軸系鏜孔設(shè)備的設(shè)計(jì)與加工研究

周立彬

(大連海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧大連 116023)

在機(jī)械零件的加工制造中，孔的加工非常普遍。對(duì)于一般要求的零件的孔加工，可以采用鉆、鉸等工藝實(shí)現(xiàn)，從成本角度來看，往往適合安排在普通機(jī)加工設(shè)備上進(jìn)行，如普通車床、鉆床等。而如果精度要求比較高，則孔加工常使用鏜床或?qū)Ｓ脵C(jī)床加工，成本也隨之上升［1］。目前，對(duì)于較長軸系軸承孔的加工精度要求越來越高，如果使用自制的鏜孔機(jī)工裝，加工精度低，操作笨重，工作時(shí)振動(dòng)及噪聲很大［2］。在中、小企業(yè)中如果采用鏜孔設(shè)備加工，不僅加工后表面精度低，而且表面粗糙度以及尺寸和幾何公差不可控，完全依靠操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)加工，導(dǎo)致質(zhì)量不穩(wěn)定。

1 存在的問題分析

(1)設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理，配合部件磨損快，精度低。鏜桿使用銅套和鐵套之間滑動(dòng)摩擦的雙層套式設(shè)計(jì)，使用一段時(shí)間后，由于銅套和鑄鐵之間摩擦造成間隙過大必須更換銅套以保證加工精度［2］。由于襯套與鏜桿之間有一定的間隙，其結(jié)構(gòu)為開放式，用手動(dòng)加油潤滑。在使用一段時(shí)間后，鏜桿與襯套之間有鐵屑、泥沙、水等雜物進(jìn)入，鑄鐵襯套磨損加快，使其間隙增大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，工件加工表面粗糙度增大，加工的尺寸、圓度、圓柱度不可控，質(zhì)量不穩(wěn)定。

(2)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。鏜桿采用剛性軸連接，鑄鐵襯套與鏜桿配合間隙小，且襯套寬度達(dá)到150 mm，滑動(dòng)摩擦面長，導(dǎo)致鏜桿在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不平穩(wěn)，且鑄鐵襯套潤滑不良或進(jìn)入雜質(zhì)，更容易產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致蹦刀，使加工精度降低。

(3)刀條切削不連續(xù)。鏜桿手動(dòng)移動(dòng)進(jìn)給，帶動(dòng)刀條移動(dòng)進(jìn)行切削加工，工作不連續(xù)，加工表面出現(xiàn)明顯刀痕。設(shè)備的進(jìn)給速度需要手動(dòng)調(diào)整，如調(diào)整的參數(shù)不合理，孔加工表面粗糙度將無法滿足設(shè)計(jì)要求［3］。

(4)設(shè)備拆裝中累積誤差較大。鏜桿為實(shí)心結(jié)構(gòu)，因?yàn)閷?shí)心鏜桿安裝在軸承孔內(nèi)，粗鏜后無法進(jìn)行照光復(fù)校軸系中心線，必須將鏜桿抽出再進(jìn)行照光。首先由于劃線工具、人員操作和鏜桿對(duì)中調(diào)整都存在誤差;其次前后兩次照光確定中心線、再進(jìn)行劃檢查線、鏜桿安裝后用劃針按檢查線調(diào)正中心線各個(gè)環(huán)節(jié)都存在誤差，這樣，累積誤差導(dǎo)致各軸承孔加工后的同軸度很難保證。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的實(shí)施及加工方法

(1)改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)組成，減少磨損，提高結(jié)構(gòu)耐用性

研制的軸系鏜孔設(shè)備，由動(dòng)力減速機(jī) (電機(jī)、擺線減速箱、變頻器)、鏜桿、自動(dòng)進(jìn)給裝置、刀架滑動(dòng)裝置、滾動(dòng)支撐軸承裝置等組成，如圖1所示。

圖1 軸系鏜孔設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

由于齒輪副齒隙累積誤差及齒輪傳動(dòng)本身吸振能力較弱的原因還使得現(xiàn)場鏜孔時(shí)容易振刀、損傷刀具并影響鏜孔精度及粗糙度［4］。設(shè)計(jì)鏜孔設(shè)備的動(dòng)力減速機(jī)構(gòu)時(shí)，采用擺線式變速箱，該變速箱輸出功率大，工作穩(wěn)定。同時(shí)應(yīng)用變頻器，隨切削量大小調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，獲得較高的表面精度。

(2)設(shè)計(jì)支撐軸承及傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，提高鏜孔設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性

將原有的鑄鐵襯套支撐形式改進(jìn)為封閉式滾動(dòng)軸承箱體支撐形式，內(nèi)部錐形襯套與鏜桿滑動(dòng)配合，當(dāng)需在某處固定時(shí)，緊固襯套螺母即可，這樣使鏜孔設(shè)備安裝拆卸方便，并且滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)遠(yuǎn)比鑄鐵襯套摩擦因數(shù)小，使鏜桿平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生蹦刀現(xiàn)象。軸承內(nèi)部加油脂潤滑，并使用骨架油封密封，防止雜物進(jìn)入軸承內(nèi)，使軸承始終處于良好狀態(tài)，既避免了因鑄鐵襯套夾雜異物而卡滯導(dǎo)致?lián)p壞加工表面的質(zhì)量事故，又提高了生產(chǎn)效率。

