一种内燃机缸体串孔加工系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于加工系统技术领域，涉及一种内燃机缸体串孔加工系统，主要包括高精度回转工作台，精密镗模，刀具换刀装置，动力系统，液压润滑装置，导条式直线镗刀，专用精镗单元，内冷润滑系统，对刀装置和控制装置。优点在于：1）对缸体各组串孔进行粗、半精、精镗等工序完成串孔的全部加工工序，一次装夹完成缸体的全部串孔加工，减少反复装夹等辅助时间，加工效率提高；2）系统的开放性较强，适宜多品种、少批量生产模式，3）加工精度较高。
【专利说明】
一种内燃机缸体串孔加工系统
技术领域
[0001]本实用新型属于加工系统技术领域，涉及一种内燃机缸体串孔加工系统。
【背景技术】
[0002]内燃机行业是我国机械工业中的一个十分重要的行业。内燃机是汽车、农业机械、工程机械、船舶、内燃机车、地质和石油钻机、军用、通用机械、移动和备用电站等装备的主要配套动力。随着科学技术的发展和人类环境保护意识的增强以及能源的的日趋紧张，内燃机行业将面临更激烈的市场竞争，也将迎来新的发展机遇。
[0003]大功率内燃机缸体是内燃机的基础骨架，是一种外形及内部型腔均比较复杂的箱体类零件。缸体的串孔包括主轴孔、凸轮轴孔及摇臂轴孔等，安装有曲轴、凸轮轴和摇臂轴等旋转运动件，其加工精度将直接影响发动机的整机性能，甚至造成整机报废、拉瓦、断轴等严重事故。其精度包括:孔径的尺寸精度、串孔对轴线的全跳动、全串孔之间各孔的同轴度、与缸孔等其他孔系的空间位置精度等，因此缸体的串孔加工不仅要保证各孔的孔径精度及位置度精度，而且对各孔之间的同轴度，特别是相邻两孔之间的同轴度要求极为精确，以保证内燃机的装配与运转质量。大功率内燃机缸体一般采用多品种、小批量的生产模式，其形状有较大差别，有V型与直列之分，气缸数从4缸到16缸不等。大功率内燃机缸体的传统串孔加工主要采用两种方式:一是采用专用机床式，二是采用带有直角附件头的五面体加工中心。上述两种方式都存在一定问题:1.专用机床只能针对一种系列产品进行串孔加工，各孔之间的相对位置(包括轴向和径向)固定。一旦各串孔之间的相对位置改变，则机床无法实现串孔加工。同时其结构复杂，维修困难，并且因外围设备结构较多，一般的专用机床在加工部位形成密闭腔体，润滑冷却液难以进入，铁肩等难以及时排除，造成设备、刀具等磨损较快，设备故障率较高。该方案设备受限大、投资大、占地面积广、维修困难。2.采用带直角附件头的五面体加工中心:I)采用五面体加工中心+直角附件头方式进行串孔加工，刀具安装在附件头前端，需较大的行程空间来实现加工过程。解决方式:减少附件头结构尺寸或增加缸体结构尺寸，而目前缸体一般采用精密设计，因此只能缩减附件头结构尺寸。附件头结构尺寸缩小，影响到附件头的结构强度，对串孔加工的精度影响较大。2)加工过程刀具的轨迹一般为:附件头沿径向进给到起始位置+沿轴向完成加工+沿轴向退回起始位置+沿径向退回，因此对设备的重复定位精度要求极高，例如要求同轴度0.015的缸体串孔加工，机床的重复定位精度要求0.002，普通国产设备难以达到，一般采用需进口设备，设备投资较大，设备精度难以长期保持至要求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种内燃机缸体串孔加工系统，能用于多种规格内燃机缸体串孔加工，解决专机方式不适应机型变换问题，产品变型适应性好;设备投资少，操作方便，质量稳定。
[0005]—种内燃机缸体串孔加工系统，主要包括以下部件:
[0006]高精度回转工作台，用于提供缸体进行串孔加工的基础件和精度保持，回转工作台上安装有千分表，精密镗模固定在高精度回转工作台上；
