数控铣床搞定曲轴、凸轮轴粗加工的秘密、高着与绝对细节履历

本文摘要:曲轴和凸轮轴是发念头重要运动部件,其传统工艺接纳车床对主轴颈、连杆颈和凸轮举行粗加工。由于工件结构特殊和切削量大且不匀称,工件受力大而容易弯曲变形,所以加工精度难以保证,影响后续加工质量,同时存在设备数量多、人员多、效率低、成本高等问题。 数控内铣和数控外铣的泛起为解决这些问题提供了条件。掌握数控铣床的结构、事情原理及其调整方法对提高发念头曲轴和凸轮轴粗加工质量具有重要意义。

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曲轴和凸轮轴是发念头重要运动部件,其传统工艺接纳车床对主轴颈、连杆颈和凸轮举行粗加工。由于工件结构特殊和切削量大且不匀称,工件受力大而容易弯曲变形,所以加工精度难以保证,影响后续加工质量,同时存在设备数量多、人员多、效率低、成本高等问题。

数控内铣和数控外铣的泛起为解决这些问题提供了条件。掌握数控铣床的结构、事情原理及其调整方法对提高发念头曲轴和凸轮轴粗加工质量具有重要意义。发念头轴类零件粗加工 (1)曲轴粗加工的生长20世纪70年月以前,接纳多把车刀一次对轴颈的外圆、圆角和侧面及台阶举行加工,但同一零件的差别部位需多道工序才气完成轴颈和连杆颈的粗加工。

多刀车削存在余量大、平衡块侧面加工为断续切削及易发生振动和打刀问题,刀具寿命低,不良率高,切削效率低。七八十年月曲轴粗加工又泛起了CNC车削、CNC外铣和CNC内铣工艺。80年月末90年月初又开发出了车拉、车-车拉工艺,该工艺具有精度高、效率高等优点。

90年月中期又开发出CNC高速外铣,它对平衡块侧面需要加工的曲轴方面,比CNC车削、CNC内铣和车-车拉的生产效率高。由于加工精度和加工效率的原因,车削一般只用于主轴颈加工。曲轴内铣和高速外铣不能加工轴向沉割槽,当曲轴有轴向沉割槽时,应接纳车-车拉方法加工。

当曲轴平衡块侧面需要加工时,铣削工艺大大优于车拉工艺。其具有切削速度高、工序时间短、切削力小、温升较低、刀具寿命高、换刀少、精度高和机床柔性好等优点。(2)凸轮轴粗加工的生长早期凸轮轴的主轴颈一般以单刀或多刀普通车床举行粗加工,凸轮普遍接纳机械靠模式车床举行单刀或多刀仿形车削来完成。

单刀车削效率低;多刀车削难以保证零件质量,而且粗车事后必须摆设校直、粗磨等工序,生产效率低。多刀车削、仿形车由于切削时受力大,工件容易发生弯曲变形和振动,刀具寿命低,打刀频繁,不良率高。粗车事后需摆设校直、粗磨等工序。

工件换型时需更换靠模、调整时间长,切换效率低、成本高。新工艺凸轮轴主轴颈接纳数控车,凸轮则接纳数控外铣举行高速铣削(合金钢件铸造毛坯)或CBN强力磨削(铸铁铸造毛坯)。

凸轮轴的粗加工履历了单刀车削、多刀车削、CNC车削和数控高速外铣的生长历程。数控铣床的结构和事情原理从20世纪60年月到90年月,数控铣床履历了普通数控三座标铣床、普通CNC外铣、高速CNC内铣和高速CNC外铣几个阶段,其中高速CNC内铣和高速CNC外铣在发念头曲轴、凸轮轴粗加工之中获得越来越广泛的应用。现在世界上数控内铣或外铣的主要生产厂家有德国的HELLER公司、Boehringer公司和日本的小松公司。海内沈阳第一机床也生产曲轴内铣,但基础还很单薄。

(1)数控外铣机床如图1所示,数控外铣机床一般由床身、主轴箱、十字滑台、铣削单元、跟踪中心架、数控系统、排屑系统、润滑系统、油雾处置惩罚装置等组成。数控装置控制刀架滑台(X轴)、工件旋转主轴(C轴)以及事情移动滑台(Z轴)联动举行插补仿形铣削,加工所有凸轮或曲轴的主轴颈及连杆颈。图 11.铣刀盘 2.凸轮轴转动偏向 3.铣销单元 4.铣销单元移动偏向 5.床身早期的数控曲轴外铣以某一组连杆颈中心为回转中心只能加工该组连杆颈,一组刀盘只能加工某一组轴颈,不适合大余量加工,余量一般不凌驾3mm,较适合大批量生产的轿车发念头曲轴。

