曲轴箱立卧五工位回转式刷光机及其主要部件设计

引言

冰箱巨大的市场需求,为冰箱压缩机装备国产化提供了动力,众多装备供应商积极投入研发,引进消化吸收国外先进技术,已可为冰箱压缩机行业提供全套的加工装配设备。设备国产化意味着拥有自主知识产权,其极大地降低了生产成本,曲轴箱立卧五工位回转式刷光机也是国产化设备之一。

1 零件结构工艺分析

曲轴箱也称气缸座,是冰箱压缩机主要零件,是压缩机曲轴、连杆、活塞、电机定子和转子等零件安装的支撑件。

压缩机曲轴箱机加工完成后其曲轴孔和活塞孔中残留一些残渣及毛刺,经清洗后,残渣能全部清除,但毛刺仍然存在孔内。毛刺的存在会导致曲轴及活塞在曲轴箱腔体内运行过程中不流畅,从而影响压缩机的电气性能,甚至会使曲轴或活塞卡死,报废压缩机。因此,在曲轴箱装配前应增加一道定位刷光毛刺工艺^[1]。

曲轴箱为箱体类零件,结构较复杂 。材料 : FCD250;硬度:HB190~240;曲轴孔N、缸孔M为关键孔,孔径尺寸精度要求6级,圆柱度0.005,刷光后用粗糙度仪检测曲轴孔表面粗糙度≤Ra0.4,缸孔表面粗糙度≤Ra0.3;曲轴孔、缸孔垂直度0.04/200。零件为大批量生产,加工工艺为先面后孔,先粗后精,加工过程中穿插退火等热处理工艺,保证内部结构稳定,尺寸稳定。刷光工序图如图1所示,一面两销定位,工位一上下料,工位二曲轴孔及端面刷光,工位三缸孔及端面刷光,工位四高压腔孔一刷光,工位五高压腔孔二刷光。

2机床方案分析

设备用于客户曲轴箱缸孔与其端面、轴孔与其端面、两个高压腔刷光工序的加工,经更换和调整部分辅件、夹具,能适应其他型号曲轴箱的刷光工序加工。单台生产节拍[加工时间(MT)十辅助时间(HT)]≤4.5 S/件,生产节拍可调,产量≥800件/h。

设备要在一道工序中完成曲轴箱缸孔与其端面、曲轴孔与其端面、2个高压腔刷光工序,同时保证单台生产节拍[加工时间(MT)十辅助时间(HT)]≤4.5S/件,一般一个部位刷光机动时间不小于4.5S,上下料、滑台快进快退辅助时间也要约4.5 S,要保证生产节拍,需考虑2个工件同时加工。要4个部位完成刷光,机床必须保证多个动力头同时动作加工。缸孔与其端面垂直于曲轴孔与其端面、两个高压腔,刷光动力头也需垂直布置。结论:机床为双工件立卧五工位,可线型也可圆型布置;线型布置机床线体长,不便于防护^[2];圆型布置结构紧凑,占地少,全防护,操作方便。

3机床总图

曲轴箱立卧五工位回转式刷光机总图如图2所示,机床按钻镗组合机床精度标准设计^[3]。机床主要组成部件有:减震器、床身、数控滑台、二轴刚性刷光动力头及传动部件、刀辅具部件、夹具、配气盘、五工位数控回转台、防护部件、立柱及配重部件、控制部件、冷却及水路部件、气路部件、润滑部件。工位一为上下料装置,工位二曲轴孔端面刷光、曲轴孔刷光,工位三缸孔端面刷光、缸孔刷光,工位四高压腔孔一刷光,工位五高压腔孔二刷光。

曲轴孔端面及轴孔、缸孔端面及缸孔、高压腔孔一、高压腔孔二在一次装夹中完成刷光,五组夹具6五等分安装在床身台面上,工位二、工位四、工位五为卧式双轴动力头4安装在数控滑台3上,工位三为立式双轴动力头安装在数控滑台上,数控滑台安装在立柱10上,立柱有平衡滑台的配重部件。数控滑台3、立柱10围绕五工位数控回转台8布置,螺钉固定安装在床身2上,床身与地面之间采用12个减震器连接,可调整水平。防护部件9为冷轧板制成的全防护,操作者位置为手动门,另三面配开窗户。冷却系统及水路部件12负责机床刷光工作时给刷光部位冷却并清除铸铁灰。气路部件13负责给夹具气缸、刷光动力头、气枪供气,同时负责气缸的压力调整、换向、调速。润滑部件14负责定期自动润滑滑台。

