用于柴油机十字头销镗床加工的立式工装及方法

技术领域

本发明涉及柴油机的加工工艺，尤其涉及一种用于柴油机十字头销镗床加工的立式工装及方法，属于柴油机制造技术领域。

背景技术

十字头销是船用低速柴油机的重要精密零部件，其主要用于连接连杆及活塞杆，并在两端安装滑块，以机架导板为导向，通过活塞杆的推动上、下往复运动，并带动连杆及曲轴转动，从而推动船舶前进及后退，因而十字头销是柴油机的关键运动连接部件。

如图1所示，船用低速柴油机的十字头销为大型圆柱形零部件，其直径最大可达1000mm，长度可达1500mm，最大重量超过6吨，其外圆与轴瓦接触，是柴油机重要的摩擦副；大外圆1的粗糙度要求达到Ra0.05以下的镜面要求，外圆圆柱度及跳动度要求小于0.02mm，活塞杆安装面2与大外圆1中心的平行度要求在0.02mm以内，十字头销属于船用低速柴油机的高精度零部件。在十字头销大外圆1的圆周上设有活塞杆安装面2、用于滑块定位的定位槽以及一些用于十字头销转动润滑的油孔等，见图1，这些部位的加工通常是将十字头销的一端的端面3朝下，立放在镗床上进行加工。

传统的装夹布置如图2和图3所示。在机床工作台4上放置等高垫块5，再将十字头销竖直放置在等高垫块5上，首先利用压板6、螺栓7和压板支撑8稍许压紧工件，通过在十字头销与等高垫块5之间塞入铜皮的方式，根据十字头销上、下外圆直径进行校直工件；然后通过拧紧螺栓7压紧压板6，开始加工正面的活塞杆安装面2以及上面的孔、槽等内容；之后松开压板6，吊装工件至背面面向机床，重新进行校正、压紧操作和设置程序零位后，再加工背面和侧面上需要加工的部位；加工侧面的槽和孔时，刀具可能会与压板支撑8及螺栓7发生干涉，该过程中需要拆除部分压板6才能进行加工。

上述十字头销的现有装夹加工方式，主要还是采用压板搭压这种传统的方式，因工件高度较高，操作人员准备工装及搭压的工作量大，搭压及校正工件极为不便，并且涉及到多次搭装作业，操作者的劳动强度极大，此外因操作者需要全程站在工作台上操作，而工作台面积有限，且台面上油腻较多，因而还存在着意外摔落等一定的人身安全隐患；另外，工件转换工位后，因位置变化需要重新设定工件零位，多次设定零位可能造成产品的质量问题；再者，现有传统压板装夹方式对十字头销外圆上的加工内容会发生干涉，加工过程中需要再次拆装压板，从而增加了操作者工作量，影响了加工效率。总之，现有装夹加工方式具有劳动强度大、作业效率低、安全隐患多和质量得不到保证的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，解决传统装夹方式中使用压板和螺栓，并需要多次搭装的弊端，提供一种用于柴油机十字头销镗床加工的立式工装及方法，实现十字头销工件的快速装夹，同时在转换工位后能实现工件零位不变，减少重复搭装及多次设置工件零位等辅助工作时间，从而降低劳动强度，消除安全隐患，保障产品质量，提高十字头销在镗床上的整体加工效率。

本发明的技术方案是：

一种用于柴油机十字头销镗床加工的立式工装，安装于镗床的机床工作台上，其特征在于：所述的立式工装包括：

底板，固定在所述机床工作台上，该底板上设有四条呈十字形布置的底板导向槽；

工件装夹机构，用于夹紧和定位所述十字头销，包括有快换底座、四个零点快换单元模块、四个拉钉转换块和四个拉钉，所述快换底座同心地设置于所述底板的上方，四个零点快换单元模块位置对称地固定于该快换底座上，通过设置于所述快换底座周壁上的模块打开进气口和模块加压进气口与外部压缩空气气源连接，所述拉钉转换块通过螺纹连接于所述十字头销的端面上，所述拉钉通过螺纹与该拉钉转换块连接且可脱卸地嵌入所述零点快换单元模块，以实现对所述十字头销的定位夹紧；

