新型推拉鏜刀桿的設計與試驗研究

1反腰鼓形狀尺寸不一致的刀具精銑加工圖1顯示了發動機氣孔的剖面。對發動機氣孔的圓柱形要求非常高。在研磨和處理過程中，由于電機端部的剛度不足，刀體彎曲。由于電機體孔軸的徑向壁厚，分布不均，孔軸上下兩端較厚，中間部分較薄。發動機氣缸要保證活塞、連桿以及曲軸等運動部件的相互位置準確,氣缸孔圓柱度誤差必需限制在一定的范圍內。常規的鏜孔方法無非就是先拉鏜后推鏜或者先推鏜后拉鏜,加工出來的氣缸孔的形狀必然是腰鼓狀,使得被鏜削孔的圓柱度不高。而采用提高工藝系統剛度的方法會受到孔的技術條件限制,并不能完全解決氣缸孔鏜削精度不高的問題,同時在加工過程中刀具的不斷磨損會引起不同加工孔的尺寸不一致。在一般數控系統中設置人工補償命令,根據工件的線外檢測結果或經驗判斷刀具磨損情況來設定補償量,這種補償會在一批被加工孔中引起明顯的尺寸不一致,雖然在公差范圍內有裝配互換性,但裝配性能會因刀具的磨損狀態不同而不同,直接影響機器的裝配精度。采用設計的新型推拉鏜刀桿及伺服補償機構穩定加工精度,推拉鏜刀桿的前端安裝有半精鏜刀片、精鏜刀片。鏜刀桿下行時可對氣缸實施快速半精鏜加工。當鏜刀桿下行至終了位置后,刀具補償伺服電機啟動,通過鏜桿芯部拉桿的1°斜面推動精鏜刀片伸出至精鏜尺寸的工作位置,其后鏜桿上行,完成氣缸孔的最終精鏜加工。精鏜孔刀具鏜孔時,其孔的側母線通過編程可形成曲線,或不規則的直線。通過對腰鼓形狀參數測量分析計算,將反腰鼓狀的參數輸入數控程序進行精鏜加工。由于半精鏜與精鏜兩工序主軸軸線相對于工件沒有發生變化,精鏜刀片的負擔大為減輕,延緩了精鏜刀片的磨損。精鏜刀片的工作位置由伺服電機精確定位,可輕松實現刀具磨損后進行自動補償的功能。2精銑刀的精銑加工推拉鏜桿的結構如圖2所示。推拉鏜桿的前端安裝有5個刀片(半精鏜3片,精鏜2片)的鏜刀盤。鏜桿下行時可對氣缸孔實施快速半精鏜加工。當鏜桿下行至終了位置后刀具補償伺服電機啟動,通過鏜桿芯部拉桿的斜面推動精鏜刀片伸出至工作位置。其后鏜桿上行,完成氣缸孔的最終精鏜加工。由于半精鏜與精鏜兩工序主軸軸線相對于工件未發生變化,精鏜刀片的負擔大為減輕,延緩了精鏜刀片的磨損。另一方面,精鏜刀片的工作位置可由伺服電機精確定位,故可實現刀具磨損后進行補償的功能。為了保證鏜削發動機氣缸孔圓柱度要求,設計采用了推拉鏜刀桿同軸分次半精鏜與精鏜氣缸孔,并配合伺服補償,保證了發動機機體重要技術指標。主要方法:采用推拉鏜桿及伺服補償機構穩定尺寸精度。3解決誤差補償3.1反腰鼓狀的加工在國外機床上,推拉鏜刀桿精鏜刀的伸縮很多采用了液壓驅動。當半精鏜孔進行時,精鏜刀必需讓刀,半精鏜孔結束時,伸出至精鏜尺寸。而設計采用的精鏜刀的伸縮驅動選用了伺服電機驅動,這種方式除具備上述功能外,還能在精鏜孔時,讓控制鏜刀伸縮的伺服電機和Z軸伺服電機一起走插補程序,也就是說,精鏜孔刀具鏜孔時,其孔的側母線通過編程可形成曲線或不規則的直線,此功能對此類機床尤其重要。