(3)設(shè)計(jì)鏜桿結(jié)構(gòu)，提高鏜桿定位精度

改進(jìn)鏜桿的工作方式，由原來鏜桿在鑄鐵襯套內(nèi)軸向滑動(dòng)方式改為鏜桿原地旋轉(zhuǎn)方式，銑出一道凹槽，凹槽內(nèi)安裝傳動(dòng)絲桿及傳動(dòng)螺母。設(shè)計(jì)一套分體式刀架裝置，套合在鏜桿內(nèi)，將傳動(dòng)螺母固定在刀架裝置內(nèi)，再將分體刀架裝置用螺栓固定牢靠。設(shè)計(jì)增加一套封閉的齒輪進(jìn)給裝置，該裝置通過齒輪系傳動(dòng)，以一定速比與鏜桿同步自動(dòng)進(jìn)給，傳動(dòng)絲桿帶動(dòng)刀架裝置在鏜桿上移動(dòng)，進(jìn)行不間斷連續(xù)切削。由于刀架與鏜桿配合精度較高，并采用封閉設(shè)計(jì)，使刀條切削加工精度較高并同時(shí)計(jì)算進(jìn)給量與轉(zhuǎn)速的匹配，通過更換進(jìn)給裝置內(nèi)的齒輪來達(dá)到最佳速比，保證加工表面的精度。

(4)設(shè)計(jì)鏜桿中心定位方式

設(shè)計(jì)一種空心鏜桿，將照光儀器的接收光靶直接安裝在鏜桿中心孔內(nèi)，將望遠(yuǎn)鏡與空心鏜桿相結(jié)合進(jìn)行軸系照光找中。軸系找中程序分兩步:第一步是粗車程序。在粗車定位前，在各軸承孔內(nèi)安裝接收光靶，通過測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡確定軸承孔中心，按中心用劃歸線，將加工線、檢查線印在軸承孔加工端面上。再安裝空心鏜桿，按端面上所劃的檢查線進(jìn)行對(duì)中調(diào)整，粗車完畢后留有加工余量;第二步是精車程序?？招溺M桿不再拆卸掉，而是原地將接收光靶安裝到空心鏜桿的中心孔內(nèi)，其中心孔安裝接收光靶處中心與鏡桿外頸的中心保證同心，這樣，接收光靶的中心就代替了鏜桿中心;然后，通過測微準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡再對(duì)空心鏜桿進(jìn)行調(diào)整，使其與軸系中心線重合，保證各軸承孔內(nèi)鏜桿的同軸度在要求精度范圍內(nèi)并固定，再進(jìn)行軸承孔的精車加工，將鏜桿確認(rèn)為放大的中心線，鏜桿在中心線上原地旋轉(zhuǎn)。這樣，減少了測量、劃線、調(diào)整等環(huán)節(jié)的誤差。精加工后的各軸承孔同軸度能夠保證滿足要求，也無需再復(fù)線，且提高了加工精度和工作效率，鏜桿中心定位示意圖如圖2所示。

圖2 鏜桿中心定位結(jié)構(gòu)示意圖

(5)改進(jìn)各鏜桿連接方式，提高鏜桿對(duì)中效率，同時(shí)改善運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性

鏜孔設(shè)備如采用鏜桿軸向整體移動(dòng)，多個(gè)軸承孔加工時(shí)，各鏜桿連接需使用剛性連接，對(duì)中要求較高，偏差較大時(shí)，設(shè)備產(chǎn)生較大振動(dòng)，影響鏜孔精度。而且安裝拆卸費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低。改進(jìn)后的鏜桿設(shè)備為鏜桿原地旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行多個(gè)軸承孔加工時(shí)，各鏜桿使用萬向連接器連接，并結(jié)合花鍵套管安裝，使鏜桿處于自由對(duì)中狀態(tài)，減少額外受力，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)無振動(dòng)，且使安裝、對(duì)中、拆卸靈活方便，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。將傳動(dòng)裝置采用雙面油封防護(hù)，避免金屬屑進(jìn)入傳動(dòng)裝置增加磨損。萬向連接軸與法蘭不采用固定長度以防止拆卸不方便，而是采用鍵槽形式并用螺栓固定，在拆卸安裝時(shí)將萬向軸縮短，方便操作。

3 結(jié)束語

軸系鏜孔設(shè)備改進(jìn)設(shè)計(jì)之后，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，鏜孔精度完全滿足現(xiàn)有長軸軸系多孔設(shè)計(jì)加工要求，該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加工精度大幅提升，人員操作控制簡單化，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，使鏜孔能力和精度控制能力有了顯著提高。

［1］馬俊，梁勝龍.基于臥式車床的新型鏜孔加工研究［J］.煤礦機(jī)械，2013，34(6):136 －137.

［2］馬慶英，劉一燕，于國強(qiáng)，等.鏜孔機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程師，2008(10):158.

［3］鐘程斌.新型鏜孔機(jī)設(shè)想［J］.金屬加工(冷加工)，2013(4):24－25.

［4］曾慶元，劉祚石.輕便液壓鏜孔機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.礦山機(jī)械，1999(4):59－60.