基于雙軸式導(dǎo)桿式機(jī)床的三面銑削加工技術(shù)

基于雙軸式導(dǎo)桿式機(jī)床的三面銑削加工技術(shù)

1托輥軸開(kāi)檔加工難點(diǎn)分析（1）托輥生產(chǎn)是一種專業(yè)化的大型生產(chǎn)類型。平煤集團(tuán)應(yīng)年產(chǎn)量為10萬(wàn)公里，但現(xiàn)有托輥生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝不適應(yīng)如此大規(guī)模的托輥生產(chǎn)要求。(2）托輥軸與軸承配合的兩軸頸同軸度為0.025（相當(dāng)于8級(jí)）、尺寸精度、表面粗糙度Ra1.6μm；兩卡簧槽開(kāi)檔距離尺寸精度公差限制在0.081mm，而現(xiàn)有切削機(jī)床全部為普通機(jī)床，除雙面金剛鏜床外均沒(méi)有專用工裝和專用量具，難以保證加工精度；(3）雙面金剛鏜床上的原專用夾具，定位夾緊原理不合理，當(dāng)由于進(jìn)貨批次不同鋼管外徑變化較大時(shí)加工誤差增大，造成嚴(yán)重的托輥徑跳誤差，甚至出現(xiàn)廢品；(4）雙面金剛鏜床本身存在軸向定位不準(zhǔn)的問(wèn)題，管筒加工質(zhì)量不能保證；(5）在普通車床上采用掉頭的方法加工托輥軸，難以達(dá)到兩端軸頸的同軸度和卡簧開(kāi)檔尺寸精度要求。另兩端軸頸IT6級(jí)的尺寸精度普通車床也難以滿足；(6）生產(chǎn)效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；(7）缺少?zèng)_壓軸承座與管筒的組焊設(shè)備。2生成開(kāi)口生物不正交試驗(yàn)的產(chǎn)品雙面金剛鏜床結(jié)構(gòu)示意如圖1，屬于精加工機(jī)床，從圖中可以看出，機(jī)床的鏜削軸由電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，鏜削頭固定在床身上，夾具夾持工件隨工作臺(tái)左右移動(dòng)，當(dāng)工件的一端接觸鏜刀時(shí)便開(kāi)始進(jìn)行鏜削工作，并由行程開(kāi)關(guān)實(shí)施定距控制。該機(jī)床在工作中暴露出一些問(wèn)題，我們對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的改造。(1）原機(jī)床每個(gè)鏜削頭由一個(gè)2kW的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，將其電動(dòng)機(jī)改為3.5kW，但仍時(shí)常出現(xiàn)悶車情況。通過(guò)計(jì)算和類比，我們將3.5kW的電動(dòng)機(jī)均換為5kW的電動(dòng)機(jī)。(2）將開(kāi)式導(dǎo)軌改造成閉式導(dǎo)軌形式，可以使其承受較大的顛覆力矩，以適應(yīng)三刀粗、精結(jié)合的加工要求，并設(shè)計(jì)了如圖2所示的阻擋裝置。圖中固定支架1、4分別固定在床身的左右端，并同導(dǎo)桿2固為一體；3為滑動(dòng)支架，與導(dǎo)桿2之間為間隙配合，并被固定在縱向進(jìn)給工作臺(tái)上。通過(guò)這種阻擋裝置，使原來(lái)的開(kāi)式導(dǎo)軌成為“閉式導(dǎo)軌”，在加工時(shí)有效避免了工作臺(tái)顛覆，提高了加工質(zhì)量。(3）原機(jī)床工作行程只用左右行程開(kāi)關(guān)控制，這種控制行程的方式會(huì)出現(xiàn)如下現(xiàn)象：當(dāng)碰塊壓到行程開(kāi)關(guān)后，由于慣性的作用，工作臺(tái)不會(huì)隨即返回或停止。導(dǎo)致工件產(chǎn)生超差現(xiàn)象。為了達(dá)到加工要求，在床身兩端內(nèi)側(cè)采用死擋鐵，如圖1所示。這樣即使有慣性的作用，當(dāng)接觸死擋鐵后，工作臺(tái)也不可能繼續(xù)向前。