分析發動機氣缸孔的形狀可知,氣缸孔不僅孔壁很薄,而且軸線方向上徑向的壁厚分布不均勻。軸向表現為上下孔口很厚,中間很薄,常規的加工方法加工得到的孔的形狀必然是腰鼓狀,圓柱度偏大。如果精鏜孔刀具鏜孔時,通過程序的設定,讓精鏜孔刀具加工出反腰鼓狀,其必然會提高氣缸孔的圓柱度。這種反腰鼓狀的軌跡方程對于不同種工件,必然不一樣,但同種零件其軌跡方程應當近似。為此,實驗讓四、六缸缸體在GTMK104型機床進行直線加工,各加工5件,并對10件工件進行24h恒溫,然后將工件分別放在三坐標測量機上進行檢測,測出腰鼓形狀參數,通過分析計算,將反腰鼓狀的參數輸入數控程序;再對四、六缸缸體各加工5件,重復上述程序,檢測出新生成的腰鼓形狀,通過分析計算,將反腰鼓狀的增量參數輸入數控程序,這樣,經過幾次的參數修整,就可以達到要求的圓柱度。3.2自適應的加工方式針對傳統鏜削方式存在的因鏜桿剛度不足而導致的刀具退讓,使得被鏜削孔的圓柱度不高的問題,可采用增加工藝系統結構剛度的方式,例如可增加機床結構剛度、增加鏜桿直徑和鏜刀頭尺寸等。這些方式雖然能在很大程度上提高鏜削精度,但在實際使用中會受到很多限制。例如鏜削孔較小時,鏜桿的直徑就無法增大等問題。由此不難看出一味地提高機床的剛度并不能完全解決鏜削加工精度不高的問題。這就需要采用先進的控制技術來實現孔的高質量、高效益加工。自適應控制技術的引入將能很好地解決這一問題。在機床對氣缸孔加工過程中,針對刀具的磨損情況和鏜桿的變形情況,設計采用負載自適應控制方式,所謂“自適應”,一般是指系統按照環境的變化,調整其自身使其行為在新的或者已改變的環境下,達到最好或者至少是容許的特性和功能,這種對環境變化具有自適應能力的控制系統稱為自適應控制系統。其設計原理如圖3所示。該方法能根據數控加工氣缸孔中通過間接測量到的負載值,運用邏輯算法,自動給出氣缸孔加工在此負載下,相應的刀具進給速度及退讓量,使刀具的進給速度和補償量能隨著負載的變化而相應地發生變化,從而保證負載在整個加工過程中保持相對平穩,使刀具能加工出一個直線軌跡,以保證加工孔的圓柱度。這樣能使加工過程保持平穩,達到提高加工質量和延長設備壽命的目的。在加工過程中,刀具的不斷的磨損會引起不同的加工孔的尺寸不一致,對一種型號的發動機,氣缸孔的尺寸應保持在一定的公差范圍內,以保證氣缸孔與缸套的配合達到精度要求。在一般數控系統中,設置了人工補償的數控命令,刀具的磨損補償是由人工對工件的線外檢測和經驗判斷刀具的磨損情況來設定補償量,這種補償會使工件上的被加工孔存在明顯的尺寸不一致,雖然都在公差范圍內,有裝配互換性,但裝配性能會因刀具的磨損狀態不同而不同。研究和采用了實時補償技術,針對刀具的磨損情況不同使刀具進行實時補償,一方面使刀具有2μm級的自動調整能力,另一方面通過刀具的磨損狀態的自動檢測來自動判斷刀具的磨損情況,并且使兩方面結合實現刀具磨損的自動補償。4孔時精銑孔刀具的加工本氣缸孔推拉鏜加工方法在某發動機