浅论活塞环立式内外圆仿形加工车床

杨拥军

（仪征统一活塞环有限公司）

1 立式内外圆仿形车床简介

立式内外圆仿形车床是活塞环机械加工中的关键设备，适用于各种活塞环的内外圆同时仿形及铣开口的成型加工。其操作流程如下：把两端面经过磨光的活塞环毛坯由辅助装置中的理环机理顺堆叠靠在一起 （串排成一串，最大跨列长度为150mm），由上料夹具夹住成串的工件，首先送入车床工位，进行活塞环仿形车削加工。车削完成后，由上料夹具夹住工件成串取下再送入铣床工位做活塞环的铣开口加工，然后由卸料夹具取下铣好的工件，即完成了活塞环在本机床工序的加工。

图1

立式内外圆仿形车铣床的组成：立式内外圆仿形车铣床由车床工位、铣床工位、液压系统、电器系统、辅助装置五部分构成。车床工位 （右）和铣床工位 （左），如图1所示：

2 立式内外圆仿形车床的主要特点

2．1 将车床和铣床变为两个工位，形成一台组合机床，结构紧凑。

2．2 仿形加工凸轮系列化

凸轮是仿形车床的核心工装，普通仿形车床为固定杠杆比，一般一个活塞环品种计算一个凸轮，导致凸轮数量很多，虽然部分凸轮可以代用，但数量仍然可达30种以上。立式内外圆仿形车床由于杠杆比可变，因此可对凸轮进行优化。根据由活塞环自由型线计算理论可知，活塞环从压缩状态变为自由状态，不仅发生径向位移的变化 （μ），同时也将发生角位移的变化 （η），以等压环为例，其位移表达式为：

其中：k为活塞环系数k＝2L／〔3PI（D一T）〕

L为活塞环自由开口

T为径向厚度

Rn为活塞环中性层半径

D为缸径。

由式 （1）与式 （2）与可以看出：活塞环的角位移只与活塞环系数有关，这样就可以将具有相同系数的活塞环设计成用一个凸轮加工，而不同环径产生的不同径向位移可通过调节Rn来实现，从而实现仿形凸轮按K值 （或开口直径比值）进行系列化。此外，从活塞环实际加工性来说，可以根据实际影响程度的大小，结合近似椭圆理论对K值（或开口直径比）进行进一步的简化。内外圆仿形车床常用的凸轮有12种，如表一所示：

表一

随着数控技术的进步，电子凸轮 （软靠模）在立式内外圆仿形车床上也有所应用，可以进一步节约了成本。

2．3 采用创新的框式滑架车头

框式滑架车头是立式内外圆仿形车床的创新，卧式内外圆仿形车床普遍存在止推轴承早期损坏的现象，主要原因如下：活塞环叠是在两端顶盘压紧的状态下进行车削加工的，其压紧力大，设计的最大压紧力可达80KN，而两个顶盘分别设置在两个部件上，压紧力会造成装置变形，破坏两端止推轴承的平行，致使轴承受力不均匀而损坏。框式滑架车头将两个主轴顶盘组合在一个封闭的框式整体铸钢滑架中，结构刚性好，能承受较大的压紧力，而又不致造成平行精度的破坏，可以避免止推轴承的早期损坏。

3 立式内外圆仿形车铣床的优势

目前，用于活塞环生产的仿形车床有三种：外圆仿形车床，卧式内外圆仿形车床，立式内外圆仿形车床。立式内外圆仿形车床独特的设计，与其他两种仿形设备相比，具有明显的优势。

3．1 与普通外圆仿形车床相比，产品生产周期缩短

活塞环普通外圆仿形车削时，仿形、铣开口、粗车内圆、粗修开口四道工序必须由四台机床分开加工，加工后的产品内外圆同轴度差、物流时间延长。采用立式内外圆仿形车铣床后，以上四道的工序在一台设备上就可完成，不仅提高了产品加工精度，而且缩短了产品流转时间，提高了生产效率。

3．2 与卧式内外圆仿形车床相比，具有更高的生产效率

立式内外圆仿形车床在床座上设有一门式箱体立柱，门式箱体立柱的门框内设有由伺服升降器驱动沿其上下滑动的整体框式滑架车头，其车床上、下主轴设置在整体框式滑架内，止推轴承为推力圆柱滚子轴承。卧式内外圆仿形车床车削工位其车床主轴前轴承为铜瓦，后轴承为角接触球轴承，其两端顶盘分别在两个部件上。因此立式内外圆仿形车床比卧式内外圆仿形车床具有更好的刚性和强度，更适用于高切削速度，大切削力的工况。以加工高度为2．5mm的90合金锥面环为例，6小时机床有效工作时间计算班产量，如表二：

表二

由上表可知，立式内外圆仿形车床的班产量约为卧式内外圆仿形车床的1．8倍。当车削球墨铸铁活塞环或高硬度活塞环时，效率提升更为明显。此外由于部分活塞环毛坯余量较大，当内圆或外圆余量超过2mm时，一般需进行两次车削，而立式内外圆仿形车铣床可一次车削完成。

3．3 加工质量优势

选取批量产品90锥面环在三种车床上各投入2000片，并跟踪产品质量，对比表三：形成较粗网纹轮廓后，平顶时采用粒度小的碳化硅砂条，这样Rk相对于Rvk降低的效果显著，珩磨出的网纹参数完全符合设计要求。

表三

4 总结

综上所述，这些网纹参数之间并不是孤立的，它们之间有着密切的联系。在调整某一个参数时，可能有多种控制办法，要考虑采取哪种调整方法时，必须充分考虑到这种调整方法会产生哪些后果，会对哪些网纹参数产生影响。要引导这些参数向有利于我们控制的方向发展，花费较小的代价，达到最佳的预期目的，而对于那些难以避免的副作用，要采取补救措施。