銑端面鉆中心孔機(jī)床的改進(jìn)設(shè)計(jì)

王可山

(煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司，山東煙臺(tái)264002)

將軸類工件的兩端加工平整，并在兩端面鉆中心孔是絕大多數(shù)長(zhǎng)軸類工件在加工過程中的第一道工序。為了適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，多年前我廠技術(shù)人員就開發(fā)了銑端面鉆中心孔機(jī)床。由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和用戶信息的反饋，筆者又對(duì)該機(jī)床做了較大的改進(jìn)。

1 機(jī)床工作循環(huán)簡(jiǎn)介

機(jī)床的工作過程分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種。自動(dòng)工作循環(huán)只需按下自動(dòng)循環(huán)按鈕，機(jī)床即可自動(dòng)完成工件的整個(gè)加工過程;在手動(dòng)狀態(tài)下，可分別獨(dú)立完成加工過程中的每個(gè)工步。

圖1是機(jī)床改造后的外觀示意圖。機(jī)床的工作循環(huán)如下:①將工件安裝在下鉗口的V形槽內(nèi)，肩面靠緊軸向限位塊(限位塊安裝于主軸箱體上，圖中未示出);②開啟操作面板上的自動(dòng)循環(huán)按鈕;③力矩電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，鉗口自定心夾緊工件，同時(shí)左右床頭箱向工作臺(tái)快速縱向運(yùn)動(dòng)至設(shè)定位置(此位置保證銑削端面后，工件長(zhǎng)度一致)，停止縱向移動(dòng);④工作臺(tái)橫向工進(jìn)，左右銑刀加工工件兩端面;⑤工作臺(tái)快速前進(jìn)至第2設(shè)定位置(此位置，工件的中心軸線與左、右主軸箱的鉆主軸中心線重合)，左、右床頭箱向工作臺(tái)縱向工進(jìn)，加工工件兩端中心孔;⑥當(dāng)左右床頭箱前進(jìn)至第3設(shè)定位置(此位置保證工件兩端中心孔深度的一致性)，中心孔加工完畢;⑦左右床頭箱快速后退至起始位置，同時(shí)工作臺(tái)退回起始位置;⑧力矩電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，鉗口張開，卸下工件，工作循環(huán)結(jié)束。

注意:①工件放入鉗口中后，在夾緊過程中，禁止操作者用手扶持工件，以免被鉗口夾傷;②啟動(dòng)自動(dòng)循環(huán)按鈕前，必須將滑動(dòng)護(hù)罩移至機(jī)床中央，以避免銑刀工作時(shí)迸出的切屑傷害操作者。

2 床身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

機(jī)床的上床身由原來的水平結(jié)構(gòu)改為傾式結(jié)構(gòu)(圖1)，床身前側(cè)增加了自動(dòng)排屑裝置，增加了半封閉防護(hù)。

機(jī)床上床身的工作面與水平面傾斜60°角，便于冷卻水和切屑自動(dòng)地順著傾斜角流入永磁式排屑器，使操作者免除清理機(jī)床切屑的環(huán)節(jié)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度;床身傾斜后，鉗口下夾持邊與水平面呈15°傾角(圖1鉗口放大圖)，自身可以保證工件不掉落，省略了工件的預(yù)支撐，減化了夾具結(jié)構(gòu)。半封閉防護(hù)罩有效地保證了刀具甩出的切屑和切削液準(zhǔn)確地順著防護(hù)罩的傾角流入自動(dòng)排屑器。由于工件長(zhǎng)度和直徑范圍有變化時(shí)，機(jī)床的工作臺(tái)和床頭箱都需要做相應(yīng)的位置調(diào)整，半封閉式防護(hù)，使得機(jī)床的調(diào)整部位皆在較易觸及的范圍內(nèi)，操作變得方便，防護(hù)得當(dāng)。

3 機(jī)床夾具的改進(jìn)

首先介紹一下機(jī)床改進(jìn)前的夾具工作原理(圖2)。改造前夾具是水平放置的，工件置于2個(gè)預(yù)支撐的V形槽內(nèi)，端面靠緊定位盤實(shí)現(xiàn)工件粗定位。然后液壓缸通油，齒條活塞通過齒輪傳遞扭矩，使絲杠旋轉(zhuǎn)。絲杠的左側(cè)和右側(cè)分別加工左旋螺紋和右旋螺紋，它的旋轉(zhuǎn)使左旋螺母和右旋螺母同時(shí)作距離相等、方向相反的直線向心運(yùn)動(dòng)，與2個(gè)螺母相連接的左V型鉗口與右V型鉗口做同樣的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的自定心夾緊。

預(yù)支撐可以通過螺母實(shí)現(xiàn)高度調(diào)整，以適應(yīng)不同直徑的工件;定位盤可軸向移動(dòng)，然后通過螺母鎖緊，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的工件。鉗口兩側(cè)的V形口可以根據(jù)加工軸頸的形狀大小分別做成不同形狀(如凸輪狀)和不同開口大小的異形鉗口。因此，本夾具不僅適合于外表面已經(jīng)過加工的軸類工件，也適合于直徑誤差較大的鑄鍛毛坯件和特殊形狀的工件。

