曲轴箱立卧复合式多工位组合机床设计

韩海群 张侃楞

(①江苏恒力组合机床有限公司专机设计部，江苏 盐城 224055，②盐城工学院机械优集学院，江苏 盐城 224051)

曲轴箱是空气压缩机重要的零件，其加工质量的好坏直接影响压缩机的性能和质量。某一压缩机曲轴箱的精加工需要依次完成:半精镗气缸孔、曲轴孔、粗锪曲轴孔端面;精铣气缸面;精车上支撑面;钻上支撑面3孔、倒角;精镗气缸孔、曲轴孔、精锪曲轴孔端面。如果用普通机床加工，需要7道工序来完成，每道工序均需要采用单独的1台机床，完成整个加工需要7台机床及7名操作工人。由于气缸孔和曲轴孔处于垂直位置，要完成两孔的同一种性质的加工需要两台机床，除非在专用机床或卧式加工中心上完成加工;这样的话，在1台机床上完成加工后，需要把工件拆下再转移到另1台机床上进行装夹、定位，造成每次装夹、定位都会产生累计定位误差，导致工件加工精度降低、废品率高、以及浪费时间、生产效率低、工人的劳动强度大、投入成本高等缺点。

为解决上述问题，设计一种曲轴箱立卧复合式多工位组合机床，将曲轴箱的多道加工工序在一台机床上完成，从而减少装夹和定位次数，提高工作效率和加工精度。

1 曲轴箱的加工要求及工艺分析

1.1 加工要求

压缩机曲轴箱，铸件，材料HT200，材料硬度220～255HB。精加工工序要求如图1所示。

上支撑面3孔尺寸为φ4.826mm、倒角为1×45°。

1.2 工艺分析

曲轴箱的曲轴孔和气缸孔的精度要求较高，可将其加工分为半精镗和精镗两道工序，而上支撑面、气缸面的加工要求也较高，拟采用精车和精铣加工，上支撑面的3孔的加工要求不高，直接钻削即可。

由图1可见气缸孔、气缸面位于曲轴箱前端面，上支撑面和3孔位于曲轴箱上端面，曲轴孔的方向和气缸孔垂直，且曲轴孔端面位于曲轴箱中部的空腔处，曲轴孔的加工刀具可以通过上端面进入进行加工。如果能通过一次装夹定位将所有的加工工序完成，将能较好地保证工件的加工精度和加工质量。

考虑以位于曲轴箱下端面处的锭子面及两定位销孔定位(一面两销)，安装时将气缸面朝外，上部4点液压夹紧，5道工序均以此装夹定位进行加工。

2 机床配置及机床关键技术

2.1 机床配置

组合机床的配置形式受到被加工件的结构形式、加工要求、装夹形式、导向精度及生产率等多种因素的影响［1］。此曲轴箱工作的精加工需要5道工序，除了上支撑面的3孔加工要求不高外，其余工序的尺寸精度和位置精度要求都较高，考虑到加工效率、加工质量及加工成本等要求，机床采用液压回转工作台，上设6个工位，6个工位沿圆周均匀分布的配置方案，如图2、图3所示。

图2中回转工作台11上设有6个工位，在底座12上设回转工作台外周对应6个工位配置5个加工单元，分别是:Ⅰ工位为装卸工位10，用于装卸工件;Ⅱ工位配置立卧复合式半精镗气缸孔、曲轴孔和粗锪曲轴孔端面装置1;Ⅲ工位配置精铣气缸面装置2;Ⅳ工位配置立式精车上支撑面装置3;Ⅴ工位配置立式钻上支撑面3孔和倒角装置8;Ⅵ工位配置精镗气缸孔、曲轴孔和精锪曲轴孔端面装置9，通过6个工位的循环运转使用，完成工件的所有精加工。

2.2 机床关键技术

(1)液压回转工作台

液压回转工作台采用以下参数:转台分度精度4″，重复精度±1″;转台为齿式分度定位，旋转方向为顺时针，分度数为6;转台为液压锁紧;盘面垂直度0.02mm、盘面旋转起伏0.02mm、基准孔旋转偏摆0.02mm、分度盘上下平行度0.03mm。

采用液压回转工作台，零件加工难度和装配难度小，整机纵向安装尺寸小，可全部安装在机床底座的上部，安装、维修十分便利。机床底座侧面也不需要开大窗口，大幅度提高了机床刚性及工艺性。这种回转工作台具有动作灵活、结构紧凑、分度精度高、刹紧力大、控制简单等特点。

(2)立卧复合式半精镗气缸孔、曲轴孔和粗锪曲轴孔端面装置

半精镗气缸孔、曲轴孔和粗锪曲轴孔端面装置为立卧复合式结构，可实现曲轴孔和气缸孔的加工要求，它包括水平安放的油压滑台、安装在油压滑台上的卧式精密主轴头和安装在立式精密主轴头上的组合镗锪刀;专用立柱垂直跨骑在卧式油压滑台上，其上安装伺服滑台，伺服滑台上安装有立式精密主轴头，立式精密主轴头上安装有组合镗锪刀。卧式油压滑台和立式伺服滑台的滑动相互独立，可同时加工相互垂直的曲轴孔和气缸孔。