定位组件，用于定位所述工件装夹机构，包括底座定位销和底座定位套，所述底座定位销固定在所述底板上，所述底座定位套固定于所述快换底座的下侧面且套入该底座定位销，用于该快换底座的定位；

可调支撑，顶撑于所述快换底座与底板之间，该可调支撑通过螺纹连接于所述底板上，并且通过旋转对所述快换底座的位置进行调节；

夹具锁紧机构，设置于所述底板上，包括有四个锁紧组件，分别设置于所述底板的底板导向槽内且能够在其中移动，该四个锁紧组件从四个方向上对所述快换底座进行夹紧锁定。

进一步地，所述的锁紧组件包括有底座斜支撑、拉手、前定位块、后定位块、丝杆螺母、丝杆和底座压板；

所述底座斜支撑设置于所述底板导向槽的内侧端且位于所述快换底座的下方，用于支撑该快换底座，所述拉手连接于所述底座斜支撑的外端，用于拉动该底座斜支撑在所述底板导向槽内滑移，所述前定位块固定于所述底座斜支撑外侧的底板导向槽内，所述后定位块固定于所述底板导向槽内的最外端，所述丝杆旋转地设置于该后定位块和前定位块上，所述丝杆螺母通过螺纹连接于该丝杆上，并且位于所述前定位块与后定位块之间的底板导向槽内，所述底座压板固定于该丝杆螺母之上且能够在所述底板导向槽内滑移；

所述丝杆的旋转通过所述丝杆螺母带动所述底座压板沿所述底板导向槽向内侧移动，进而将所述快换底座夹紧锁定于所述底座压板与底座斜支撑之间。

进一步地，所述的底座斜支撑的上侧面为由内向外逐渐升高的斜面，所述底座压板前部的下侧面为由前向后逐渐降低的斜面。

进一步地，所述的嵌入零点快换单元模块在所述快换底座上呈90°直角系布置。

进一步地，所述的可调支撑的圆周上设有用于扳动该可调支撑旋转的小孔。

进一步地，所述的快换底座的内部设有所述嵌入零点快换单元模块分别连通所述模块打开进气口和模块加压进气口的气孔。

进一步地，所述的零点快换单元模块常态下为夹持状态，当通过所述模块打开进气口通入压缩空气时，该零点快换单元模块转换为松开状态，断开压缩空气时，恢复为夹持状态；当通过所述模块加压进气口通入压缩空气时，所述零点快换单元模块提升夹持力。

本发明的另一技术方案为：

一种采用上述立式工装实现的用于柴油机十字头销在镗床上的加工方法，包括如下步骤：

1)工装安装——将组装完成的立式工装固定于所述镗床的机床工作台上，所述模块打开进气口和模块加压进气口与外部压缩空气气源连接，转动各锁紧组件的丝杆，使所述底座压板后退至松开状态，利用所述拉手往后拉动所述底部斜支撑，使所述快换底座落下且撑置于所述可调支撑上；

2)工件夹紧——先将所述拉钉转换块和拉钉旋接于所述十字头销的底部端面，整体吊装至所述立式工装的上方，然后通过所述模块打开进气口接通压缩空气，使所述零点快换单元模块处于松开状态，再将所述十字头销落座于所述快换底座上，所述拉钉转换块和拉钉嵌入所述零点快换单元模块内，之后断开压缩空气，使所述零点快换单元模块锁紧所述拉钉，完成工件的夹紧；

3)工件调整——通过机床校调所述十字头销的母线，测量该十字头销的大外圆的上下锥度，再旋转所述可调支撑调整所述快换底座四角处的高度，以校正所述十字头销的中心线与所述机床工作台的台面垂直；

