數(shù)控機(jī)床刀柄中心孔磨床的研制

王長(zhǎng)生 田東厚

(哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150040)

自哈量集團(tuán)生產(chǎn)SK和HSK數(shù)控機(jī)床刀柄系列產(chǎn)品以來(lái),SK刀柄在修磨中心孔這一道工序時(shí),一直選用我國(guó)傳統(tǒng)的中心孔研磨機(jī),其合格率最多能達(dá)到60%～70%。而HSK刀柄中心孔的修磨也一直沒(méi)有較好的工藝手段,只能使用普通中心孔磨床或安裝圓錐形砂輪的普通立式鉆床,其合格率始終在20%～30%之間徘徊,致使該系列產(chǎn)品的生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行?？梢?jiàn),刀柄中心孔的修磨問(wèn)題已經(jīng)成為其生產(chǎn)的瓶頸,必須盡快解決。為此,急需研制一臺(tái)數(shù)控刀柄中心孔磨床,以徹底解決影響刀柄生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)思想及工作原理

經(jīng)過(guò)對(duì)大量的廢品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生廢品的主要原因是選用的中心孔修磨機(jī)床不能滿足數(shù)控刀柄系列產(chǎn)品對(duì)中心孔質(zhì)量的要求。例如,中心孔研磨機(jī)是通過(guò)合金頂尖與刀柄中心孔對(duì)研的方法來(lái)修磨中心孔的,因?yàn)楹辖痦敿庾陨砭炔桓咔也荒苄拚?所以SK刀柄廢品率較高;而普通中心孔磨床無(wú)法實(shí)現(xiàn)與HSK刀柄中心孔對(duì)磨,只能以一端中心孔定位,通過(guò)對(duì)刀柄外圓柱面或圓錐面增加輔助支承后進(jìn)行另一端中心孔的磨削,特別是磨削端面帶有傳動(dòng)鍵槽的刀柄時(shí),因?yàn)槟ハ魃拜喌倪M(jìn)給系統(tǒng)是剛性的,所以中心孔的修磨精度很難保證。另一方面,采用金剛筆修整砂輪時(shí),由于砂輪尖部線速度較低,因此尖部的修整質(zhì)量往往較差,甚至經(jīng)常脫落,無(wú)法保證中心孔的修磨質(zhì)量;至于安裝圓錐形砂輪的普通立式鉆床,因?yàn)榧婢呱鲜鰞煽顧C(jī)床的缺點(diǎn),所以更無(wú)法滿足修磨中心孔的工藝要求。

針對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的缺點(diǎn),為了提高刀柄中心孔的修磨合格率,我們新研制的數(shù)控刀柄中心孔磨床的設(shè)計(jì)思想必須要重點(diǎn)解決好以下幾個(gè)問(wèn)題:首先是磨削砂輪與刀柄中心孔的對(duì)磨問(wèn)題,其次是磨削砂輪的修整問(wèn)題,再次是磨削砂輪的剛性進(jìn)給問(wèn)題。

如圖1所示,該機(jī)床的工作原理較簡(jiǎn)單,運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶和卸荷帶輪傳至主軸,主軸帶動(dòng)磨削砂輪2旋轉(zhuǎn)。當(dāng)修磨刀柄中心孔時(shí),手持刀柄以其中一端中心孔定位,并將該端放入下頂尖1上,轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給手柄5使磨削砂輪2與刀柄上端中心孔進(jìn)行對(duì)磨。重復(fù)以上過(guò)程進(jìn)行刀柄另一端的對(duì)磨,從而實(shí)現(xiàn)刀柄的修磨工作。當(dāng)磨削砂輪2需要修整時(shí),啟動(dòng)修整砂輪3后,通過(guò)扳動(dòng)修整手柄4實(shí)現(xiàn)磨削砂輪2的修整工作。

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該機(jī)床主要參考傳統(tǒng)中心孔研磨機(jī)和中心孔磨床的成熟立式結(jié)構(gòu),整體仍采用立式結(jié)構(gòu),如圖1所示。

2.1 主軸

主軸是機(jī)床的核心部件,其精度直接影響刀柄中心孔的修磨質(zhì)量,因此,其主要結(jié)構(gòu)和精度指標(biāo)尤為重要。如圖2所示,本文所設(shè)計(jì)的主軸部件采用典型的套筒式磨頭結(jié)構(gòu),其中主軸1的前后支承均采用雙排高精度滾動(dòng)軸承支承,這樣既能滿足精度要求,同時(shí)又能提高磨頭主軸的整體剛度?？紤]到套筒2內(nèi)孔加工的工藝性,我們將其設(shè)計(jì)為等徑的直孔,這樣更易于保證內(nèi)孔的高精度。整個(gè)磨頭通過(guò)齒輪齒條在2個(gè)滑動(dòng)軸承3的內(nèi)孔中上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。而磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)則是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶經(jīng)卸荷帶輪4實(shí)現(xiàn)的,其轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器可在0～3000 r/min范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速,從而更好地滿足了中心孔修磨對(duì)轉(zhuǎn)速的要求。

