可替代进口的先进曲轴加工设备.ppt
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1、可替代进口的先进曲轴 加工设备,一、概述,汽车制造装备在汽车产业的自主创新中有举足轻重的作用,从汽车整车和关键零部件总成生产线装备中,瞄准汽车装备巿场中长期需求、锁定那些急需尽快缩小的重要差距,以及世界汽车制造技术与装备发展的前沿技术进行研究是目前装备制造行业的紧迫任务。,在激烈的市场竞争环境中,缩短和保证交货期十分重要。一个产品的加工过程链越长,生产周期就越难以控制。随着数控机床性能的提高,机动时间越来越短,影响交货期的瓶颈往往在于机床辅助时间和工件在工序之间的滞留,减少工作地的数目也就意味着缩短生产周期。,近年来,我国的内燃(发动)机生产行业的不断发展,通过与国外著名厂家的合作,引进、消化
2、、吸收国外的先进技术,行业的整体水平有了长足的进步。,曲轴是内燃机中的关键零件之一,重量约占内燃机的10%,成本占整机的10%12%,其材质大体分为钢锻曲轴和球墨铸铁曲轴两类。 由于技术要求高、加工工序长,是内燃机中最难加工的工件之一,对加工设备的要求十分高。,虽然国内汽车行业花费大量资金从国外引进了先进的制造设备,但部分技术被国外厂家封锁,致使很多设备只应用于少数型号的曲轴加工。多数企业无力支付高昂的进口设备和转让技术费用。,目前汽车发动机曲轴制造业主要面临:,1、敏捷制造的要求:曲轴品种多、批量小,要求生产交货期短;,2.、绿色制造的要求:为保护环境,要求实现干式切削或准干式切削;,3、生
3、产成本的要求;为降低生产成本,要求减少专用夹具、刀具,降低废品率;,4、加工难度大的要求:难切削材料的出现使加工难度明显增加,要求能够适应如硬切削等要求;,5、制造精度的要求:发动机整机排放要求的提高,直接要求关键零件的制造精度的提高。,如何有效的采用先进的曲轴制造技术,提高生产系统的柔性化、高效化和精益化是装备制造企业与汽车制造企业的共同任务。,在这种要求下,为适应这一形势的需要,我公司通过与国内高校、研究所进行“产学研”合作,在曲轴、凸轮轴等关键零件制造设备和制造技术方面取得了一定的突破,为今后曲轴、凸轮轴等精密制造设备的开发打下了良好的基础。,二、曲轴加工工艺,曲轴是内燃(发动)机的重要
4、零件之一,曲轴加工工艺方法在几十年发生了根本性变化,近几年,数控机床的大量应用,使加工效率和加工质量迅速提高。 对于轴颈的加工工艺的变化直接反映了曲轴加工技术的发展方向复合化加工。,在粗加工的发展过程中,数控车-车拉机床,数控高速外铣为了进一步提高加工效率,相继出现了双刀盘的机床,两个刀盘可以同时采用不同的工艺参数加工曲轴的不同部位。,目前精加工方面,工序集成的CBN数控摆动(随动)跟踪磨床,一次装夹磨削全部曲轴主轴颈和连杆轴颈。止推面加工则是通过“精车滚压”的方式替代传统的磨削加工方式。,曲轴圆角滚压强化工艺,是目前提高曲轴疲劳强度的最有效的工艺方法,曲轴圆角滚压校直是20世纪70至80年代
5、国外研究出的新技术,目前在曲轴制造行业运用越来越广泛。,早期的曲轴圆角滚压和校直是分别在两台不同的机床上完成的。曲轴的滚压和校直一般是由一个主轴颈滚压钳和一个连杆颈滚压钳完成。现在通过采取工序集成的技术,发展出四钳(两个主轴颈钳,两个连杆颈钳),九钳(用于四缸曲轴,五个主轴颈钳,四个连杆颈钳),滚压校直则采用滚压后再进行一次校直加工,或直接在滚压过程中实现校直功能。,三、数控高速曲轴外铣,曲轴高速外铣机床可以加工: 带沉割槽和不带沉割槽的主轴颈, 带沉割槽和不带沉割槽的不同冲程和分度的连杆颈, 平衡块两侧面,平衡块外圆及部分非圆外轮廓。 数控高速外铣将成为曲轴主轴颈和连杆轴颈粗加工及曲轴外轮廓