90年月泛起的数控曲轴高速外铣,接纳工件回转和铣刀进给伺服联动控制技术,可以实现一次装夹铣削完所有连杆轴颈。中心架接纳跟踪夹紧方式,保证加工历程中零件不会发生大的弯曲变形;取消了机械靠模或偏心夹具,通过体例法式可快捷地实现工件品种的转换,具有良好的柔性。(2)数控曲轴内铣机床数控内铣主要有两种差别的结构形式,其中比力有代表性的是日本小松公司的摇臂偏心机构和德国HELLER公司的数控十字滑台结构。

小松公司接纳独创的摇臂式铣刀头,工件牢固不动,铣刀头装在一个滑台单元上,实现平面上的插补联动铣削。其独占的绕一个牢固支点摆动内的结构有效地增强了曲轴加工时的刚性,可接纳较大进给量并获得较好精度。

曲轴内铣加工基本原理:如图2所示,两头轴颈外圆为径向定位基准,以曲柄臂侧面或端面为轴向定位,用自放心卡盘夹紧,通过控制进给机构使刀盘发生复合运动,对轴颈外圆、圆角宁静衡块侧面包络加工。图 2 差别制造商的铣床差别制造商的内铣机床,因其结构差别,其加工原理有所差别,主要可以根据加工历程之中工件运动和铣削单元的运动形式举行划分。

(1)德国HELLER公司的内铣机床,如图3所示。德国HELLER公司的RFK内铣,接纳数控十字滑台机构,切入轴颈外貌时,刀盘停止进给,此时工件旋转一周,刀盘在CNC的控制下随做圆周进给运动,旋转一周后完成轴颈的加工。图 3(2)日本小松公司GPM型曲轴内铣机床。

如图4所示,GPM曲轴内铣接纳独创的摇臂式铣头,铣头的一端由大口径轴承支撑(带有导向滑块),另一端接纳了由丝杠螺母驱动的摇臂方式,加工时工件牢固不动,动力头经一垂直偏向的螺母动员,绕一回转中心做上下往复运动,又由一水平偏向的螺母动员,做水平偏向往复运动。图 4(3)Boehringer公司内铣。Boehringer公司内铣刀盘装在一个偏心体上,铣刀盘由主轴驱动,小轴承支撑实现主运动,偏心体由特殊的带有齿形的大偏心轴承支撑,由旋转进给机构驱动,与连杆颈同心后再铣削加工。

(4)沈阳第一机床厂PMC28150C型曲轴内铣机床。该机床设置左右两组铣刀,加工时以差别的偏向旋转,平衡切削力。

在动力头上划分安装了水平偏向上(X轴)和垂直偏向(Z轴)的丝杆螺母传念头构,由伺服电念头驱动,CNC控制。加工时,工件牢固不动,动力头由X轴进给切削曲柄臂侧面,当进给到轴颈时,Z轴和X轴伺服机构举行插补运动,使刀盘绕轴颈中心公转完成一个相位连杆轴颈的铣削,然后由中心轴旋转到下一个相位,加工下一个相位的连杆轴颈。(5)差别结构和加工原理的内铣的比力分析。上述的四种内铣都是使用铣刀盘的包络方法加工轴颈的,可是因其结构和原理的差别,其在加工精度、机床操作及设备价钱上等方面都纷歧致。

如附表所示。数控铣床的工艺(1)内外铣刀盘受力比力如图5所示,设D1为铣刀盘的装夹直径,D2为切削直径,外铣刀盘的D1与D2之比是远小于1的。

固然要求D1尽可能大一些,这样铣刀盘的装卡比力牢靠,机床运转也平稳一些。在相同的每齿进给量下,内铣刀盘同时到场切削的刀齿较多,切削厚度较小,可接纳较大进给量。图 5内铣适合于大型柴油机曲轴,尤其是对于无沉割槽且平衡块侧面需加工的曲轴。

双刀盘数控高速外铣,速度高达350m/min,效率高,适合切削量小且比力稳定的零件,(2)数控铣的定位夹紧方式。凸轮轴在外铣上以顶尖放心,一侧止推面做轴向定位,齿轮轴颈键槽为角向定位,头尾架两头卡盘夹紧,加工时两其中心架跟踪加紧做辅助支撑。通常情况下,曲轴在铣床上的定位夹紧方式为:以顶尖放心,曲轴一侧轴向定位,一侧主轴颈和另一侧法兰外圆自放心夹紧,角向定位有靠近主轴颈一侧的平衡块侧面和连杆颈两种方式。

(3)数控铣的加工工艺。一般接纳数控外铣举行凸轮加工,上料后通过头架的定位键(销)举行角向定位,然后从一侧顺序加工进、排气凸轮,加工时中心架跟踪支撑在相邻主轴颈上,以免发生大的弯曲变形。