雖然擋鐵也有微小變形，但因此引起的誤差很小，可以忽略不計(jì)。(4）原來(lái)的夾具采用圖3所示的下端V形鐵定位，上端夾緊，容易產(chǎn)生定位誤差。同時(shí)由于是三點(diǎn)夾緊，力小了工件受切削力時(shí)易串動(dòng)，力大了工件本身產(chǎn)生夾緊變形?，F(xiàn)改為如圖4所示的對(duì)稱圓弧形鉗口雙向螺紋絲杠的定位夾緊方式。此夾具使工件由三點(diǎn)夾緊受力改為多點(diǎn)受力，增大了夾緊力，減小了變形；圓弧形鉗口可以使管筒外圓的中心與刀具回轉(zhuǎn)中心同軸，減小了徑向跳動(dòng)加工誤差；由于夾緊力較大，當(dāng)工件被切削時(shí)，不會(huì)因?yàn)榍邢髁ψ饔枚构ぜ苿?dòng)。采用該夾具有效地提高了產(chǎn)品的合格率。3左右滑臺(tái)及夾微機(jī)控制專機(jī)由微機(jī)控制系統(tǒng)、左右鏜削頭、左右滑臺(tái)、液壓夾具（左右兩部分）、床身、液壓泵站等部分組成。左右滑臺(tái)及夾具體均放置在床身的同一導(dǎo)軌面上，兩滑臺(tái)由安裝在床身兩端的油缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)帶動(dòng)鏜削頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。液壓夾具分左右兩部分且可沿導(dǎo)軌面縱向任意調(diào)整其間距，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度托輥管筒的加工需要，見(jiàn)圖5、圖6。4機(jī)床驅(qū)動(dòng)方案數(shù)控改造是針對(duì)原生產(chǎn)車間一臺(tái)閑置的C618和一臺(tái)正用于托輥加工的C620兩臺(tái)車床進(jìn)行的，以完成托輥軸頸的精車及切槽工序。精車軸頸穩(wěn)定達(dá)到IT6級(jí)的尺寸精度及卡簧槽開(kāi)擋0.081mm以內(nèi)的尺寸公差，并提高其加工效率。此數(shù)控系統(tǒng)是采用美國(guó)INTEL公司MCS-51系列8031單片微型計(jì)算機(jī)為核心，經(jīng)擴(kuò)展存儲(chǔ)器、接口和面板操作開(kāi)關(guān)等，組成功能較完善，抗干擾能力較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)數(shù)控系統(tǒng)。此數(shù)控系統(tǒng)是利用我校研制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)車床的縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制改造，使改造后的車床縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖（反應(yīng)到工件上也是0.01mm/脈沖）。驅(qū)動(dòng)原件采用南京微分電機(jī)廠生產(chǎn)的JBF-7（橫向）和JBF-8（縱向）型直流步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用齒輪減速及江蘇啟東數(shù)控機(jī)床配件廠生產(chǎn)的滾珠絲杠。(1）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆除原機(jī)床溜板箱及光杠、絲杠，利用原溜板箱大拖板上的安裝孔安裝改裝配件—滾珠絲杠螺母副支架；利用原絲杠在進(jìn)給箱的一端的套筒安裝滾珠絲杠的一端，并把原從機(jī)床主軸經(jīng)進(jìn)給箱傳給絲杠的動(dòng)力切斷（把進(jìn)給箱絲杠端內(nèi)齒離合器中的齒輪取下），以免誤操作時(shí)主運(yùn)動(dòng)與絲杠發(fā)生干涉。利用原絲杠床身尾部的軸承座孔安裝縱向減速步進(jìn)電機(jī)，并把步進(jìn)電機(jī)的輸出軸用套筒和連桿用銷釘與滾珠絲桿連接起來(lái)。