4)夹具夹紧——通过手动所述拉手将所述底座斜支撑推入所述快换底座的下方，至适当受力，再旋转所述丝杆，使所述底座压板向前移动，直至将所述快换底座的四边锁紧于该底座压板与底座斜支撑之间，完成所述立式工装和十字头销的最终夹紧；

5)加工所述十字头销正面上的加工部位，完成后通过所述模块打开进气口接通压缩空气，松开所述零点快换单元模块；

6)吊起所述十字头销，旋转180°后再次将该十字头销落座于所述快换底座上，所述拉钉转换块和拉钉嵌入所述零点快换单元模块内，之后断开压缩空气，使所述零点快换单元模块锁紧所述拉钉，再次完成工件的夹紧，加工所述十字头销背面上的加工部位；

7)全部加工完成后，通过所述模块打开进气口接通压缩空气，松开所述零点快换单元模块，吊离所述十字头销并拆除底部端面上的拉钉和拉钉转换块，即可转入下道工序加工。

进一步地，所述的步骤2)和步骤6)中，如果所述十字头销重量较重，或者重心偏高，或者加工受力点偏高，则将压缩空气通入所述模块加压进气口，实现夹紧力的提升。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)所述立式工装操作简便，工件是气动自动锁紧，不需要使用压板来费力压紧，省去了传统方式中准备压板、垫块和螺栓等工装的工作量，减少了操作者的工作量，降低了劳动强度。

2)本发明将零点快换单元模块引入到低速柴油机等大型零部件的加工领域，实现了大型零部件的快速装夹定位，所述立式工装的四个装夹点的坐标位置固定且呈直角系布置，能够实现零点定位，90°或180°转向变换工位后不需要重新设定零位，在减少工作量的同时，降低了因多次设定零位造成的质量风险。

3)所述立式工装依靠底部端面夹紧工件，四周方向上都不存在加工干涉问题，完全规避了传统方式加工外圆部位需要再次拆装压板，重新设置工件零位的问题，实现了同一台批的所有零件零位保持一致，节省了每次装夹后重设零位的辅助时间，极大提高了作业效率，本发明尤其适用于外围需要加工的类似工件。

4)所述立式工装避免了反复拆装压板的工作，而且人员不必登上机床台面作业，因此安全系数高，减少了人身安全隐患。

综上所述，本发明实现了工件的快速装夹及定位，节省了辅助时间，提高了加工效率，消除了产品质量隐患，保障了操作人员的人身安全，达到了便捷、高效、优质、安全的效果。

附图说明

图1是十字头销的外形示意图。

图2是传统的十字头销装夹状态图。

图3是图2的俯视图。

图4是立式工装的结构示意图。

图5是立式工装的装配图。

图6是立式工装的结构剖视图。

图7是十字头销的连接装配管系示意图。

图8是十字头销整体装夹状态图。

图中，1—大外圆，2—活塞杆安装面，3—端面，4—机床工作台，5—等高垫块，6—压板，7—螺栓，8—压板支撑，9—底板，10—可调支撑，11—底座定位销，12—底座定位套，13—快换底座，14—底座斜支撑，15—底板导向槽，16—拉手，17—前定位块，18—丝杆螺母，19—底座压板，20—丝杆，21—后定位块，22—零点快换单元模块，23—模块打开进气口，24—模块加压进气口，25—拉钉转换块，26—拉钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明做进一步的详细说明，但不能以此限制本发明的保护范围。

本发明用于柴油机十字头销在镗床上的加工，主要包括一套安装于镗床上的立式工装，用于快速装夹十字头销，并能快速校调工件，再整体压紧后进行工件加工，在转换加工方位后，同样能实现快速装夹，并且工件零位不变。

实施例

所述立式工装安装于镗床的机床工作台4上，请结合参阅图4、图5和图6，组成主要包括：底板9、可调支撑10、底座定位销11、底座定位套12、快换底座13、底座斜支撑14、底板导向槽15、拉手16、前定位块17、丝杆螺母18、底座压板19、丝杆20、后定位块21、零点快换单元模块22。

