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[摘 要]本文介绍了4L22机体缸孔精镗床刀具布置图的设计。根据零件的加工要求和结构特点，确定4L22机体缸孔精镗床为双轴两工位移动工作台式组合机床。在刀具布置图的设计中，缸孔加工采用刚性镗削的工艺方案，主轴与镗杆采用刚性连接。
[关键词]分离传动；刚性主轴；刚性连接
中图分类号：TG523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0158-01
4L22机体属于典型的箱体类零件，其显著特点是工艺复杂，要求加工内容多，零件需经多台机床、多道工序以至于反复加工才能完成。缸孔的加工质量直接影响发动机的使用性能。伴随着现代制造技术的发展，数控机床和加工中心等先进设备已经在生产线中得到广泛的应用，而且立式加工中心可以对工件的装夹、刀具的几何参数、程序的编制等方面进行优化设计，一次装夹可以完成机体缸孔粗、半精、精加工，有利于保证工件的加工质量，但是生产效率较低且成本较高，适合用于单间或小批量生产。为了降低成本，在实际加工生产中还是广泛采用金刚镗床，因为现有的单轴金刚镗床不但工作效率低且由于多次装夹等原因会造成零件的精度难于保证等现象，本文重点设计出加工4L22机体缸孔的高效高精度专用镗床，来保证工件的加工精度和生产率的要求，满足企业的生产需要。
采用双轴双工位立式刚性主轴的方案，该方案特点是主轴部件的刚度高，承载能力大，各传动件所产生的振动和热量不能直接传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于保证机床的工作精度。主轴和刀杆采用圆柱孔定位的刚性连接。这就要求主轴有较高的刚度。如果主轴的刚性不足，在加工过程中会产生振动，使被加工工件难以达到要求的精度和粗糙度，甚至会损坏刀具（崩刀）。在镗刀杆设计中要设法降低切削负荷，具体做法是安排两个刀头镗完余量。第一把刀镗掉直径方向的80%，主要是保证孔的位置精度。第二把刀镗剩下的20%余量，由于剩下的余量小，切削负荷就小，悬臂梁挠度计算公式可知，P减小后镗杆产生的挠度大幅度下降，这对减小镗孔的圆柱度误差是很有效的，所以在镗杆上要安装一把偏刀、一把弯头刀加工精镗缸孔，最后还要安装一把刀具加工止口。孔直径是86—100mm时，选择镗杆直径是68mm。
缸孔的深度是161mm，为了保证偏刀、弯刀加工完了后，止口刀具才开始加工以减少了刀具的受力，选择缸孔偏刀距离和缸孔偏刀距离加工止口镗刀刀口处的距离是161mm以上，缸孔偏刀和弯刀距离镗杆前端定位块的距离在169mm以上，这样两种刀具间的距离161mm以上，最后选择刀具间的距离是162mm。
为了保证止口的加工精度，设计了定位块来定位，采用3个定位块来提高稳定性定位块的材料选择GCr15钢，该材料应用最广泛的高碳铬轴承钢，经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能；为了防止定位时4L22机体缸孔上表面存在切屑影响定位，设计一个吹起孔，在定位前喷出气体保证定位表面的清洁；因为在定位时镗杆仍然高速运转，所以需要设计轴承及轴承支承结构，设计两个套体来实线轴承的支承，因为定位时轴向承受很大的力，所以必须设计承压轴承，内套体支承轴承处壁厚选用20mm，则直径是108mm，为了根据国家标准选择轴承，修正直径为110mm，壁厚选用21mm，查机械设计手册轴承选用单向推力轴承51122，具体参数是T=25mm，Ca=87KN，Coa=288KN。为了保证镗杆与定位块间的旋转精度，还需要设计一径向球轴承来实现内套体与外套体间的定位，与内套体配合处的轴承内径仍选用110mm，具体选用深沟球轴承61922，具体参数是d=110mm，D=150mm，T=20mm，轴承的大径采用端盖定位为，端盖与外套体间采用螺钉固定，为了减少轴承间隙变化等对加工精度造成的不良影响设计了一个弹簧装置，通过弹簧力来调节轴承间隙。