6、加工的主要工艺。,(一)数控高速曲轴外铣主要的技术特点,1、工序的复合化:,为缩短加工时间,减少零件装夹和工序间运输的时间,曲轴的复合加工技术日趋成熟。所谓复合加工,是指当工件在机床上一次装夹后,能进行同一类工艺方法的多工序加工或者不同类工艺方法的多工序加工,从而能在一台机床上顺序地完成工件的全部或大部分加工工序。把许多加工工序集中到一台机床上完成,不仅消除了分散加工时工件在各工序流通过程中的运输和等待时间等加工辅助时间。又符合在统一基准的多工序加工,从而提高了工件的加工精度。,2、高速数控系统控制:,速度和精度是数控机床的两个重要指标,它直接关系到加工效率和产品质量。高速、高精度数控机床是多
7、品种、变批量加工环境下保持高效与柔性统一的必要工具。 为了能够优化金属切削的加工过程,现代化的加工将越来越多地采用高性能切削。高性能切削技术不仅要求提高切削速度(即提高主轴转速),而且要求提高刀具的进给速度。提高刀具的切削硬度,提高机床主轴的旋转速度,尤其是提高机床主轴在高速下的切削功率和旋转扭矩,可以使金属切削加工更快、更好、更经济。,3、高速切削:,高速切削可以提高机床生产率,缩短产品的制造周期。 在精加工工序中,通过采用轻切削以及稳定的加减速控制,确保机床高速平稳运转,从而提高工件的表面质量。同时高速切削可以延长刀具寿命。 在粗加工工序中,采用大、大切深切削,提高机床的切削效率 。虽然主
8、轴转速非常高,但刀具每齿分担的进给量反而小,这样切削力就小,磨损也少。另外切屑快速飞出不粘刀,因而刀具表面温度低,硬度也就基本不变,加之主轴具有良好的刚性和运转稳定性,从而有利于延长刀具寿命,4、数控编程自动技术,在曲轴多刀盘的高速切削中,将工件旋转(C轴)作为数控编程的基准,通过旋转量推算出刀具回转中心的位置,通过相对量的方式控制刀盘的移动。 在曲轴连杆颈跟踪切削时,刀具的切削点是在变化的,瞬时切削速度、切削力以及排屑状态也是在变化的,因此,针对跟踪切削,数控NC加工程序则需考虑这些因素。通过手工是根本不可能完成的。 在切削中,由于切削力不断变化,会引起轴颈的椭圆度增大,根据不同轴颈的受力特
9、点,确定出椭圆度系数,自动补偿到加工程序中。,5、跟踪切削技术:,跟踪切削工艺是与常规切削工艺不同的,曲轴始终是以主轴颈的轴心线进行定心装夹。当切削曲轴连杆颈时,刀具跟踪连杆颈的表面作往复摆动。跟踪切削就是采用刀具运动轮廓于与加工工件轮廓重合的技术。对于凸轮轴或其它非同心圆的光滑表面,均可采用跟踪切削技术。 跟踪切削的关键是将工件的轮廓点影射为刀具中心的位置点。一般是以工件回转角度在数控加工中的C轴-作为计算基准,通过数学跟踪模型和工件的轮廓模型推算相应刀具中心的数学模型。 跟踪切削目前常见的是两轴(C轴-X轴)联动、三轴(C轴-X轴-Y轴)联动方式。,我公司到目前为止已经设计制造了多个型号的
10、曲轴数控高速铣床,最典型的是: QH2-062A(单刀盘) QH2-060A(双刀盘) QH2-059(单刀盘) QH2-063(双刀盘),(二)我公司生产的数控曲轴(凸轮轴)铣床,1 、 QH2-060A与QH2-062A高速数控曲轴铣床,机床规格: 3001600(最大回转直径最大工件长度),机床特点: 机床是采用硬质合金成形铣刀盘高速外铣加工曲轴主轴颈、连杆颈及沉割槽的专用机床,工件由左右两个车头同步驱动,专用液压卡盘自动夹紧,液压中心架支撑,可加工曲轴的主轴颈、连杆颈、轴肩、平衡块侧面、平衡块外圆、轴颈圆角、轴肩圆角等。 专用液压卡盘夹持曲轴的主轴颈,工件以主轴颈轴线为回转中心,铣刀盘
11、沿曲轴连杆颈偏心回转轨迹随动,工件回转360即可完成一个连杆轴颈、轴肩及其平衡块侧面的加工,不需调整偏心,不需分度,就能适应不同规格曲轴的加工。,2、QH2-059高速数控曲轴铣床,机床规格: 200600(最大回转直径最大工件长度),机床特点: 机床采用三轴三联动数控系统,分别控制工件主轴的旋转,铣刀的横向进给和纵向进给来完成曲轴的加工。一次装夹可全部自动完成曲轴连杆颈、主轴颈的加工(如连杆颈与主轴颈档宽不同,则需要换刀)。输入不同的程序参数即可加工不同规格的曲轴,传动链简单可靠,使用调整方便,可实现除装卸工件外加工过程的全自动控制,适合于大批量曲轴生产。,国外高速随动外铣床应用工件回转和铣
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