摩托车曲轴箱孔系钻铰复合加工工艺

2018-01-29滕峻林肖铁忠

组合机床与自动化加工技术 2018年1期

李梁，滕峻林，肖铁忠，赵勇

(四川工程职业技术学院，四川德阳 618000)

0 引言

摩托车曲轴箱是摩托车发动机的核心组成零件。目前针对曲轴箱孔系加工的主要方法：一是利用摇臂钻床多次装夹逐孔加工，二是利用加工中心单次装夹多刀加工[1-3]。利用摇臂钻床加工时，因多次装夹带来定位精度低，加工效率低等缺点，利用加工中心加工时，加工效率低，生产成本高，难以满足企业高精度、高效率及低成本的要求[4-5]。目前针对上述问题多从工艺及设备的研制上进行改进，根据高精度、大批量生产的要求，最重要的手段之一就是研制专用机床[6]。

本文针对摩托车曲轴箱四面四孔加工，分析了加工难点，并提出了一次装夹钻铰复合加工工艺方案，并对专用夹具做了详尽介绍，企业采用此工艺及装备后，产品单件加工时间在30s左右，设计的生产线年生产量在30万件左右，远超过企业实际生产任务要求标准。

1 工件参数及技术要求

1.1 工件参数

名称：CG125曲轴箱

外形尺寸：311 mm 298 mm 223mm

工件材质：压铸铝合金YL102

材料硬度：95HB

工件重量：重约5kg

1.2 技术要求及难点分析

被加工工件为某摩托车曲轴箱右体，企业给的技术图样如图1所示，由图知，本工序共有4个油道孔需要加工，其中有3个需精加工才能满足加工精度要求， 4个孔又位于不同的4个平面上，而所设计的工艺及装备需满足大批量生产(15万件/年及以上)的要求，综上，加工的主要难点体现如下：

(1)工件材料较软，易于加工，但是装夹过程中易受力变形；

(2)工件需加工的孔较多，且位于不同的平面，同时还需粗精加工集成至一道工序，不利于加工工序的安排；

(3)工件是薄壁腔体类零件，在装紧及加工时很容易因受力变形，给工件的装夹及切削用量的选择等均带来较大的难度；

(4)工件加工精度要求高，且长径比大，给大批量生产的高效率要求带来较大的困难。

图1 技术图样

2 工艺方案的拟定

由图1可知，工件共有4个孔需加工，4个加工孔中，其中3个(φ5mm，φ6mm,φ7mm)需进行精加工，且4个孔分别位于4个不同的平面，如按传统的加工方法：采用摇臂钻床进行加工，则工件需进行多次装夹，加工的孔可能既无法满足位置度要求，也无法满足加工效率要求；或者采用加工中心进行加工，虽可一次装夹完成所有孔的加工，但是需多次换刀，工件需多次变位，无法满足高效率、低成本的要求。故本文在对比上述两种加工方案的优劣后，采用工序集中的原则，将工件4孔的粗精加工集成在一道工序内，重新设计工艺和设备，具体方案如图2所示，在床身的中央设置专用夹具，对工件进行定位夹紧，夹具可带着工件上下移动，工件4孔对应的位置设置4个主轴箱，每个主轴箱上设置两把刀具。当夹具处于靠下的位置时，4个主轴箱分别对4孔进行粗加工，粗加工后，刀具退出，夹具带着工件上升，4个主轴箱带着刀具完成4孔的精加工。采用此工艺与设备后，既解决了摇臂钻床加工精度不高的问题，又解决了加工中心效率低、成本高的问题。

图2 工艺方案

3 工艺设计

3.1 油道孔加工工艺参数的确定

本文主要确定进给速度、主轴转速及进给量等切削用量在内的加工工艺参数。

3.1.1 进给量的确定

进给量由孔直径、深度、零件材料、表面是否平整、刀具的槽型角度、刀具的材质、孔的精度、机床进给功率等诸多因素决定[7]。对于小直径钻头钻孔时，进给量过大可能使孔打偏或者直接导致钻头折断，为避免钻头折断或方向导偏，选取较小的进给量。此工件的4孔加工采用高速钢刀具，查手册加工铝合金的进给量并结合实际的加工经验及各种因素[7]，铰削与钻削的进给量分别取0.04 mm/r与0.08 mm/r。

3.1.2 主轴转速的确定

材料的加工性是影响切削速度的主要因素之一，材料工艺性较差的工件采用较低的切削速度，反之亦然[8-9]。铝合金的加工工艺性比较高，因此可采用较高的切削速度。结合实际加工经验，钻削加工线速度(铝合金加工)选取20 m/min～50m/min，铰削加工线速度为6 m/min～15m/min。

由于是多工位多工序加工，且加工孔径较小，孔径比较大，要适当降低切削速度，故选用较小的钻削线速度(20m/min)和铰削线速度(6m/min)进行加工，加工φ5mm与φ6的油道孔，根据公式得出钻削油道的主轴工作转速分别为1274r/min和1062r/min，铰削油道孔的主轴转速为382r/min和318r/min，加工直径φ1.5mm与φ3mm的小孔，主轴工作转速分别为4246 r/min与2123 r/min。

3.1.3 进给速度的确定

进给速度主要根据工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取[10-11]。根据机床性能及相关的手册、结合实际经验，机床进给速度要跟主轴转速、进给量等相匹配[7]。

vf=nf

式中，vf—为进给速度(mm/min)；

f—为进给量(mm/r)；

n—为主轴转速 (r/min)。

根据机械加工工艺手册[12]及实际加工验证，钻削加工时，进给量f取0.08mm/r，故钻削加工的进给速度分别为102 mm/min (φ5mm)、85mm/min(φ6mm)、340mm/min(φ1.5mm)、170mm/min(φ3mm)；铰削加工时，进给量f取0.04mm，铰削加工时的进给速度分别为51 mm/min (φ5mm)、43mm/min(φ6mm)。

3.2 夹具设计

3.2.1 定位与夹紧方案

工件的定位与夹紧方案如图3所示。定位方式：一面两孔，即曲轴箱与曲轴箱盖的已加工箱盖连接面(平面A)作为定位面，定位面上两个φ8mm的孔作为定位孔。

图3 曲轴箱定位夹紧方案图

3.2.2 夹具的结构及工作原理

专用夹具结构如图4及图5所示，主要由夹具体、定位机构、夹紧机构等组成。在夹具体1上合适位置设置三个相同的滑动立柱，浮动定位轴18的上下运动由气缸13带动，夹具底板上两个支撑垫3及浮动定位套8形成的平面，浮动定位套里安装的浮动定位销7共同形成“一面两销”，与工件上的加工平面A及定位孔(见图4)配合对工件进行定位。气缸11带动支撑杆5上下移动，支撑杆带动锁紧马崽4旋转压紧、松开工件，组成夹具的夹紧机构。如图5所示，黄色的面代表定位面，红色的为浮动销定位。

本夹具的工作原理如下：工人将工件按既定的定位方式安装后，举升气缸带着活动支撑杆向下运动加工位置，夹紧气缸向下运动使锁紧马崽向下压紧工件，然后进行钻削加工，钻削加工完成后，刀具退出；举升气缸带着夹具与工件一起向上移动60mm对工件进行铰削加工；钻铰加工完成后，夹紧气缸向上运动使锁紧马崽向上旋转松开工件，人工将工件拿出夹具，再上新的工件，进入下一个工作循环。