[0007]精密镗模，用于定位和装夹缸体，精密镗模的回转中心通过中心定位芯轴与工作台中心重合；
[0008]刀具换刀装置，用于存放刀具及换刀，设置于高精度回转工作台的一侧；
[0009]动力系统，用于对直线镗刀提供各种转速的旋转动力和轴向进给动力，安装于加工系统的下方；
[0010]液压润滑装置，用于对精密镗模和旋转工作台提供液压动力和旋转动力以及各运动部件之间的润滑作用；
[0011]还包括有:用于各串孔的孔加工、连接于动力系统的导条式直线镗刀，用于各孔的镗削加工的精镗单元，用于对刀具提供冷却和润滑的内冷润滑系统，用于对刀具进行调整和微调的对刀装置，用于控制各组件之间的协调与正常运行的控制装置。
[0012]进一步的，精密镗模由基础件、油路及定位装置、夹紧装置和连接装置组成；
[0013]基础件为底板，油路设计在中心定位芯轴内，设计安装有油路分配器，油路分配器后连接有中心胀紧机构和油缸压紧机构；
[0014]定位装置由中心胀紧机构、中心导向定位柱、轴向支撑块、粗定位导向挡板组成；
[0015]夹紧装置由油缸支撑座、油缸压紧机构组成；
[0016]连接装置由中心定位芯轴、镗模压紧机构组成，中心定位芯轴与回转工作台的中心孔配合定位，调整定位胀紧机构的连线与主轴之间的相互平行，镗模压紧机构将精密镗模与高精度回转工作台连接。
[0017]进一步的，精密键模包括有膨胀式定位销、串孔加工的坐标定位原点、供不同缸体的串孔加工提供夹紧力的液压夹紧装置;膨胀式定位销由能膨胀的定位锥环、拉近装置及止推装置组成;膨胀式定位销与坐标原点之间的位置精度为0.005_以内。
[0018]进一步的，导条式直线镗刀组成为导条式，长杆刀具的长度为L=[(串孔总长/2)+缸距]mm，导条式直线镗刀包括三类刀具:
[0019]粗镗类刀具由短杆粗镗刀和长杆粗镗刀组成，短杆粗镗刀的刀体与刀柄呈一体，长杆粗镗刀刀体和刀柄分离；
[0020]半精镗类刀具由短柄镗刀和长柄镗刀组成，短柄镗刀和长柄镗刀的刀体与刀柄呈一体；
[0021 ]精镗类刀具的短杆精镗刀刀体与刀柄呈一体，长杆精镗刀刀体和刀柄分离。
[0022]进一步的，精镗单元包括有刀具和刀座，刀座为通用分度值为0.005mm的90°微调的精镗刀座，刀具为具有压光作用的精镗刀具。
[0023]进一步的，内冷润滑系统包括有工作压力为40kg的液压站、控制管路通断的电磁开关、与动力系统相连接的管路及与刀柄相通的单向阀；内冷润滑系统的工作介质为润滑液；
[0024]液压润滑装置包括液压站、设置在镗模内的液压管路、显示压力表、调压阀；液压润滑装置的工作介质为液压油。
[0025]进一步的，动力系统包括提供刀具的旋转和轴向进给运动的动力箱、静压直线导轨、控制动力箱的极限位置的限位开关、控制动力箱的开停、转速及转向的编程控制系统。
[0026]进一步的，对刀装置包括对刀仪、表式对刀装置。
[0027]进一步的，控制装置包括分别连接有工作台控制模块、动力系统控制模块和液压站控制模块的可编程控制器PLC。
[0028]进一步的，高精度回转工作台、内冷润滑系统、液压润滑装置及控制装置为集成、组合模式。
[0029]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0030]I)本实用新型的针对不同结构与规格的缸体通过更换膨胀式定位销的模板在精密镗模上进行精确定位，经过镗模定位原点的检测与确定，对缸体各组串孔进行粗、半精、精镗等工序完成串孔的全部加工工序，一次装夹完成缸体的全部串孔加工，减少反复装夹等辅助时间，加工效率提高；
