能质量,有效控制精镗缸孔加工精度及稳定性下,如何提高生产效率,满足生产线节拍要求,降低生产成本,成为各汽车制造厂、机床制造商共同追求的目标。
在实际生产中,精镗缸孔加工工艺的选择涉及到加工设备类型、镗削工艺设计、刀具寿命及生产纲领要求等多方面因素影响。我公司采用欧洲某品牌双主轴补偿型专机设备制定的精镗缸孔的加工工艺,有效地保证了生产效率、加工精度及产品精度的稳定性。本文对该精镗缸孔加工工艺展开了详细介绍。

 

工艺分析

某4缸直列铝合金,缸孔材质为铸铁,硬度94~104HRB;缸孔直径75 mm ,深度135 mm。

如图1所示,发动机气缸体缸孔的尺寸精度及形位公差对机床的设计、制造都提出了很高的要求。精镗缸孔的尺寸精度及形位公差:四个缸孔直径79.94±0.015 mm,对机床、刀具寿命提出较高的要求;圆柱度要求0.018 mm;缸孔相对曲轴孔轴线垂直度0.05 mm;表面粗糙度Ra1.6~3.2 mm;曲轴孔相对缸孔的位置公差为0.05 mm,对缸孔的形位公差及尺寸公差提出了严格要求;线体节拍要求为70 s/件。生产企业对精镗缸孔后的位置精度和尺寸精度提出了较高要求,在实际生产中要想达到上述要求非常困难。

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缸孔精镗工艺设计

目前,国内动力总成制造企业中缸体机加工线体应用最广泛的工艺有两种:一种是完全采用加工中心设备组成的柔性自动线体;一种是采用加工中心和专机设备组合的混合柔性的自动线体。后者目前被众多汽车企业和机床厂商看好并优先采用,其优点是柔性高、加工精度高和生产效率高等,但此工艺方式精镗缸孔必须采用专机完成。

镗削缸孔是箱体类零件的主要加工方式之一,传统的工艺通常采用刀具从工件的一端镗进,这是应用极为广泛且经济简单的孔加工工艺。镗削工艺中必须考虑孔的长径比值,当孔深/孔径≥5定义为深孔加工,则不能采用传统加工方式,因为传统加工工艺将会很容易造成缸孔的形位精度和尺寸精度超差。上述产品的长径比值为1.8≤5,可以采用传统加工方式从一端加工。为了提高生产效率,降低成本,一般都采用双主轴立式专机设备。 

 

1.工艺选择

设计加工工艺时要遵循工艺原则,划分出加工阶段,先粗后精;为保证缸孔形位公差精度,最大限度降低半精镗、精镗刀具重复定位带来的误差累积,即减少换刀时间,提高生产效率,可采用推-拉镗工艺。当主轴头向下进给时进行半精镗,半精镗刀设计为定尺寸,此过程为推镗;当主轴头向上回退时精镗刀片弹出,进行精镗,此过程为拉镗。

缸孔加工时双主轴同时下移,先半精镗1、3缸孔尺寸至79.6~79.78 mm,移动半精镗2、4缸孔至79.6~79.78 mm,精镗2、4缸孔至79.94±0.015 mm,再次移动精镗

1、3缸孔至79.94±0.015 mm,半精镗时精镗刀片处于回缩状态。加工顺序如图2所示。

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2.工件定位方式选择

为合理选择定位方式,保证缸孔加工尺寸及形位精度,采用工件的设计基准作为定位基准,从而避免因基准不重合而引起误差累计,造成缸孔形位精度频繁超差的问题发生。

同时还需采用液压夹具,确保工件快速装夹及一次装夹完成缸孔关键尺寸的加工。在加工时采用“一面两销”作为定位基准,限制工件的6个自由度,在定位时采用定位销孔上半部分,避开粗加工使用的下半部分,可有效降低粗加工带来的误差,造成工件加工时精度发生偏差。

3.刀具设计

刀具配备2个半精镗刀片和1个精镗刀片,刀片采用CBN材质。此种刀具材料在高温条件下也能保持较高硬度,耐磨性较好,刀具寿命较长,专门用来切削黑色金属。刀片设计为带有5°后角,保证刃口的强度,减少切削抗力;使用单一的精镗刀片切削,能够保证精镗后缸孔的表面粗糙度Ra≤0.4 mm、圆柱度为0.012 mm。同时将该刀片设计成4个转位刀片,每加工250件,转角一次再投入使用,有效降低换刀时间。

4.自动补偿设计

由于缸孔精度尺寸及形位公差要求较高,因此在每个镗头上设有半自动直径补偿功能,并制定线外检测频次,每1/25进行检测,发现尺寸下公差时,对每个镗刀进行单独补偿,在控制面板上输入U/W刀具的补偿值进行直径补偿,补偿精度0.001 mm。伺服电机在得到补偿信号时,通过转动芯轴将径向微量进给传递给刀具,带动刀具内部楔形块向下运动,使刀具直径尺寸变大,从而保证缸孔尺寸的加工质量及稳定性。

结语

综上所述,该方案具有如下特点:

1.采用单独伺服电机控制U/W轴补偿功能,可保证精镗精度及缸孔的圆柱度,保证刀具寿命周期内不进行人为调整刀具,减少调刀时间。

2.刀具设计为整体式刀体,刀夹压紧可转位刀片,换刀不需拆卸刀体,缩短换刀时间。

3.专机加工效率高且节拍快,可有效保证产能需求,但不能兼容其他产品,整线柔性低。

4.精镗采用单刃拉镗形式加工,避免出现退刀痕;采用单刃镗削工艺的优点是,可以保证缸孔圆柱度精度较高,且稳定性高。

实践验证,我们制定的缸孔精镗工艺设计方案能够完全满足发动机缸体的大批量生产需求。经检测,缸孔的尺寸精度与形位公差均达到了图样设计要求。目前,该双主轴补偿型专机设备已投入使用两年多,各项性能均保持良好状态。    

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