所述十字头销与立式工装连接部分的组成见图7，主要包括：拉钉转换块25和拉钉26。

所述立式工装的装配关系(如图4、图5和图6所示)：首先将底板9安装在机床工作台4上，再将可调支撑10通过螺纹连接安装在底板9上，通过旋转该可调支撑10圆周上的小孔，可以借助螺纹来调节可调支撑10的高度位置，从而实现在快换底座13的四个角上调整工件。底座定位销11安装在底板9上，底座定位套12穿过底座定位销11固定在底板9上，用于快换底座13的定位，快换底座13通过底座定位套12定位放置于可调支撑10上。

底座斜支撑14通过底板导向槽15推入快换底座13的下部，用于支撑该快换底座13，拉手16安装在底座斜支撑14的端面，用于调整其前后位置。前定位块17安装在底板导向槽15内，丝杆螺母18安装在底座压板19下方，连同底座压板19一起放入底板导向槽15内，前定位块17的后方，丝杆20穿过丝杆螺母18，并通过前定位块号17定位，后定位块21安装在底板导向槽15内，底座压板19的后方，用于固定丝杆20。

零点快换单元模块22安装在快换底座13上，该零点快换单元模块22在常态下为夹持状态，当通过模块打开进气口23接通工厂压缩空气气源后，零点快换单元模块22松开；当通过模块加压进气口24接通气源后，零点快换单元模块22夹持力提升，模块加压进气口24通过快换底座13内部气孔与零点快换单元模块22联通。

十字头销与立式工装连接的装配关系，如图7所示：将拉钉转换块25通过螺纹连接安装在十字头销底部的端面3，要求旋合贴紧，不能有间隙，再将拉钉26通过螺纹旋入拉钉转换块25。最后通过吊装十字头销至立式工装上方，通过模块打开进气口23通入压缩空气，让零点快换单元模块22处于打开状态，再使安装在十字头销底部的拉钉26，对准零点快换单元模块22的中心，落下后再断开模块打开进气口23的气源，即可实现十字头销安装完成。

所述立式工装的工作原理：该立式工装的使用主要分为工件夹紧、工件调整及夹具夹紧三个步骤，请结合参阅图4、图5和图6，详细操作步骤及工作原理如下：

工件夹紧：在十字头销落入立式工装上方前，先转动各方向的丝杆20，使底座压板19处于松开状态，并利用拉手16，往后拉动底部斜支撑14，使快换底座13落于可调支撑10上。再将十字头销(底部带有拉钉26)整体吊装至立式工装上方，通过模块打开进气口23接通压缩空气，打开零点快换单元模块22，再将十字头销落在快换底座13上，拉钉转换块25和拉钉26嵌入零点快换单元模块22内，断开压缩空气，即实现零点快换单元模块22对拉钉26锁紧，即工件夹紧。如果工件重量较重，或者重心偏高，或加工受力点偏高，可以将压缩空气通入模块加压进气口24，实现夹紧力提升。

工件调整：通过机床校调十字头销母线及测量外圆上、下锥度，利用可调支撑10校正工件，使十字头销中心线与台面垂直。

夹具夹紧：手动将底座斜支撑14推入快换底座13下方，至适当受力，再次旋转丝杆20，使底座压板19向前移动，使快换底座13的四边压紧于底座斜支撑14与底座压板19之间，实现夹具最终夹紧。

先加工十字头销正面(活塞杆安装面)上的加工内容，完成后通过模块打开进气口23接通压缩空气，打开零点快换单元模块22，即可吊起工件，并旋转180°，再次落下工件，并夹紧，即可加工十字头销背面上的加工内容。全部完成后，再松开零点快换单元模块22，吊离工件，并拆下十字头销底部的拉钉26及拉钉转换块25，工件即可转入下道工序加工。

上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。本发明要求的保护范围也应包括对本发明显而易见的变换和替代方案。