[0031]2)本实用新型的系统采用模块化设计，针对不同型式和缸数的缸体加工，通过更换不同的模块化少量组件，即可实现产品的换型，系统的开放性较强，适宜多品种、少批量生产模式，在新产品开发过程中优势尤为突出；
[0032]3)本实用新型采用的导条式刀具可以防止刀具过长带来的自身挠性下垂造成的缸体串孔同轴度误差，加工精度较高。
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型的组成结构示意简图；
[0034]图2为本实用新型的组成结构示意简图；
[0035]图3为精密镗模的结构示意图；
[0036]图4为精密镗模的结构示意图；
[0037]图中:1、高精度回转工作台，π、精密镗模，m、动力系统，IV、送刀装置，V、内冷润滑装置，V1、液压润滑装置，VH、控制装置；
[0038]1、底板，2、中心胀紧机构，3、中心导向定位柱，4、油缸支撑座，5、油缸压紧机构，6、轴向支撑块，7、中心定位芯轴，8、粗定位导向挡板，9、键模压紧机构，1、刀袋，11、粗键短刀杆，12、粗镗长刀杆，13、半精镗短刀杆，14、半精镗长刀杆，15、精镗短刀杆，16、精镗长刀杆，17、精铰短刀杆，18、精铰长刀杆，19、送刀装置导轨，20、送刀装置链条进给机构，21、动力系统主轴组成，22、刀袋托刀装置，23、减震杆与刀柄连接结构，24、减震杆主体，25、减震杆与刀体连接结构，26、动力系统动力箱，27、动力系统导轨。
【具体实施方式】
[0039]结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，下述说明仅是示例性的，不限定本实用新型保护范围。
[0040]如图所示一种内燃机缸体串孔加工系统，包括高精度回转工作台I，精密镗模Π，动力系统m，送刀装置IV，内冷润滑装置V，液压润滑装置VI，控制装置w，其中高精度回转工作台I，动力系统m，送刀装置IV，内冷润滑装置V，液压润滑装置VI，控制装置W，集成后由一台具有三工作台的卧式加工中心取代，用于提供进行缸体串孔加工过程的行程控制和动力提供、精密镗模Π的液压油路等。
[0041]精密镗模Π固定在高精度回转工作台I上，其回转中心通过中心定位芯轴7与工作台中心重合，用于缸体的定位及夹紧，精密镗模π所需要的液压润滑动力由卧式加工中心提供。
[0042]利用卧式加工中心的侧工作台作送刀装置IV，其上设置专用刀袋10，用于放置刀具，在加工过程中侧工作台的进入加工区域，机床主轴外伸抓取刀具，完成换刀过程。
[0043]动力系统m在本系统中用于承担刀具的抓取、进刀加工、退刀、放刀等作用，本实施案例中由卧式加工承担该装置的全部功能。
[0044]动力系统m在实例中，由主轴装置、导轨和动力箱组成，主轴装置采用常见的加工中心带内冷的主轴型式，导轨采用静压直线导轨，动力箱采用无级变速箱，三者之间的结合不仅能保证以较为精准的速度和进给量完成加工过程，而且选配的均为标准件。
[0045]控制装置W包括:可编程控制器PLC，该可编程控制器PLC连接有工作台回转控制模块、镗模控制模块、送刀装置IV控制模块、润滑装置控制模块和内冷装置控制模块。
[0046]下面具体介绍一下各个部分。
[0047]高精度回转工作台1:
[0048]高精度回转工作台I在本实施案例中借用卧式加工中心回转工作台实现，由于所使用的国产机床重复回转精度达不到串孔加工系统所需精度，在回转工作台处安装有千分表显示测量，在加工完成一侧串孔工作台回转180°时，操作人员进行确认工作台到位情况。确认到位后进行加工，如无，则二次回转并进行补偿调整。
[0049]精密镗模Π:
[0050]精密镗模Π按功能其上的组件划分为基础件、油路及定位装置、夹紧装置和连接
目.ο
