发动机缸体轴承盖专用机床设计

李 洋

（一拖（洛阳）开创装备科技有限公司技术中心，河南洛阳 471004）

发动机缸体轴承盖专用机床设计

李 洋

（一拖（洛阳）开创装备科技有限公司技术中心，河南洛阳 471004）

发动机缸体轴承盖是支撑曲轴的关键零件，其螺栓孔尺寸精度对发动机产品的工作性能有着重要影响。通过对所加工轴承盖加工工艺分析研究，并结合用户实际需求，设计了一种用于加工多品种多工件的发动机缸体轴承盖螺栓孔专用组合机床，并对其关键技术作了介绍和研究。该机床的成功研制和应用，实现了轴承盖螺栓孔加工精度和效率的进一步提高。

发动机缸体；轴承盖；组合机床

0 引言

组合机床及自动线是集机电液一体，综合自动化程度很高的高效自动化装备，被广泛应用于汽车，拖拉机，内燃机等缸体加工［1］。同时，其在大批量生产中，是提高生产率，保证加工质量最有效的设备［2］。当前，为用户提供高效率，高质量，高柔性的生产线成为机床行业发展的必然趋势［3］。在发动机中，轴承盖是其支承曲轴的重要零件，是曲轴正常运转和动力输出的保障，此零件的加工精度直接影响柴油机的性能［4］。同时，主轴承盖承载着曲柄连杆机构往复运动所施加的交变载荷，其疲劳强度直接影响着气缸体的使用寿命［5］。目前，国内少数厂家采用钻床通过单一钻模板对其进行多工序加工，另外一些厂家采用卧式动力头通过回转工作台上的夹具对其进行加工。前者效率较低，且精度不稳定，后者效率较高，同时价格相对较高。为了提高轴承盖螺栓孔的加工精度和生产效率，结合一拖动力机械公司实际要求，研制了一种加工发动机缸体轴承盖螺栓孔专用机床。图1所示为所加工工件结构示意图。

图1 被加工零件结构示意图

1 加工零件相关参数

被加工零件加工要求和切削参数见图2、图3。

所加工工件为三种不同型号的发动机缸体轴承盖，一次加工8件，其中品种一4件，品种二和品种三各2件，其材料为HT250。加工前工件各面均已加工完成，螺栓孔加工孔径为2-φ，深88通，粗糙度为6.3，位置度为φ0.4，相对于A，B面的垂直度公差为φ0.1，生产节拍为3分钟。

根据工件螺栓孔径的深度及精度要求，为了保证其达到用户要求，其采用双工位加工方式。首先进行一工位钻孔加工，然后工件移位进行二工位扩孔加工，其中一工位钻孔切削参数为Sm=74mm/min，n=370 r/min，刀具为φ15.5的大螺旋角锥柄麻花钻，二工位扩孔切削参数为Sm=74mm/min，n=345r/min，刀具为φ16.7的硬质合金锥柄扩孔钻。

图2 被加工工件加工工序图

图3 工件加工示意图

2 机床总体设计

2.1 机床总体方案设计

以往的加工中，许多厂家通常采用两台机床分别对轴承盖螺栓孔进行钻孔和扩孔加工，这样不仅效率较低，品种单一，而且工件多次装夹造成了一定的定位误差。为了提高其加工效率和精度，本机床对钻孔和扩孔工序进行了整合，设计了一种用于多品种多工件加工的专用机床，如图4所示为其结构示意图。机床对工件的加工分二步进行，其中一工位刀具通过浮动钻模板进行钻孔加工，然后浮动钻模板随主轴箱退回原位，工件随夹具通过移位滑台移位至扩孔工位，刀具通过固定钻模板进行扩孔加工。同时，工件采用湿式加工，其所在夹具及钻模板上均设有湿式加工所用的水路系统，在对刀具进行冷却的同时，保证了工件定位面定位精度。

图4 机床结构示意图

2.2 机床动作循环

手动在夹具上按顺序依次放入三种不同型号的工件，其中品种一4件，品种二和品种三各2件。机床启动，夹具端面油缸夹紧→侧面油缸夹紧→浮动钻模板随主轴箱快进至加工位置→进行φ15.5孔的钻削加工→加工完毕，浮动钻模板随主轴箱退回原位→夹具随移位滑台移位250mm至扩孔工位→主轴箱快进至加工工位→通过固定钻模板进行φ16.7孔的扩孔加工。加工完毕，主轴箱和夹具退回原位，图5所示为机床加工动作循环图。

图5 机床动作循环示意图

3 设计中的关键技术

3.1 机床底座

所设计机床底座用于安装立柱和移位滑台及固定钻模板。为了提高移位滑台的精度，采用了移位滑台底座与床身底座整体铸造的结构。其减少了与机床底座连接过程中所带来的累积误差，提高了工件装夹及移位过程中的精度。同时，连体底座中间设置了排屑和排水槽，便于工件的湿式加工。

3.2 刚性主轴箱

该机床主轴箱是轴承盖孔系加工中的关键动力系统，其采用了刚性主轴箱结构，如图6所示。所设计主轴箱可承受较大的轴向力和径向力，具有较大的刚度，减少了刀具加工工件过程中高速旋转所带来的误差效应。由于工件分二次加工，其中钻孔和扩孔主轴分别设置成不同的转速。其中钻孔主轴转速为n=370 r/min，扩孔主轴转速为n=345r/min。

