大直徑工件分度圓周孔非常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)探討

李廣周

(天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司，天津 300459)

在重型裝備制造中，經(jīng)常會(huì)遇到大直徑環(huán)形工件上大圓周分布的多孔鏜孔加工問題。如堆取料機(jī)中的回轉(zhuǎn)盤的機(jī)械加工。

回轉(zhuǎn)盤直徑?11 m，其分度圓周上有150 組直徑為?120 mm 和上下襠距為250 mm 的孔。加工該回轉(zhuǎn)盤上按照?qǐng)A周分度布置的多組圓孔，通常需利用大型鏜床進(jìn)行鏜孔加工。對(duì)于沒有大型鏜床的制造企業(yè)，需進(jìn)行外協(xié)加工，所發(fā)生的加工和運(yùn)輸費(fèi)用很高，一組孔僅機(jī)械加工費(fèi)用就高達(dá)5 000 元，一個(gè)回轉(zhuǎn)盤150 組孔大約需75 萬(wàn)元，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，給生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)很大困難。

為此，我們研究出了兩種大直徑工件分度圓周孔非常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)。解決了大直徑工件分度圓周孔需借助大型鏜床進(jìn)行加工的難題，為高效、高精度的先進(jìn)制造技術(shù)提供了可行性分析及參考依據(jù)。

1 自制可移動(dòng)式鏜床加工圓周孔

1.1 可移動(dòng)式鏜床內(nèi)部結(jié)構(gòu)

利用可移動(dòng)式鏜床，借助輔助支撐裝置加工大直徑工件分度圓周孔?？梢苿?dòng)式鏜床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 鏜杠進(jìn)給原理說(shuō)明

開啟電機(jī)開關(guān)發(fā)動(dòng)電機(jī)，由電機(jī)帶動(dòng)槽輪1旋轉(zhuǎn)，由槽輪1 帶動(dòng)蝸桿2 旋轉(zhuǎn)，蝸桿2 帶動(dòng)蝸輪3 旋轉(zhuǎn)，蝸輪3 帶動(dòng)傳動(dòng)套4 旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)套4 靠T型鍵5 帶動(dòng)鏜杠17 旋轉(zhuǎn)，鏜杠17 依靠鍵7 帶動(dòng)差動(dòng)主動(dòng)齒輪6 旋轉(zhuǎn)，差動(dòng)主動(dòng)齒輪6 帶動(dòng)差動(dòng)傳動(dòng)齒輪11 旋轉(zhuǎn)，差動(dòng)傳動(dòng)齒輪11 依靠中間軸和鍵帶動(dòng)差動(dòng)傳動(dòng)齒輪10 旋轉(zhuǎn)，差動(dòng)傳動(dòng)齒輪10 帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪8 旋轉(zhuǎn)(通過撥叉16 可以變換差動(dòng)傳動(dòng)齒輪10 與雙聯(lián)齒輪咬合位置以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給變速和進(jìn)給停止)，雙聯(lián)齒輪8 帶動(dòng)絲母襯套9旋轉(zhuǎn)(雙聯(lián)齒輪8 與絲母襯套9 通過固定絲固定成為一體)，絲母襯套9 帶動(dòng)鏜杠17 再作進(jìn)給動(dòng)作(進(jìn)給動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)是靠差動(dòng)主動(dòng)齒輪與雙聯(lián)齒輪齒數(shù)的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)絲母襯套帶動(dòng)鏜杠的微動(dòng))。

1.3 工藝過程

利用自制可移動(dòng)式鏜床借助輔助支撐裝置機(jī)械加工直徑11 m 堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)盤分度圓周上端面150 組、上下襠距250 mm、直徑為?120 mm 的孔，如圖2 所示。工藝過程如下:

(1)將大直徑工件3 平放，通過水平儀或水準(zhǔn)儀等找平其上平面。

(2)通過機(jī)械加工畫線工藝，畫出分度圓和分度圓上150 組均布孔的圓心和外圓。

圖1 可移動(dòng)式鏜床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Figure 1 Inner structure of movable boring machine

圖2 利用自制可移動(dòng)式鏜床加工大直徑工件Figure 2 Application of self-made movable boring machine to machine large diameter workpieces