2.2 進(jìn)給系統(tǒng)

傳統(tǒng)中心孔研磨機(jī)和中心孔磨床的進(jìn)給系統(tǒng)均為剛性進(jìn)給系統(tǒng),無(wú)法實(shí)現(xiàn)柔性進(jìn)給,這就給修磨端面帶傳動(dòng)鍵槽的HSK刀柄中心孔帶來(lái)一定的困難,直接影響中心孔修磨質(zhì)量。為了徹底解決這一制約生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題,本文對(duì)砂輪主軸的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),在傳統(tǒng)齒輪齒條剛性進(jìn)給系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引進(jìn)柔性進(jìn)給系統(tǒng),很好地解決了這一問(wèn)題。

如圖3所示,該柔性進(jìn)給系統(tǒng)中的平面渦卷彈簧4通過(guò)彈性元件彎曲變形而產(chǎn)生扭力。其中彈簧的外端固定在蝸輪3上,而內(nèi)端固定在與齒輪軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)套2上,其扭力大小通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿5來(lái)調(diào)整。另外,調(diào)整B－B剖面圖中的調(diào)整螺釘7可以改變彈簧6壓力的大小,從而使手柄1進(jìn)給時(shí)的進(jìn)給力發(fā)生變化,最終實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)的柔性進(jìn)給。

2.3 修整器

修整器是砂輪修整不可缺少的部件,傳統(tǒng)的磨床砂輪修整器均為金剛筆,通過(guò)金剛筆的直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)砂輪的修整,以滿足工件對(duì)砂輪修整的要求。普通中心孔磨床亦采用金剛筆來(lái)完成錐形砂輪的修整工作,但由于錐形砂輪越接近尖部其線速度越低,直至為零,且金剛筆不能旋轉(zhuǎn)而沒(méi)有線速度,因此砂輪尖部總是因金剛筆與砂輪之間的線速度差太小而脫落,進(jìn)而影響中心孔的修磨質(zhì)量甚至無(wú)法修磨。

為了徹底解決這一難題,我們從確保修整器與砂輪之間的線速度差入手,經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和認(rèn)真思考,大膽借鑒國(guó)外的先進(jìn)做法,突破傳統(tǒng)的慣性思維,提出用旋轉(zhuǎn)砂輪代替金剛筆的修整器設(shè)計(jì)方案。其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,修整磨削砂輪5時(shí),首先啟動(dòng)修整電動(dòng)機(jī),這時(shí)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)修整砂輪1旋轉(zhuǎn),修整進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由手柄4完成,修整走刀運(yùn)動(dòng)由手柄3完成。鎖緊塊2的材料為紫銅,防止鎖緊時(shí)損傷修整磨頭的套筒外表面,當(dāng)調(diào)整好修整磨頭的位置后,將其鎖緊,此時(shí)方可進(jìn)行修整工作。修整工作完成后需通過(guò)手柄4將修整磨頭退出修磨區(qū),然后即可進(jìn)行刀柄中心孔的修磨工作。

3 實(shí)際應(yīng)用

該機(jī)床于2007年8月份在哈量集團(tuán)研制成功,從試生產(chǎn)到正式投入使用至今,SK刀柄的合格率達(dá)到了100%,而 HSK刀柄的合格率也一直穩(wěn)定在98.5%以上,至此徹底解決了刀柄中心孔修磨的瓶頸問(wèn)題。圖5為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床圖片。

4 結(jié)語(yǔ)

在傳統(tǒng)中心孔研磨機(jī)和中心孔磨床的基礎(chǔ)上,我們研制了數(shù)控機(jī)床刀柄中心孔磨床,解決了數(shù)控機(jī)床刀柄中心孔修磨合格率低的問(wèn)題,其中完成的主要工作如下:

(1)采用卸荷帶輪,消除了皮帶張力對(duì)砂輪主軸精度的影響;

(2)引入柔性進(jìn)給系統(tǒng),有效解決了修磨端面帶傳動(dòng)鍵槽刀柄中心孔的質(zhì)量問(wèn)題;

(3)采用旋轉(zhuǎn)砂輪修整器,從此磨削砂輪修整后其尖部不再脫落,修磨質(zhì)量大大提高;

(4)利用變頻器使主軸轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速。

盡管該機(jī)床徹底解決了刀柄生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題,使刀柄修磨合格率得到了很大提高。但是在實(shí)際使用過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)有一些亟待解決的問(wèn)題需要進(jìn)一步完善。例如:修整砂輪的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題,刀柄較重或較長(zhǎng)手持較困難時(shí)需考慮輔助支撐的問(wèn)題等等。

[1]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.