刨銑同梁橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

符愛(ài)紅

（江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226007）

0 引言

在龍門(mén)刨床的橫梁上加裝立銑頭，或在龍門(mén)銑床的橫梁上加裝刨刀架就可成為刨銑同梁的龍門(mén)刨銑床。加工零件時(shí)，對(duì)大平面及長(zhǎng)寬都較大的導(dǎo)軌面選用銑削加工，對(duì)狹長(zhǎng)型導(dǎo)軌面、溝槽、切割等采用刨削加工，工序較為集中，是如今眾多機(jī)械加工企業(yè)的普遍需求。然而這兩功能部件的橫向進(jìn)給技術(shù)參數(shù)過(guò)于懸殊，且進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方式亦不同，銑削為連續(xù)進(jìn)給，刨削為間歇性周期進(jìn)給。為解決這一技術(shù)難題，滿足眾多機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的需要，新設(shè)計(jì)了該刨銑同梁的橫向進(jìn)給變速系統(tǒng)，經(jīng)企業(yè)批量性生產(chǎn)驗(yàn)證，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)調(diào)研

硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金刀具的切削速度、切削深度和進(jìn)給量較高，而形狀復(fù)雜的成型刀具及小規(guī)格的高速鋼刀具的切削參數(shù)則較低。通過(guò)查閱手冊(cè)［1］，并經(jīng)有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的刨、銑操作工人實(shí)地切削試驗(yàn)，分析歸納典型切削工藝參數(shù)如下。

1.1 刨削的橫向進(jìn)給量ap、垂向進(jìn)給量f

1）平面刨加工。高速鋼刀具切削鋼類工件ap=2.5~4.5 mm，f=0.5~1.5 mm/dst，切削灰鑄鐵 ap=4~6.5 mm，f=1~2.5 mm/dst。硬質(zhì)合金刀具切削鋼類工件ap=3~6 mm，f=0.8~2.0 mm/dst，切削灰鑄鐵 ap=4~9 mm，f=1~2.5 mm/dst。

2）鑄鐵導(dǎo)軌面的加工。高速鋼刀具粗加工ap≤15mm，f=1~2 mm/dst，半精加工 ap≤2 mm，f=0.5~1 mm/dst。硬質(zhì)合金刀具粗加工ap≤20 mm，f=1.5~3 mm/dst；半精加工ap≤3 mm，f=0.5~1 mm/dst；寬刀刃刀具精加工ap=0.1~0.3 mm，f=10~20 mm/dst。

3）垂向進(jìn)給刨槽及切斷進(jìn)給量。高速鋼刀具切削鋼類工件f=0.1~0.75 mm/dst，切削灰鑄鐵f=0.1~0.9 mm/dst。硬質(zhì)合金刀具切削鋼類工件f=0.1~1.5 mm/dst，切削灰鑄鐵f=0.1~2.0 mm/dst。結(jié)論：刨削的橫向進(jìn)給量ap應(yīng)在0.5~20 mm之間，垂向進(jìn)給量f應(yīng)在0.1~2 mm/dst之間。

1.2 銑削的橫向進(jìn)給量vf

1）涂層硬質(zhì)合金端銑刀d=250 mm，z=12齒。銑削鋼件 n=250 r/min，ap=4 mm，af=0.3 mm/z，vf=900 mm/min。銑削鑄鐵件 n=150 r/min，ap=8 mm，af=0.4 mm/z，vf=720 mm/min。

2）硬質(zhì)合金圓柱銑刀d=100 mm，z=10。銑削鋼件n=500 r/min，af=0.2 mm/z，vf=1000 mm/min。銑削鑄鐵件 n=300 r/min，af=0.4 mm/z，vf=1200 mm/min。

3）高速鋼鍵槽銑刀d=10mm，z=2。銑削鋼件n=800 r/min，af=0.04 mm/z，vf=64 mm/min。歸納：銑削的橫向進(jìn)給量范圍vf=60~1200 mm/min為宜。