[0051]基础件为底板1，油路设计在中心定位芯轴7内，设计安装有油路分配器，将加工中心传来的液压油按工作顺序先后分配到中心胀紧机构2和油缸压紧机构5，实现要求的“先定位再夹紧”动作，油缸压紧机构5的压力调整由加工中心设定和控制。
[0052]定位装置由中心胀紧机构2、中心导向定位柱3、轴向支撑块6、粗定位导向挡板8组成，缸体吊装到镗模上方时，最先与粗定位导向挡板8接触，在导向挡板的引导下由中心导向定位柱3进行二次导向，最终与中心胀紧机构2和轴线支撑块接触完成初步导向。控制装置W发出定位信号后，中心胀紧机构2内的油路快速充油、断开，缸体进行预定位，再次油路充油并保证油压，胀紧机构的定位圈张开，缸体定位完毕。
[0053]夹紧装置由油缸支撑座4、油缸压紧机构5组成，在缸体预定位后，压紧装置进行第一次充油预压紧，其后断开油压。缸体定位完毕后，压紧装置充油并保持油压，将缸体压紧。
[0054]连接装置包括中心定位芯轴7、镗模压紧机构9组成，中心定位芯轴7与回转工作台的中心孔配合定位，调整定位胀紧机构连线与主轴之间的平行度至要求，采用镗模压紧机构9将镗模与工作台连接完毕。
[0055]其中高精度回转工作台1、内冷润滑系统、液压润滑装置及控制装置W可以集成、组合，采用带内冷、工作台可接液压的卧式加工中心取代，受工作台的尺寸及机床的各轴行程限制，针对不同缸数的缸体可能需选择不同的机床进行系统集成。
[0056]动力系统m:
[0057]动力系统m在本实施案例中，采用卧式加工中心取代，要求所选用的加工中心必须有主轴角度定位功能，在加工过程中刀杆主轴定位功能能使长刀杆的刀尖处于向上位置，防止刀尖损伤加工表面或刀尖损伤。
[0058]送刀装置IV:
[0059]图1所示送刀装置IV由刀袋10、粗镗短刀杆11、粗镗长刀杆12、半精镗短刀杆13、半精镗长刀杆14、精镗短刀杆15、精镗长刀杆16、精铰短刀杆17、精铰长刀杆18、送刀装置导轨19、送刀装置链条进给机构20及托刀装置组成。本实施案例中，借用机床工作台在其上安装刀袋10完成送刀装置IV所需功能。
[0060]刀袋10的设计采用加工中心刀库中刀座型式，其上设有刀柄旋转定位卡块，用于对刀柄旋转方向进行准确定位，在加工过程中需对精键单元和精铰单元的刀尖进行朝向定位。
[0061]托刀装置，用于长刀杆在送刀装置上的存放进行辅助支撑，防止因刀杆过重且长期存放对刀袋10和刀杆本身的损伤。
[0062]系统换刀时，工作台进给到相应位置，将符合要求的刀具回转中心与机床主轴回转中心重合，机床主轴向前进给抓刀、拉紧后，主轴向上移动，刀具脱离刀袋10，主轴旋转定位，使刀具刀尖朝上进给至加工部位，完成送刀流程。
[0063]内冷润滑装置V液压装置，控制装置Μ:
[0064]内冷润滑装置V、液压装置、控制装置W本实施案例中均由卧式加工中心。液压装置需要为精密镗模Π提供液压油，机床必须具有在工作台中心的外供液压油路，并能为其提供控制，包括液压压力的调整、通断，并能通过程序进行控制。
[0065]本实用新型实施例中，高精度回转工作台I要求回转180°时角度误差由缸体的串孔总长度(决定选取的工作台尺寸)和缸体的同轴度公差所限制，按目前缸体设计一般原则，角度误差选取0.02基本满足要求。
[0066]本实用新型实施例中，精密镗模包括膨胀式定位销、串孔加工的坐标定位原点、液压夹紧装置，膨胀式定位销有能一定范围膨胀的定位锥环、拉近装置及止推装置组成，定位销与坐标原点之间的相互位置精度极为精确，控制在0.005mm以内。液压夹紧装置的夹紧位置与夹紧力能够在加工不同机型的缸体时进行调整，为不同缸体的串孔加工提供精准的夹紧力。
