[发明专利]非圆活塞多功能专用数控车床

说明书

技术领域

本发明涉及数控车床，特别涉及用于制备非圆活塞的非圆活塞多功能专用数控车床。

背景技术

活塞是汽车、摩托车和机车等交通工具的内燃机中的关键零件，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。随着整车对发动机的动力性、经济性、环保性及可靠性的要求越来越严格，活塞已发展成为集异型外圆复合型面、异型销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品。

活塞外轮廓面的新特点对其加工机床也提出了新的要求，即不仅要求机床具有良好的定位精度和动态跟踪性能，而且要有足够的动静态刚度和通用性能。针对活塞外圆加工的新特点，有必要开发一种多功能的数控车床，完成活塞外圆、端面及环槽的加工。

目前，针对非圆柱面加工国内外均采用靠模或控制系统的特殊功能来完成，靠模加工需要预先制作精度较高的模具，在使用过程中由于模具的制造误差会影响加工精度，同时，模具磨损较快，也会影响加工精度和使用寿命，如果采用具有特殊功能的数控系统来完成，这种系统很复杂，制造成本高。并且直接控制的X轴（横向）的伺服电机它需要“高频响应”才能作用在刀具上，由于系统误差会反映到刀具上，从而影响加工精度，因此难以得到推广和应用。

随着发动机技术的发展，对活塞的技术要求越来越高，从外圆的正圆截面到现在的裙部外圆、头部外圆不同形状截面以满足发动机各种性能的要求，加工非圆活塞的设备也各有不同。主要有以下三种方式：

1、机械合成加工。此类设备有套车加工、偏心车加工、椭圆磨床加工和椭圆车床加工。前三种只能加工桶形和锥形的活塞外圆，使用的较少。椭圆车床也因其传动链长达不到工序系数的要求，非标准截面活塞加工须制造不同的凸轮，也不能加工活塞头部椭圆，更不能加工其它工序。

2、靠模仿形加工。此加工法，先制作与活塞形状相同或相同倍数的靠模。靠模制作工艺复杂、时间长、难度大、成本高、易磨损，不同型号的活塞需重新设计制作不同靠模，加工精度也不高，只能加工精车外圆一道工序。

3、数控加工。此法通过将活塞外形截面的数据输入计算机，由计算机控制直线电机使刀具的微量位移来实现加工活塞外圆形状，称为“软靠模”。这种方法的缺点是直线电机的电磁力小，刀具运动的刚性差，对于椭圆度大和中凸缩减量大的活塞加工精度较差，特别是非连续活塞外圆加工更差、响应频率低、刀架磨损快、使用寿命较短。

我国清华大学、浙江大学、山东大学和国防科技大学在研究、试制和生产，但生产效率不高。国外先进活塞生产厂家，精加工外圆设备与国内基本相似，也是靠模仿形加工和数控加工，但以数控加工为主。英国ae集团、美国cress公司、德国mahel公司的数控加工设备与国防科技大学相比，原理上基本相同，虽然直线电机的电磁力稍大，刚性稍好，但也存在直线电机刚性差的问题。

现有专利中记载的一些加工非圆活塞的机床，如中国专利申请CN200820014703.X、CN200410050459.9中所述车床，这类车床可以用于加工非圆活塞，然而这类机床均是采用卧式车身，当非圆活塞质量较重时，卧式机床加工活塞时容易脱落。

由于卧式机床存在的缺点，人们设计出可以用于加工非圆活塞的立式机床，如中国专利申请CN201020301135.9所述立式数控机床，这类机床提高了加工效率，然而这种机床同样存在不足之处，这类机床的主轴不能旋转，即当这种机床加工活塞时，活塞不能沿着圆周运动，这种机床加工的方式为铣削，因此加工方式单一、这样为活塞的加工带来了不便，并且这种车床机构复杂。

综上所述，现存的一些加工活塞的机床存在一些问题，主要为以下问题：

第一、常用的加工技术难以满足日益多样化的活塞种类：机械合成加工的工艺复杂难度大、加工零件种类单一；靠模仿形加工的方式时间长，成本高、精度差；软靠模数控加工方式由于直线电机的电磁力小进而产生的精度差、质量差。

第二、卧式车床加工的活塞受到质量的限制；立式车床加工的活塞的加工方式为铣削一种，加工方式单一、不灵活。

为了解决以上问题，本发明人对现有机床结构和非圆活塞的结构进行了研究和分析，并对现有机床进行了改进，以便能制作出便捷、快速、精确制作非圆活塞、同时还具有成本低、稳定性强、加工方式多样的非圆活塞多功能专用数控车床。

发明内容