改進(jìn)后的夾具工作原理(圖3):力矩電動(dòng)機(jī)通過差速器減速(傳動(dòng)比15∶1)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至具有左旋螺紋和右旋螺紋的絲杠來實(shí)現(xiàn)工件的自定心夾緊。

由圖2、圖3可以看出，改進(jìn)前后的較大區(qū)別有如下幾點(diǎn):

(1)工件夾緊力的來源由液壓缸改成了力矩電動(dòng)機(jī)。這是由于夾具兩側(cè)床頭箱滑臺(tái)座的限制，液壓缸不可以做得很長(zhǎng)，導(dǎo)致液壓缸的齒條活塞行程有限，因此雙向螺紋絲杠的旋轉(zhuǎn)一般限于1.5周以內(nèi)，鉗口的夾緊行程較短;當(dāng)加工工件的直徑范圍變化大時(shí)，需要更換不同長(zhǎng)度的鉗口以彌補(bǔ)鉗口的行程不足。而力矩電動(dòng)機(jī)可以無限旋轉(zhuǎn)，鉗口夾緊行程相應(yīng)地增大，當(dāng)工件的直徑范圍變化較大時(shí)，也不必更換鉗口。

(2)夾具的左V型鉗口變成活動(dòng)鉗口，可以繞定位軸做一定小角度范圍的旋轉(zhuǎn)，使工件的夾緊更為可靠，防止了工件因外形不規(guī)則而產(chǎn)生傾斜，影響加工精度的一致性。

(3)夾具的左、右鉗口由整體式改為鑲塊式。由于本機(jī)床多用于批量加工，鉗口相對(duì)較易磨損。當(dāng)鉗口磨損再修整后，會(huì)有部分小直徑的工件變得無法夾緊，而要更換整副鉗口，造成成本浪費(fèi)，且工期較長(zhǎng)。改為鑲塊式后，當(dāng)鉗口磨損后，只需更換鉗口中的小鑲塊即可，節(jié)約了成本，縮短了加工周期。

(4)雙向螺紋絲杠的軸向定位由原來的半圓定位塊更換為單向推力軸承。這是由于夾具由水平放置改為傾斜放置后，因?yàn)樽陨淼闹亓ψ饔?，雙向螺紋絲杠的A面(圖2)與半圓定位塊的接觸面間產(chǎn)生摩擦力和擠壓力，造成絲杠A面磨損劇烈，影響定位精度。當(dāng)磨損非常嚴(yán)重時(shí)，形成極為粗糙的表面，產(chǎn)生的摩擦力非常大，甚至可以將力矩電動(dòng)機(jī)的軸扭斷。

4 機(jī)床運(yùn)行方式改進(jìn)

機(jī)床的控制方式由原來的PLC控制改為廣州數(shù)控生產(chǎn)的伺服控制。原來機(jī)床的工作臺(tái)和床頭箱的前進(jìn)和回退運(yùn)動(dòng)都是由液壓缸做動(dòng)力源，當(dāng)更換工件種類時(shí)，調(diào)整機(jī)床比較繁瑣?，F(xiàn)在的機(jī)床去掉了液壓部份，由伺服電動(dòng)機(jī)通過彈性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠作為床頭箱和工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)力源。只要在裝配機(jī)床時(shí)確定了參考點(diǎn)，就可以根據(jù)不同批次工件的尺寸差別，通過在程序中更改參數(shù)，來達(dá)到調(diào)整機(jī)床的目的。滾珠絲杠副高速運(yùn)行振動(dòng)小，低速無爬行，重復(fù)定位精度高，反向差小，可實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、工進(jìn)、快退交替運(yùn)行。

5 機(jī)床其他部分的改進(jìn)

5.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)

由原來的手動(dòng)油槍潤(rùn)滑改為電動(dòng)潤(rùn)滑泵潤(rùn)滑。電動(dòng)潤(rùn)滑泵配有液位開關(guān)和壓力開關(guān)，與機(jī)床的程控系統(tǒng)相聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油罐內(nèi)油液的液位、輸油系統(tǒng)的壓力進(jìn)行監(jiān)控，以及潤(rùn)滑周期的限制。

5.2 電器操控系統(tǒng)

將機(jī)床電器柜上的固定操作面板改為可以活動(dòng)的吊掛式，使機(jī)床的操作更加靈活方便。機(jī)床的電器元件置于上床身的體腔內(nèi)，取消了原來的獨(dú)立電器柜，減小了機(jī)床的占地，方便了吊裝和運(yùn)輸。

6 結(jié)語

銑端面打中心孔機(jī)床經(jīng)過一系列的改進(jìn)后，再投入市場(chǎng)，從用戶的反饋信息可以看出，新機(jī)床的設(shè)計(jì)更加滿足工效學(xué)原理，工件夾緊可靠，精度明顯提升，操作、調(diào)整更加方便，沒有再出現(xiàn)過加工故障。而此機(jī)床的銷售量亦大幅增加，得到各使用廠家的認(rèn)可。在對(duì)生產(chǎn)效率要求越來越高的今天，只有不斷地對(duì)原有生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，不斷地發(fā)展新技術(shù)和新工藝，才能適應(yīng)新潮流的發(fā)展，立于不敗之地。

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