(3)立卧复合式精镗气缸孔、曲轴孔和精锪曲轴孔端面装置

精镗气缸孔、曲轴孔和精锪曲轴孔端面装置与半精镗气缸孔、曲轴孔和粗锪曲轴孔端面装置结构相似，采用立卧复合式结构。由于气缸孔、曲轴孔的圆柱度要求0.007mm，圆度要求0.006mm，要取得这样的精度要求，必须在加工过程中进行刀补。如图4所示，在高精密主轴头内安装液压刀补装置，刀具补偿系统会根据镗刀的加工情况随时灵活地微调刀具在径向的补偿值，以取得要求的加工精度。

(4)精铣气缸面装置

精铣气缸面装置包括卧式伺服滑台，移动立柱安装在卧式伺服滑台上，移动立柱上安装滚珠丝杠螺母副，螺母上刚性连接着铣削主轴箱体，主轴箱体两侧对应安装两副直线导轨副，保证主轴箱体可在垂直方向灵活伺服滑动，主轴总成安装在主轴箱体内，精铣刀盘安装在主轴总成头部。在主轴电动机带动铣削头高速旋转时，同时能水平和竖直方向伺服移动完成进给。

(5)立式精车上支撑面装置

立式精车上支撑面装置采用镗车主轴头结构，可实现车削一个水平端面的加工要求，它包括立柱，安装在立柱上的滑台，安装在滑台上的精密镗车主轴头，连接在精密镗车主轴头上的连接盘及刀座，安装在刀座上的组合车面刀。精密镗车主轴头尾部安装有液压缸，通过液压缸的往复运动，利用齿轮齿条机构带动组合车面刀径向移动。这样组合车面刀在旋转车削的同时，还可以沿着径向移动进给，保证加工范围为φ55～90mm(以曲轴孔的中心为圆心)。

3 夹具方案及工作循环

3.1 夹具方案

工件在夹具上采用一面两销定位，四点液压夹紧，一次装夹后完成5个工位的加工。如图5所示。

夹具中，夹具下体1和液压回转工作台上的转台扩展台相固定连接，随着回转工作台一起转动;夹具上体2和夹具下体1固定连接，其上安装4个油压转角缸3，当工件加工好需要卸下时，松开螺母，油压转角缸向远离工件的方向旋转90°，使得压板远离工件区域，取出工件。当工件安装好需要压紧时，油压转角缸向靠近工件的方向旋转90°，使得压板停留在需要的位置，拧紧螺母，对工件进行压紧。

同时，在夹具上体2上的适当位置安装2套定位销装置(包括支座10，支承块9，定位销8)，用以立式钻上支撑面3孔和倒角工位的活动钻模的导向。

转台上6个工位采用6套同样的夹具，6套夹具依次顺序排列拼接形成完整的圆周。工件在空工位上装夹后，运转一个循环完成加工，再在空工位上将工件卸下。

3.2 工作循环

机床自动工作循环如下:在图2装卸工位10上由人工将工件安装夹紧在液压工装夹具上，液压回转工作台11接收控制信号开始转动，将该装夹的工件转到第一道工序半精镗气缸孔、曲轴孔，粗锪曲轴孔端面装置1的工位上进行加工，同时在装卸工位10上又进行工件装夹。待第一道工序完成后，液压回转工作台11继续转动，加工完第一道工序的工件转到第二道工序精铣气缸面装置2的工位上进行加工，第二道工序完成的工件就转向下一道工序，如此循环加工，工件在液压回转工作台11的装卸工位10上装夹一次就能够完成曲轴箱的5道精加工工序加工，最后又回到装卸工位10上，完成了工件加工的全部工序。把完成的工件取下放上新的需要加工的工件继续进行下一次循环。

4 结语

该组合机床实现了通过一次装夹定位完成曲轴箱的5道精加工工序的连续自动加工，结构设计合理，操作简便，减少因装夹定位不一致造成的误差，使得加工得到的产品尺寸更加精确，质量更优，而且提高了生产效率，具有良好的经济效益和应用价值。

［1］李月琴，任新梅，弓申.变速箱上盖拨叉孔钻扩铰三工位组合机床设计［J］.制造技术与机床，2010(7):67－70.

［2］大连组合机床研究所.组合机床设计［M］.2版.北京:机械工业出版社，1985.

［3］丛风廷，迟建山.组合机床设计［M］.2版.上海:上海科学技术出版社，1993.

［4］彭小敢.精镗缸体主轴承孔DKM033组合机床的研制［J］.制造技术与机床，2013(10):126－128.

［5］闫爱春，包家善，徐焕安，等.可调式机体挺柱孔钻铰专机的设计及应用［J］.制造技术与机床，2009(6):46－49.

［6］李光.转台式多工位组合加工机床的特点及发展潜力［J］.中国新技术新产品，2012(24):146.

［7］吴慧萍，李前明.立式单面四工位扩铰缸体挺柱孔组合机床［J］.组合机床与自动化加工技术，2013(6):119－120.