镗刀头通常可以是方形和圆形两种。两种镗刀各有优缺点：方形镗刀的强度与刚度比直径与它编程的相等的圆形到头约大0.8—1倍，制造也比较简单，但刀杆上的方孔制造比较复杂；圆形刀头则相反。因为采用刚性主轴，为了挺高刀具的刚度和强度采用方形镗刀头。缸孔镗刀（偏刀）的设计：考虑到精镗时切削量较小，所以镗刀的边长选用14。精密镗削铸件孔时的刀具集合参数参考值选择：主偏角kr=90、副偏角=5 后角ao=15 副后角a’o=8。缸孔镗刀（弯刀）的设计：考虑到精镗时切削量较小，所以镗刀的边长选用14×13.5。精密镗削铸件孔时的刀具集合参数参考值选择：主偏角kr=75、副偏角k’r=8、后角ao=12、副后角a’o=5。缸孔镗刀（止口刀）的设计：考虑到精镗时切削量较小，所以镗刀的边长选用14。精密镗削铸件孔时的刀具集合参数参考值选择：主偏角kr=90、副偏角k’r=5 后角ao=15 副后角a’o=8。刀具的工作循环设计：主轴转速时355r/min，进给量是0.12mm/r，每分钟进给42.6mm，缸孔深度是161mm，缸孔刀具与止口刀具间距选用162mm，止口间距是8mm，再加上加工前的进刀5mm，共175mm，需要4.1080min。工件快进长度：快进的这段长度是为了方便安装工件，保护刀具不被工件或其它工具碰坏，选择快进长度为45mm。工进进给长度：工件满退长度：镗刀在加工完缸孔后，应镗刀的外径与缸孔大小相等，所以只能比较缓慢的从缸孔中退出镗刀刀，否则将会损坏刀具，在缸孔中留下加工痕迹。快退长度的确定：机床上动力头快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至不影响工件装卸的位置即可。在加工完第一工位的缸孔后，工件在滑台的带动下会移动到第二工位，也就是刀具相对于工件移动100mm，其中快进设计为85mm，慢进设计为15mm。根据4L22机体缸孔的结构和前面刀具的设计，确定了机床的工作循环图。
本设计是按照普通组合机床的设计步骤逐步设计的，在选择刀具偏角时是根据经验方法直接选取的，为了提高切削效率和刀具的寿命应根据工件选择更合适的刀具偏角，在深入学习材料力学的基础上可以修正刀具偏角以提高刀具使用寿命。
[关键词]分离传动；刚性主轴；刚性连接
中图分类号：TG523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0158-01
4L22机体属于典型的箱体类零件，其显著特点是工艺复杂，要求加工内容多，零件需经多台机床、多道工序以至于反复加工才能完成。缸孔的加工质量直接影响发动机的使用性能。伴随着现代制造技术的发展，数控机床和加工中心等先进设备已经在生产线中得到广泛的应用，而且立式加工中心可以对工件的装夹、刀具的几何参数、程序的编制等方面进行优化设计，一次装夹可以完成机体缸孔粗、半精、精加工，有利于保证工件的加工质量，但是生产效率较低且成本较高，适合用于单间或小批量生产。为了降低成本，在实际加工生产中还是广泛采用金刚镗床，因为现有的单轴金刚镗床不但工作效率低且由于多次装夹等原因会造成零件的精度难于保证等现象，本文重点设计出加工4L22机体缸孔的高效高精度专用镗床，来保证工件的加工精度和生产率的要求，满足企业的生产需要。
采用双轴双工位立式刚性主轴的方案，该方案特点是主轴部件的刚度高，承载能力大，各传动件所产生的振动和热量不能直接传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于保证机床的工作精度。主轴和刀杆采用圆柱孔定位的刚性连接。这就要求主轴有较高的刚度。如果主轴的刚性不足，在加工过程中会产生振动，使被加工工件难以达到要求的精度和粗糙度，甚至会损坏刀具（崩刀）。在镗刀杆设计中要设法降低切削负荷，具体做法是安排两个刀头镗完余量。第一把刀镗掉直径方向的80%，主要是保证孔的位置精度。第二把刀镗剩下的20%余量，由于剩下的余量小，切削负荷就小，悬臂梁挠度计算公式可知，P减小后镗杆产生的挠度大幅度下降，这对减小镗孔的圆柱度误差是很有效的，所以在镗杆上要安装一把偏刀、一把弯头刀加工精镗缸孔，最后还要安装一把刀具加工止口。孔直径是86—100mm时，选择镗杆直径是68mm。
