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解决活塞环车铣专机加工球铁环崩刀的方法 |
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作者：大连机床集团 陈永毅 |
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1 引言
D83活塞环车铣专用机床是大连机床集团近年来在吸取国外同类机床先进技术基础上，结合国内实际需要开发的新产品，是为活塞环制造厂家提供的理想基础加工设备。这种高效能专用设备改善和提高了活塞环制造的工艺水平，深受生产厂家的青睐。为汽车特别是轿车行业的发展做出了重要贡献。
目前国内不少活塞环生产厂家在生产灰铸铁环的基础上开发了球墨铸铁活塞环(以下称球铁环)。但有部分机床在车削球铁环时出现了崩刀现象。针对这一情况，我们做了认真研究和试验整改，较好地解决了崩刀问题。现就崩刀的产生原因及解决的主要方法作如下论述。
2 产生崩刀的主要原因
D83机床是用靠模(凸轮)内外仿形进行活塞环车削加工的。活塞环片片叠加长度为170mm，用无心定位夹紧。车削时定好相关尺寸后，内外圆同时加工，一次车出成品(刀头为粗精车组合刀)。也就是说，不论毛坯有多少留量，只车一次。这就要求内外径的加工余量应合理、经济。一般外径留量应控制在1～1.5mm，内径控制在0.8～1mm，毛坯应规范。例如，安庆市ATG公司的球铁环毛坯留量相当好，以6110球铁环为例，毛坯内外径留量1mm左右，环形内外斜度为1.5°，毛坯还经过打毛刺工序。经D83机床多次试切，从未出现崩刀现象。但是，有的厂家毛坯料不规范，铸造工艺落后。加工余量超差大，有的毛坯留量达3～4mm(单边)，环形斜度在2.5°左右，轴向径向位置留量大且不均匀。
球铁环的硬度一般应控制在HRB 104～112(HRC 33～37)。在此硬度下切削正常。而有些厂家的毛坯硬度达HRC 42左右。这些情况都使切削力不稳定，容易造成崩刀。
在机床的制造上，影响刚性的有关环节存在一定不足，同样容易产生崩刀。如何克服这些不足之处，从而解决崩刀问题，正是本文要介绍的内容。
3 解决的主要方面和方法
1) 镗杆与镗杆支座
镗杆材料为40Cr，弹性模量为2.1×105N/mm2，为高值范围。因此提高镗杆刚性应从合理的选取设计尺寸入手。如图1所示，在被加工环的公称直径D为60～92mm范围内所用的镗杆，刚性略显不足。为此我们将原镗杆右端直径φ70mm改为φ80mm，长度为100mm。通过试车，加工D为92mm以下规格的球铁环，效果比原镗杆加工的环有了明显改善。 
图1 镗杆与支座
镗杆左端探出长度为348mm，右端与镗杆支座f95H7孔联接，联接长度为108mm，探出长度与固定长度之比约3∶1。为了达到设计要求，镗杆支座孔精镗时在铣开口处加垫片夹紧。装配时增加配研，以镗杆φ95js6为基准刮研支座孔，要求接触面积25mm2内粘点8个以上。上母线、侧母线要保证要求，上母线左端+0.05mm效果更好些。
2) 镗杆支座与摆动座
镗杆支座与摆动座是通过燕尾联结的，用来调整环径厚的。这种联接形式特殊，既没有镶条配合，又不是滑动配合，而是过盈配合，过盈量为0.01～0.02mm，还要求保证接触面积在70%以上，如图2所示。过盈配合通过工艺手段容易达到，而要保证接触精度就困难了。因为都是铸钢件，以磨代刮接触面积较少，常是线接触。因此必须增加刮研工序。首先利用2-M10丝杆等距顶开，然后两件配研，这样才能保证接触面积达到70%以上。
图2 镗杆支座与摆动座
3) 合金板与合金棒
凸轮运转经滚轮将形线传递到外刀架及内镗杆部分，调整杠杆比是通过上下调整合金棒来实现的，上下调整高度为40mm左右，在此范围内，合金棒与合金板应始终保持良好的线接触。它们在装配后是夹在狭小的空间内，看不见摸不着。用0.02mm的塞尺能否塞入来进行检验，很容易出现点接触。如图3所示，解决办法是装配时以合金板为基准，研磨摆动座夹持硬质合金棒的滑块座背面。用涂色法检验上下各截面的接触，达到全接触为止。 
图3 合金板与合金棒
4) 支承板与滑块
左右支承板中间开有凹槽，各自安装有滑块。而滑块与套筒联接，中间穿摆动轴。旋转手轮滑块可沿支承板中间80H7凹槽上下移动，达到调整活塞环的长径(D长)，短径(D短)，偏度(UF)。支承板80H7凹槽的粗糙度、两侧平面度及平行度允差造成与滑块配合间隙大，接触面常是线接触。为了提高刚性，修改了原装配工艺，要求装配配研。重新修改了设计图纸，如图4所示，80H7凹槽增加两侧平行度和直线度要求，公差均在0.01mm以内；原滑块80js6改为80+0.020。由装配选配。取消左右支承板与床鞍联结的螺栓孔的沉孔，以增加刚性。
图4 支承板与滑块
5) 侧导轨
侧导轨的间隙是通过顶丝调整镶条来实现的，如图5所示。过去装配侧导轨缺乏经验，采用的是静态调整。经过试车切削球铁环，发现容易产生振动。为消除振动，提高刚性，将2-M8顶丝改为2-M10，由静态调整改为动态调整。只要调整量适中，振动便自行消除。
图5 侧导轨
6) 主轴前滑动轴承
主轴主要承受径向力，径向间隙必须严格控制。如图6所示，滑动轴承(或称铜瓦)外径与套内径之间是1∶8的锥度，配磨后要求接触面积大于75%。配磨时铜瓦中的开口处暂时用焊锡焊接。装配时，以主轴为基准刮研铜瓦(刮研量一般在0.01～0.03mm内)，经刮研，铜瓦孔径增大。预紧铜瓦时，铜瓦外径1∶8的锥面轴向移动(最大移动量约为0.24mm)，铜瓦产生微变形。铜瓦外径与套的接触精度丢失，达不到接触面积75%的要求，需重新配磨。铜瓦预紧量和套的磨量按1∶8的比值。主轴这种结构，装配调整很麻烦，常因修整不合适而影响刚性。经研究，将滑动轴承改为双列向心短圆柱滚子轴承为好。装配调整简单易行，同时也保证了刚性，此方案的试验工作待进行。
图6 主轴前滑动轴承
4 结束语
我们用以上办法对数台机床进行了整改，对提高机床的刚性起到了一定作用，较好地解决了崩刀问题，用户比较满意。 (end)
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(3/18/2007) |
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