(2）橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆下原車床橫向絲杠螺母副，保留原支承結(jié)構(gòu)，橫向減速步進(jìn)電機(jī)由特制支撐安裝在大托輥后側(cè)。為便于安裝滾珠絲杠，絲杠同步進(jìn)電機(jī)也采用套筒與步進(jìn)電機(jī)輸出軸銷釘連接。為消除換向間隙，縱、橫向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)減速齒輪副均采用雙片齒輪彈簧自動(dòng)消除間隙裝置。(3）自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的改裝：為了保證托輥軸上兩軸頸的同軸度公差，工藝上要求在一次裝夾中完成對(duì)托輥兩端軸頸的精加工；軸兩端的卡簧槽也需要發(fā)揮數(shù)控機(jī)床定位、進(jìn)給準(zhǔn)確的功能，在一次裝夾中完成以保證其相互之間的尺寸精度。為提高工效，把車床的原刀架改成四工位數(shù)控自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。在加工過(guò)程中，此刀架受數(shù)控系統(tǒng)的指令控制，可在刀架四個(gè)夾持刀具的工位上選擇想要的刀具。但由于兩端軸頸精度要求為IT6級(jí)，此刀架的旋轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度在換刀精車時(shí)出現(xiàn)精度不夠穩(wěn)定的現(xiàn)象。為此，在車床大拖板的后部再安裝一個(gè)后刀架，利用前、后刀架，用正、反兩把車刀完成兩軸頸的加工。(4）軸向自動(dòng)定位梅花頂尖：軸向自動(dòng)定位梅花頂尖是為解決精加工軸頸需要兩頂尖定位及軸向限位問(wèn)題時(shí)傳遞切削動(dòng)力所用。由于普通兩頂尖定位軸類零件時(shí)，軸向的最終位置受軸端中心孔深淺的影響很大，滿足不了數(shù)控車削軸頸和切卡簧槽的定位要求，故要求頂尖在軸向能自動(dòng)定位。頂尖端面的梅花花紋則用于傳遞切削力。此外，添置了一臺(tái)沖壓軸承座與管筒的半自動(dòng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)專用組焊設(shè)備，并對(duì)裝配工藝和裝配線加以完善。5托輥生產(chǎn)技術(shù)已得到保障(1）雙面金剛鏜床及其夾具完成改造后有效地解決了原來(lái)托輥管筒加工常出現(xiàn)的止口管壁嚴(yán)重不均的問(wèn)題，而且加工變形減小，生產(chǎn)效率也有所提高，并保留和提高了鑄鐵軸承座式托輥管筒的加工能力和加工質(zhì)量。(2）微機(jī)控制專機(jī)采用機(jī)-電-液一體化技術(shù)，控制系統(tǒng)先進(jìn)，自動(dòng)化程度高。專機(jī)加工范圍大，工件夾緊變形小，定位精度高。對(duì)關(guān)鍵尺寸（兩止口開(kāi)擋尺寸）精度控制精確，并設(shè)有軸向鏜桿的微調(diào)機(jī)構(gòu)，使止口開(kāi)擋尺寸調(diào)整十分方便。生產(chǎn)出的托輥管筒完全符合圖紙要求，滿足年產(chǎn)量大于10萬(wàn)件生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。(3）加工托輥軸車床的數(shù)控改造后，直徑方向的加工精度可穩(wěn)定達(dá)到IT6級(jí)；軸向切削時(shí)的定位精度在0.02～0.03mm。完全能夠滿足與軸承內(nèi)圈配合的托輥軸頸k6級(jí)精度要求，以及托輥兩卡簧槽開(kāi)擋尺寸公差0.081mm的加工精度。兩臺(tái)機(jī)床每年按260工作日計(jì)算，單班生產(chǎn)能力為11.2萬(wàn)根/年，大于10萬(wàn)根/年的設(shè)計(jì)能力。托輥生產(chǎn)線經(jīng)改造后，托輥的關(guān)鍵零件加工質(zhì)量和加工