控制部件11由安装于电气控制柜内的三菱可编程控制器(PLC)、伺服驱动器、总电源开关、控制电源开关、电机保护断路器、接触器、DC24 V开关电源、

保险丝以及操作面板、接近开关、执行部件(电磁阀、 电机)等部分组成。采用PLC加GT1030触摸屏控制, GT1030触摸屏安装在防护罩操作者右上方,便于操作。有监视及人机对话功能,使设备运行更加可靠,维修调整更加快捷方便。

机床动作顺序:工位一→人工下件上件→夹具气缸夹紧→分割器回转(同时工位二→工位二滑台工进→工位二滑台快退→分割器回转;同时工位三→工位三滑台工进→工位三滑台快退→分割器回转;同时工位四→工位四滑台工进→工位四滑台快退→分割器回转;同时工位五→工位五滑台工进→工位五滑台快退→分割器回转)。

4机床主要部件设计

4.1 双轴刷光动力头设计

双轴刷光动力头如图3所示,其两根主轴6前端采用弹性筒夹25、螺母26与刷光刀具连接;主轴轴承均采用油脂润滑,为防止冷却液及灰尘浸入主轴箱体29内,影响主轴精度甚至损坏轴承3及10,主轴前端设置了气环及迷宫密封。动力头传动直接采用多楔带传动,比常规的三角皮带传动更加安全可靠,使用寿命长。

动力头前后支承各采用一对背对背安装P5级哈轴角接触球轴承组合,该结构可承受较大的轴向负荷和较高的转速,刚性好,精度高,性能可靠。

4.2 夹具设计

图4为夹具装配图,工件采用一面两销定位,气缸压紧^[4],一次安装两件。夹具体1底面与回转工作台台面用螺钉连接,支撑块4及定位销座5限制工件4个脚构成的平面3个自由度,菱形销6及圆柱销8限制工件的2个旋转自由度及1个回转自由度,为完全定位,衬套7在夹具体与菱形销(圆柱销)之间,减少因更换定位销引起夹具体上定位孔的磨损。定位衬套10用2个圆螺母固定连接在与零件曲轴孔外圆对应的夹具体孔上,弹簧片9用螺钉固定在定位衬套上,一方面粗限位工件,另一方面防止工件夹具往前偏移。每个工件采用2只气缸2夹紧,压块3作用在工件压紧点,该点正对支撑块4,无偏移力矩变形。

五组夹具等分安装在回转台面上,在装卸料工位一气缸打开,工位二、工位三、工位四、工位五气缸夹紧,配气盘实现气缸换向。

4.3自制数控滑台

动力头安装在数控滑台上,滑台提供进给运动。滑台的一侧有行程开关,由电气控制伺服电机实现快进、工进、快退等运动。

给被加工件提供进给运动的数控滑台,其行程到位一是通过行程开关,二是伺服电机自动驱动,三是通过前端固定挡铁进行保护。

数控滑台由如下基本部件组成:滑座、滑台体、直线导轨、滚珠丝杆、联轴器、集中润滑、伺服电机等。其中直线导轨采用日本THK的产品,能够保证滑台体直线运动时与动力头的平行度。

导轨滑块、滚珠丝杆采用润滑泵定期定量润滑,如果个别润滑点工作不正常,会自动报警。

为了调节前后工作行程,需识别前进端及后退端的位置,调整相应的接近开关。

5 结论

曲轴箱立卧五工位回转式刷光机可在一次装夹中完成曲轴箱缸孔与其端面、轴孔与其端面、两个高压腔刷光工序的加工,经更换和调整部分辅件、夹具,能适应其他型号曲轴箱的刷光工序加工。该设备结构紧凑,经厂家多年使用,性能稳定,操作方便。

[参考文献]

[1]狄春良,郗安民,刘颖.电冰箱压缩机缸体毛刺刷光机[J].组合机床与自动化加工技术,2002(6):64—66.

[2] 费凡,马磊.压缩机曲轴箱毛刺刷光机设计[J].机械研究 与应用,2014,27(1):134—135.

[3]钻镗组合机床精度:JB/T 3045—1991[S].

[4]吴拓.机床夹具设计实用手册[M].北京:化学工业出版社,2014.

2024年第10期第11篇