(3)為加快這些孔的加工，先通過火焰切割的方式切割出直徑?100 mm 的孔，周圈留出加工余量。

(4)利用自制可移動(dòng)式鏜床借助輔助支撐裝置進(jìn)行加工。將可移動(dòng)式鏜床1 固定在工裝2上，并保證其與鏜杠4 平行，大直徑工件3 上的軌道面7 經(jīng)大立車刮平，保證軌道面7 的平整度，這是為了使工裝2 底面凹槽8 與軌道面7 緊密貼合，保證鏜杠4 與被加工孔5 的垂直關(guān)系。然后把固定好的可移動(dòng)式鏜床及其他附件利用吊車或其他設(shè)備放置在大直徑工件3 上，用機(jī)加工相關(guān)工藝找正后，使鏜杠4 的軸線與被加工孔5 中心線在一條直線上。

(5)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)軸使鏜杠4 快速下推，以使刀具5 接觸堆取料盤3 上的被加工孔5，調(diào)整好刀具6，然后可以開啟電機(jī)開關(guān)9，由電機(jī)帶動(dòng)槽輪、蝸桿、蝸輪使鏜杠4 旋轉(zhuǎn)且利用雙聯(lián)齒輪、絲母使鏜杠4 旋轉(zhuǎn)并做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，撥動(dòng)差動(dòng)傳動(dòng)左齒輪進(jìn)刀，分快慢兩種，由鏜杠4 帶動(dòng)刀具6 完成一組孔的切削。

(6)完成一組孔加工后，移動(dòng)可移動(dòng)式鏜床和輔助支撐裝置，進(jìn)行下一組孔的加工，直到加工完所有的孔。

2 利用搖臂鉆床鏜圓周孔

2.1 搖臂鉆床輔助鏜孔裝置結(jié)構(gòu)組成

利用搖臂鉆床，借助輔助鏜孔裝置加工大直徑工件分度圓周孔。輔助鏜孔裝置結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

2.2 搖臂鉆床輔助鏜孔裝置結(jié)構(gòu)原理

本加工技術(shù)是一種利用搖臂鉆床在大直徑工件分度圓周端面上鏜孔的裝置，包括鏜杠，鏜杠的頂部與鉆床主軸的輸出端通過連接法蘭2 連接同軸連接。所述鏜杠的兩端，均分別設(shè)有一鏜杠支撐裝置，鏜杠支撐裝置包括軸承座5 和軸承8。軸承座5 的一端設(shè)有軸承蓋4，軸承座5 的另一端設(shè)有外沿。外沿的端面為鏜杠的軸向定位面，軸承座5 通過U 型卡夾緊件固定，從而可以實(shí)現(xiàn)利用鏜杠支撐裝置，并通過U 型卡將鏜杠與待加工的大直徑工件7 固定。鏜杠的上部和下部分別設(shè)有一鏜刀10，鏜杠上設(shè)有鏜刀安裝孔，鏜刀10嵌在該鏜刀安裝孔內(nèi)，并通過頂絲9固定。鏜刀10 探出鏜杠的長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，從而可以方便地調(diào)整鏜孔直徑。

圖3 搖臂鉆床輔助鏜孔裝置Figure 3 Auxiliary hole boring device of rocker drill machine

為了便于安裝和調(diào)整位置，鏜杠為分體結(jié)構(gòu):由相互同軸連接的上部鏜杠3 和下部鏜杠13 構(gòu)成;為了便于上下兩部分的拆卸和移動(dòng)，上部鏜杠3 的底端與下部鏜杠13 的頂端之間通過錐形軸孔緊密配合，在錐形軸孔配合的軸段上設(shè)有一定位銷軸12;鏜杠上的2 個(gè)鏜刀分別設(shè)置在上部鏜杠3 和下部鏜杠13 上。

2.3 工藝過程

應(yīng)用本技術(shù)輔助鏜孔裝置，在搖臂鉆床上機(jī)械加工直徑11 m 堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)盤分度圓周上端面150 組、上下襠距250 mm、直徑為?120 mm 的孔，如圖4 所示。工藝過程如下:

圖4 搖臂鉆床輔助鏜孔裝置Figure 4 Auxiliary hole boring device of rocker drill machine

(1)將大直徑工件7 平放，通過水平儀或水準(zhǔn)儀等找平其上平面。

(2)通過機(jī)械加工畫線工藝畫出分度圓和分度圓上150 組均布孔的圓心和外圓。

(3)為加快這些孔的加工，先通過火焰切割的方式切割出直徑?100 mm 的孔，周圈留出加工余量。

(4)把裝有上部鏜杠3 的鏜杠支撐裝置中的軸承座部件(包括軸承座5、軸承8 和軸承壓蓋4)放置于回轉(zhuǎn)盤(大直徑工件7)上部的待加工孔11 的周圍。找正后，以軸承座底部的外沿端面為定位面，通過U 型卡6 將帶有上部鏜杠3 的鏜杠支撐裝置的軸承座固定在回轉(zhuǎn)盤的上部回轉(zhuǎn)板上。把裝有下部鏜杠13 的鏜杠支撐裝置中的軸承座部件(包括軸承座5、軸承8 和軸承壓蓋4)反置于回轉(zhuǎn)盤(大直徑工件7)下部的待加工孔11的周圍。利用上部鏜杠3 和下部鏜杠13 端頭的錐形軸孔配合將上下鏜杠緊密對(duì)接并用定位銷軸12 連接固定。找正后，以軸承座底部的外沿端面為定位面，通過U 型卡6 將帶有下部鏜杠13 的鏜杠支撐裝置的軸承座固定在回轉(zhuǎn)盤的下部回轉(zhuǎn)板上。通過連接法蘭2 將上部鏜杠3 和鉆床主軸1固結(jié)。

(5)開始加工回轉(zhuǎn)盤(大直徑工件7)上部的待加工孔11。粗鏜后，根據(jù)精鏜孔的直徑，調(diào)整鏜刀10 探出鏜杠的長(zhǎng)度，用頂絲9 固定后進(jìn)行精鏜。將上部的待加工孔11 加工至設(shè)計(jì)要求尺寸后，同理，通過同樣的方法加工回轉(zhuǎn)盤(大直徑工件7)下部的待加工孔11 至設(shè)計(jì)要求尺寸。

(6)加工完畢一組上下對(duì)中的待加工孔11后，卸掉上部鏜杠3 和下部鏜杠13 之間的定位銷軸12，通過敲擊讓上部鏜杠3 和下部鏜杠13 分離，然后拆卸U 型卡6。移動(dòng)鏜杠支撐裝置到下一組待加工孔的位置，直到加工完所有的孔。

3 技術(shù)工藝成效

以上兩套大直徑工件分度圓周孔非常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)，經(jīng)實(shí)際操作檢驗(yàn)(如圖5、圖6 所示)，證明了其操作方便，加工精度高，加工品質(zhì)可以媲美大型鏜床，費(fèi)用不到原預(yù)算外協(xié)加工費(fèi)的1/5。該技術(shù)具有一定的獨(dú)創(chuàng)性、高效性和實(shí)用性，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利2 項(xiàng)和實(shí)用新型專利2 項(xiàng)，現(xiàn)授權(quán)3 項(xiàng)，其中發(fā)明1 項(xiàng)。

圖5 用自制可移動(dòng)式鏜床鏜孔實(shí)況Figure 5 Practical situation of hole boring by self-made movable boring machine

圖6 用搖臂鉆床輔助鏜孔實(shí)況Figure 6 Practical situation of hole boring by auxiliary rocker drill machine

4 結(jié)束語(yǔ)

為加快施工進(jìn)度，還可以利用2 臺(tái)以上可移動(dòng)式鏜床或搖臂鉆床進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)一工件多臺(tái)床子加工的技術(shù)應(yīng)用。此兩項(xiàng)技術(shù)除能應(yīng)用于大直徑工件分度圓孔的機(jī)械加工外，還可應(yīng)用于其它或類似工件。自2009 年實(shí)施以來(lái)，共節(jié)約外協(xié)加工費(fèi)約600 萬(wàn)元。