[0067]本实用新型实施例中，导条式直线镗刀包括三类共六组刀具:粗镗类刀具由短杆粗镗刀和长杆粗镗刀组成，其中短杆粗镗刀刀体与刀柄一体，长杆粗镗刀刀体和刀柄分离，便于在加工较多缸数的缸体时中间增加减震刀杆。半精镗类由短柄镗刀和长柄组成，两类镗刀刀体与刀柄均为一体。精镗(精铰)类亦其中短杆粗镗刀刀体与刀柄一体，长杆粗镗刀刀体和刀柄分离，其刀具组成为导条式，其中长杆刀具长度[Ld=(串孔总长/2)+缸距]mm。刀具所选用的刀柄型式应与动力系统ΙΠ相匹配，主要考虑刀柄的承载能力，选择JT50刀柄。
[0068]本实用新型实施例中，精镗单元包括刀具和刀座组成，其中刀座为通用分度值0.005mm的90°微调刀座精镗刀座，所使用的刀具为具有压光作用的精镗刀具，在保证加工精度的同时提高孔壁的粗糙度。
[0069]本实用新型实施例中，内冷润滑系统包括:工作压力为40kg的液压站、控制管路通、止的电磁开关、与动力系统m相连的管路及与刀柄相通单向阀组成，工作介质为润滑液。
[0070]本实用新型实施例中，动力系统m包括动力箱和导轨及限位开关及可编程控制系统组成，动力箱提供刀具的旋转和轴向进给运动，限位开关控制动力箱的极限位置，可编程控制系统控制动力箱的开停、转速及转向。
[0071]本实用新型实施例中，液压润滑装置包括液压站和设置在镗模内的液压管路及显示压力表、调压阀等，其工作介质为液压油。
[0072]本实用新型实施例中，对刀装置包括对刀仪及表式对刀装置。
[0073]本实用新型实施例中，控制装置W包括:可编程控制器PLC，该可编程控制器PLC连接有工作台控制模块、动力系统m控制模块和液压站控制模块。
[0074]本实用新型工作过程为:首先将缸体吊装到镗模上方时，最先与粗定位导向挡板8接触，在导向挡板的引导下由中心导向定位柱3进行二次导向，最终与中心胀紧机构2和轴线支撑块接触完成初步导向。控制装置W发出定位信号后，中心胀紧机构2内的油路快速充油、断开，缸体进行预定位，再次油路充油并保证油压，胀紧机构的定位圈张开，缸体定位完毕。压紧装置进行第一次充油预压紧，其后断开油压。缸体定位完毕后，压紧装置充油并保持油压，将缸体压紧。加工中心控制工作台进给到相应位置，将符合要求的刀具回转中心与机床主轴回转中心重合，机床主轴向前进给抓刀、拉紧后，主轴向上移动，刀具脱离刀袋10，主轴旋转定位，使刀具刀尖朝上进给至加工部位，完成送刀流程。其后进入加工程序，机床主轴定位，使刀具刀尖朝上，进至加工部位开始加工。缸体一侧串孔加工完成后，工作台回转180°，重复加工流程，将另一侧的缸体串孔加工完毕。整个缸体加工完成后，刀具刀尖朝上退刀并进行换刀流程，重复加工流程。加工完毕后，松开缸体定位、夹紧等机构，将缸体掉下完成串孔加工。
[0075]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，主要包括以下部件: 高精度回转工作台，用于提供缸体进行串孔加工的基础件和精度保持，回转工作台上安装有千分表，精密镗模固定在高精度回转工作台上； 精密镗模，用于定位和装夹缸体，精密镗模的回转中心通过中心定位芯轴与工作台中心重合； 刀具换刀装置，用于存放刀具及换刀，设置于高精度回转工作台的一侧； 动力系统，用于对直线镗刀提供各种转速的旋转动力和轴向进给动力，安装于加工系统的下方； 液压润滑装置，用于对精密镗模和旋转工作台提供液压动力和旋转动力以及各运动部件之间的润滑作用； 还包括有:用于各串孔的孔加工、连接于动力系统的导条式直线镗刀，用于各孔的镗削加工的精镗单元；用于对刀具提供冷却和润滑的内冷润滑系统；用于对刀具进行调整和微调的对刀装置;用于控制各组件之间的协调与正常运行的控制装置。2.