图6 刚性主轴箱结构示意图

3.3 夹具及钻模板

对于轴承盖夹具，大连机床集团为上海大众汽车公司所设计，制造的轴承盖加工自动线，在其加工轴承盖两端的螺栓孔并倒孔角工序中，其在夹具定位支承系统和夹紧系统的设计中，均采用浮动式结构［6］。同时，该公司为一汽大众研发的轿车发动机缸盖凸轮轴轴承盖加工数控组合机床自动线采用随行夹具式结构，每个随行夹具上同时装夹5种11件凸轮轴轴承盖，实现了多品种加工［7］。

根据实际要求，设计了本机床的动作循环方案，如图7所示，所设计夹具如图8所示。为了实现工件安放的互换性，夹具中采用每2组工件间隔距离相同的布置形式，分别对三种工件设计了不同厚度的定位支撑板4，每个工件孔径中心与中间固定座的距离相同。这样，只需更换不同厚度的支撑板，即可安放不同型号的工件。工件加工时，依次按顺序放入三种不同型号的工件，八件工件分为4组，每组固定2件。将工件以定位面C放入定位块8上，工件定位面A紧靠中间固定座定位支撑板4，另一侧面和端面分别由压紧油缸压紧。端面油缸首先压紧工件端面，然后侧面油缸压紧侧面，工件在夹具中得以固定夹紧。由于工件数量较多，为了减小夹具体台面的宽度，中间三个油缸采用两端同时出杆，同时夹紧工件的结构形式，进一步降低了夹具体的宽度和重量。

图7 夹具动作循环图

工件采用湿式加工，所设计夹具体采用双面斜坡式结构，工件支撑面定位块8下方设有排屑槽，便于加工过程中铁屑和水流从夹具中排出。同时，工件的定位面和支撑面均设有水管进行冲洗，以保持工件定位面的精度。

由于所加工零件孔系精度要求较高，为了保证所加工零件的用户需求，特别设计了浮动钻模板和固定钻模板相结合的形式。其中浮动钻模板连接在刚性主轴箱上，与其同时移位用于一工位钻孔加工，固定钻模板连接在床身底座上，用于进行扩孔加工。由于所设计夹具宽度较大，为了减少浮动钻模板自重所带来的变形影响，其材料采用ZL104。加工时，工件在夹具中固定后，首先在浮动钻模板下由φ15.5钻头进行钻孔，然后浮动钻模板随移位滑台退回原位，夹具随移位滑台移位至扩孔工位，在固定钻模板下由φ16.7扩孔钻进行扩孔。

图8 夹具结构示意图

3.4 设备使用情况

该机床自投入使用以来，根据用户要求先后对多品种多批量工件进行了加工试验，测试结果表明各项性能指标都达到了用户目标要求。螺栓孔垂直度达到了0.1mm，位置度0.4mm以内，相比以往螺栓孔垂直度0.1～0.15mm有了进一步提高。同时，该机床结构简单，成本合理，所设计夹具能很据生产数量要求进行不同型号工件的组合加工，有效的提高了生产效率。

4 结束语

本机床的成功研制和应用，对一拖动力机械公司发动机缸体主轴承盖螺栓孔的加工精度和效率具有较大的提升作用，提高了产品的合格率。所设计夹具能一次性装夹多种不同型号的工件，且工件的装夹位置具有互换性，可用于多品种，多工件的加工，加工效率和精度达到了用户的目标要求，实现了发动机缸体轴承盖螺栓孔加工精度和效率的进一步提高。

［1］张树礼，杨曙光，田宜全.精铣缸体顶面，精镗缸孔及止口数控自动线的研制［J］.组合机床与自动化加工技术，2007（5）：79-81.

［2］大连组合机床研究所.组合机床设计（第一册）机械部分［M］.北京：机械工业出版社，1975.

［3］李瑾，于福才，李婕.配有桁架机械手可换箱机床的缸体柔性加工自动线的开发研制［J］.组合机床与自动化加工技术，2009（7）：86-89.

［4］刘志英，黎秀宇.主轴承盖的工艺方案分析及工装设计［J］.机械工程师，2007（12）：104-105.

［5］刘洪德，王彦伟，赵际燕，等.主轴承盖结构优化设计［J］.内燃机与动力装置，2011（4）：26-28，

［6］生海.曲轴轴承盖夹具的夹压浮动结构［J］.组合机床与自动化加工技术，2002（7）：3-4.

［7］潘滨.轿车发动机缸盖凸轮轴轴承盖加工数控组合机床自动线［J］.组合机床与自动化加工技术，1998（11）：5-8.

（编辑 李秀敏）

Development of Modular Machine Tool for Engine Block Bearing Caps

LI Yang
（Yto（Luoyang）Kintra Equipmentscience&Technology Co.，Ltd.，Luoyang Henan 471004，China）

Engine block bearing is a key part that supported the crankshaft bearing cap，which precision of the screw size have an significant impact on the performance of the engine.Based on the analysis of the machining parts processing technology，also combined with the actual needs of customers，a modular machine tool that machining multiple varieties cover special combination machine for Engine block bearing caps was designed，and its key technologies were introduced and studied.The successful development and application of the modular machine tool will further improved the bearing cap's machining accuracy and efficiency.

Engine block；bearing cap；modular machine tool

TH122；TG65

A

1001-2265（2015）01-0150-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.01.042

2014-03-18；

2014-04-23

李洋（1982—），女，河南社旗人，一拖（洛阳）开创装备科技有限公司技术中心助理工程师，主要从事发动机缸体组合机床及自动线的技术综合管理，（E-mail）lyytokc@163.com。