外铣在凸轮加工时,两个刀盘都向一个偏向旋转,并凭据凸轮轮廓型线实时进给,以保证形状精度。如图6所示。在大余量重切削情况下,一般接纳内铣加工曲轴轴颈。

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加工总是从曲轴一侧加工到另一侧,先在靠近夹盘最近的主轴颈铣出中心架支撑的基准后,再依次加工主轴颈和连杆颈。当同时加工曲轴的主轴颈和连杆颈时,两个刀盘的旋转偏向是相反的,以到达受力平衡,有效地保证了加工精度(这一点也是外铣做不到的),两个刀盘同时加工通历程序控制来保证行动同步,如图7所示。(4)铣床的铣刀盘设计。曲轴内铣、外铣及凸轮外铣床均接纳刀盘成形切入法,对加工部位举行一次性加工成形。

曲轴铣刀盘一般由4组刀片组成,划分对轴颈外圆、圆角、台肩及平衡块端面举行切削。凸轮轴铣刀一般由3组刀片组成,划分对凸轮轮廓外圆及两侧倒角举行切削。内铣和外铣都是接纳刀盘成形切入法对轴颈或凸轮举行切削加工。

因其切削为断续、干式切削,刀具的设计除保证零件加工外形尺寸准确外,还应保证其其加工时发生的切屑形状小,制止切屑在机床内部聚集造成局部高温。内铣刀盘刀夹在圆周上的漫衍接纳不等齿距形式,以防止切削历程中可能发生的周期性振动,同时注意台肩高度尺寸的设计。

加工质量调整控制 (1)轴向尺寸控制凸轮轴的轴向定位在止推面,由于其凸轮的轴向公差都比力大,一般只需要在加工几件后在工件坐标系之中作一下调整就能获得保证。曲轴的轴向尺寸基准在止推轴颈端面,传统的曲轴加工工艺因为加工工序多且工艺基准变换多,曲轴的工艺尺寸链比力庞大。随着大量数控设备和丈量系统的使用,绝大多数工序都可以实现产物基准和工艺基准的统一。

因为曲轴后续工序——热处置惩罚变形影响磨削对轴向尺寸的控制,需要对热处置惩罚变形纪律经常性举行统计分析,并依据效果调整内铣尺寸来赔偿掉这种变形。(2)外圆跳动控制凸轮粗加工前必须保证其主轴颈跳动,以六缸凸轮轴为例,中间第四主轴颈跳动应≤0.20mm,同时保证键槽质量,否则会造成加工后凸轮轮廓误差大和相位不稳定。一般加工一批约30件后检测的ADCOLE数据与产物工艺要求举行比力分析后的差异数值以极坐标的形式导入数控系统赔偿。曲轴跳动误差对曲柄半径、相位的丈量和加工都市发生影响,并影响后续磨削质量。

内铣为干式加工设备,加工中发生很大的切削力和切削热,切削时的局部温度高达700℃,学数控编程加QQ群868791195免费领取学习资料和课程,这会造成热锻毛坯残余内应力的释放,容易造成内铣后跳动误差的突变。在一般情况下,曲轴毛坯热处置惩罚质量能保证批次的稳定性、零件跳动误差数据统计分析以及举行调整偏心偏向获得工艺要求的跳动误差。对于工件牢固不动的内铣加工方式,要实现主动控制主轴颈偏心加工,以获得切合工艺要求的跳动误差是很是利便的。以图8为例,通过对一批内铣加工后的跳动误差统计,剖析成X、Y两个偏向举行赔偿,从而获得批次的稳定的跳动误差。

数控铣床热赔偿原理切削热引起零件尺寸的变化,为保证内铣加工质量的稳定,必须减小切削热对加工系统的影响。一般有两种做法实现变形误差的热赔偿:一是在设备系统内设置许多温度传感器,用来监测设备的温升变化。借助统计数据纪律的分析,凭据实际温度变化实现热赔偿,HELLER公司接纳这种方式。

这种方法可以获得准确的误差赔偿,提高加工质量的稳定性,控制系统庞大,具有自动温升赔偿功效。当机床和刀具温度升高时,能自动修正各CNC轴坐标位置,保证工件加工尺寸的稳定性。另一种方法是设定设备系统温度变化满足双曲线的变化纪律,且加工工件发生的切削热是要累加的。

寻找到热变形与时间的关系,建设热量赔偿曲线,这样在不增加装置的基础上实现加工热赔偿,在满足加工质量稳定的情况下,设备的可靠性没有降低。小松内铣接纳的就是这种方式。结语数控高速铣床具有高效率、高精度和很好的设备柔性,广泛应用于发念头曲轴、凸轮轴的粗加工之中。

数控外铣一般用在柴油机锻钢凸轮轴的凸轮铣削和加工余量较小且无轴向沉割槽的铸件轿车曲轴的主轴颈、连杆颈粗加工。数控内铣适用于毛坯精度低、加工余量较大的大型柴油机曲轴,尤其是对于无沉割槽且平衡块侧面需加工的钢件曲轴加工。


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