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，精密镗模由基础件、油路及定位装置、夹紧装置和连接装置组成； 基础件为底板，油路设计在中心定位芯轴内，设计安装有油路分配器，油路分配器后连接有中心胀紧机构和油缸压紧机构； 定位装置由中心胀紧机构、中心导向定位柱、轴向支撑块、粗定位导向挡板组成； 夹紧装置由油缸支撑座、油缸压紧机构组成； 连接装置由中心定位芯轴、镗模压紧机构组成，中心定位芯轴与回转工作台的中心孔配合定位，调整定位胀紧机构的连线与主轴之间的相互平行，镗模压紧机构将精密镗模与高精度回转工作台连接。3.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，还设有精密镗模，所述精密镗模包括有膨胀式定位销、串孔加工的坐标定位原点、供不同缸体的串孔加工提供夹紧力的液压夹紧装置;膨胀式定位销由能膨胀的定位锥环、拉近装置及止推装置组成;膨胀式定位销与坐标原点之间的位置精度为0.005mm以内。4.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，所述导条式直线镗刀组成为导条式，长杆刀具的长度为L=[(串孔总长/2)+缸距]mm，导条式直线镗刀包括三类刀具: 粗镗类刀具由短杆粗镗刀和长杆粗镗刀组成，短杆粗镗刀的刀体与刀柄呈一体，长杆粗镗刀刀体和刀柄分离； 半精镗类刀具由短柄镗刀和长柄镗刀组成，短柄镗刀和长柄镗刀的刀体与刀柄呈一体； 精镗类刀具的短杆精镗刀刀体与刀柄呈一体，长杆精镗刀刀体和刀柄分离。5.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，所述精镗单元包括有用于精镗的刀具和用于安装刀具的刀座;所述刀座为通用分度值为0.005mm的90°微调的精镗刀座;所述刀具为具有压光作用的精镗刀具。6.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，所述内冷润滑系统包括有工作压力为4 O k g的液压站、控制管路通断的电磁开关、与动力系统相连接的管路及与刀柄相通的单向阀;所述内冷润滑系统的工作介质为润滑液； 所述液压润滑装置包括液压站、设置在镗模内的液压管路、显示压力表、调压阀；所述液压润滑装置的工作介质为液压油。7.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，还设有动力系统，所述动力系统包括提供刀具的旋转和轴向进给运动的动力箱、静压直线导轨、控制动力箱的极限位置的限位开关、控制动力箱的开停、转速及转向的编程控制系统。8.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，所述对刀装置包括对刀仪、表式对刀装置。9.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，所述控制装置包括分别连接有工作台控制模块、动力系统控制模块和液压站控制模块的可编程控制器PLC。10.根据权利要求1所述的一种内燃机缸体串孔加工系统，其特征在于，高精度回转工作台、内冷润滑系统、液压润滑装置及控制装置为集成、组合模式。
【文档编号】B23Q3/155GK205660193SQ201620343318
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】郭进举, 纪友君, 于学全, 王海渊, 董占春, 刘德春, 燕超鹏, 曹景雷
【申请人】中国石油集团济柴动力总厂, 中国石油天然气集团公司, 济南柴油机股份有限公司