缸孔的深度是161mm，为了保证偏刀、弯刀加工完了后，止口刀具才开始加工以减少了刀具的受力，选择缸孔偏刀距离和缸孔偏刀距离加工止口镗刀刀口处的距离是161mm以上，缸孔偏刀和弯刀距离镗杆前端定位块的距离在169mm以上，这样两种刀具间的距离161mm以上，最后选择刀具间的距离是162mm。
为了保证止口的加工精度，设计了定位块来定位，采用3个定位块来提高稳定性定位块的材料选择GCr15钢，该材料应用最广泛的高碳铬轴承钢，经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能；为了防止定位时4L22机体缸孔上表面存在切屑影响定位，设计一个吹起孔，在定位前喷出气体保证定位表面的清洁；因为在定位时镗杆仍然高速运转，所以需要设计轴承及轴承支承结构，设计两个套体来实线轴承的支承，因为定位时轴向承受很大的力，所以必须设计承压轴承，内套体支承轴承处壁厚选用20mm，则直径是108mm，为了根据国家标准选择轴承，修正直径为110mm，壁厚选用21mm，查机械设计手册轴承选用单向推力轴承51122，具体参数是T=25mm，Ca=87KN，Coa=288KN。为了保证镗杆与定位块间的旋转精度，还需要设计一径向球轴承来实现内套体与外套体间的定位，与内套体配合处的轴承内径仍选用110mm，具体选用深沟球轴承61922，具体参数是d=110mm，D=150mm，T=20mm，轴承的大径采用端盖定位为，端盖与外套体间采用螺钉固定，为了减少轴承间隙变化等对加工精度造成的不良影响设计了一个弹簧装置，通过弹簧力来调节轴承间隙。
镗刀头通常可以是方形和圆形两种。两种镗刀各有优缺点：方形镗刀的强度与刚度比直径与它编程的相等的圆形到头约大0.8—1倍，制造也比较简单，但刀杆上的方孔制造比较复杂；圆形刀头则相反。因为采用刚性主轴，为了挺高刀具的刚度和强度采用方形镗刀头。缸孔镗刀（偏刀）的设计：考虑到精镗时切削量较小，所以镗刀的边长选用14。精密镗削铸件孔时的刀具集合参数参考值选择：主偏角kr=90、副偏角=5 后角ao=15 副后角a’o=8。缸孔镗刀（弯刀）的设计：考虑到精镗时切削量较小，所以镗刀的边长选用14×13.5。精密镗削铸件孔时的刀具集合参数参考值选择：主偏角kr=75、副偏角k’r=8、后角ao=12、副后角a’o=5。缸孔镗刀（止口刀）的设计：考虑到精镗时切削量较小，所以镗刀的边长选用14。精密镗削铸件孔时的刀具集合参数参考值选择：主偏角kr=90、副偏角k’r=5 后角ao=15 副后角a’o=8。刀具的工作循环设计：主轴转速时355r/min，进给量是0.12mm/r，每分钟进给42.6mm，缸孔深度是161mm，缸孔刀具与止口刀具间距选用162mm，止口间距是8mm，再加上加工前的进刀5mm，共175mm，需要4.1080min。工件快进长度：快进的这段长度是为了方便安装工件，保护刀具不被工件或其它工具碰坏，选择快进长度为45mm。工进进给长度：工件满退长度：镗刀在加工完缸孔后，应镗刀的外径与缸孔大小相等，所以只能比较缓慢的从缸孔中退出镗刀刀，否则将会损坏刀具，在缸孔中留下加工痕迹。快退长度的确定：机床上动力头快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至不影响工件装卸的位置即可。在加工完第一工位的缸孔后，工件在滑台的带动下会移动到第二工位，也就是刀具相对于工件移动100mm，其中快进设计为85mm，慢进设计为15mm。根据4L22机体缸孔的结构和前面刀具的设计，确定了机床的工作循环图。
本设计是按照普通组合机床的设计步骤逐步设计的，在选择刀具偏角时是根据经验方法直接选取的，为了提高切削效率和刀具的寿命应根据工件选择更合适的刀具偏角，在深入学习材料力学的基础上可以修正刀具偏角以提高刀具使用寿命。