2 共用進(jìn)給系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)研分析歸納可見(jiàn)：刨削橫向進(jìn)給量大小之比為40倍，垂向進(jìn)給量大小之比為20倍，銑削橫向最大進(jìn)給量與最小進(jìn)給量之比為20倍，而且刨削和銑削進(jìn)給方式是不一樣的，純機(jī)械變速要達(dá)到如此大的傳動(dòng)比是很困難的。經(jīng)多種方案比較，擬定采用變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械變速系統(tǒng)。

2.1 動(dòng)力體的選取

考慮到中小企業(yè)現(xiàn)狀，兼顧其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，棄傳統(tǒng)的額定功率和轉(zhuǎn)速的三相異步電動(dòng)機(jī)，暫不選用數(shù)控伺服電機(jī)，而選用交流變頻調(diào)速電機(jī)［2］，其變頻范圍為2~200 Hz，即其輸出的高低轉(zhuǎn)速之比達(dá)100倍之多，即58~5800 r/min，且是無(wú)級(jí)的，與變頻器的良好匹配可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)矩，低頻大力矩與高精度轉(zhuǎn)速、位置及快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制，強(qiáng)勁風(fēng)力冷卻，確保高低速長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，低噪聲，寬額節(jié)能。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的擬定

如圖1所示，變頻電機(jī)M直聯(lián)蝸桿1驅(qū)動(dòng)蝸輪2，使與蝸輪2同軸的齒輪3帶動(dòng)齒輪4空轉(zhuǎn)。當(dāng)離合器5合上時(shí)，絲桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，使緊固于銑頭座上的螺母7移動(dòng)——銑頭機(jī)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。齒輪3也帶動(dòng)齒輪8空轉(zhuǎn)，當(dāng)離合器9合上時(shí)，光桿10轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)使在其上滑移的齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而使與齒輪11嚙合的兩端有離合器的齒輪12轉(zhuǎn)動(dòng)。圖示位置為空轉(zhuǎn)。當(dāng)其向右接合時(shí)帶動(dòng)螺母13轉(zhuǎn)動(dòng)并沿靜止的絲桿14移動(dòng)——刨刀架的機(jī)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)齒輪11向左接合時(shí)，經(jīng)圓錐齒輪15、16，帶動(dòng)絲桿17旋轉(zhuǎn)，使刨刀架上的垂向滑板（刀夾）18垂向移動(dòng)——刨刀機(jī)動(dòng)垂向進(jìn)給。當(dāng)齒輪11處于圖示位置時(shí)，操作者可用手推合常開(kāi)離合器19并轉(zhuǎn)動(dòng)手柄20，經(jīng)圓錐齒輪21、22，帶動(dòng)絲桿17旋轉(zhuǎn)——手動(dòng)刨刀垂向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。手搖轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿6、光桿10，可分別實(shí)現(xiàn)銑頭和刨刀架的手動(dòng)橫向進(jìn)給，且其兩端皆可手搖轉(zhuǎn)動(dòng)，操作極其方便。制。

圖1

圖2 傳動(dòng)路線參數(shù)計(jì)算過(guò)程

3 技術(shù)設(shè)計(jì)

1）安全防護(hù)。電磁離合器5和9是分別控制銑頭和刨刀架獨(dú)自機(jī)動(dòng)進(jìn)給的，電氣設(shè)計(jì)是互鎖的，且均有過(guò)載保護(hù)作用。兩移動(dòng)部件皆設(shè)有原位和極限行程開(kāi)關(guān)，安全防護(hù)亦然。

凡是手柄處均設(shè)有常開(kāi)手動(dòng)離合器，一方面機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)，手柄不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，避免誤傷操作者，另一方面，當(dāng)操作者合上離合器時(shí)，手柄上的撞塊壓下電氣常閉點(diǎn)開(kāi)關(guān)，確保電機(jī)不會(huì)啟動(dòng)，手動(dòng)是安全的。

2）進(jìn)給量值的控制。設(shè)定變頻器頻率→電機(jī)輸出相應(yīng)轉(zhuǎn)速→移動(dòng)部件所需進(jìn)給量，從顯示屏上可清晰地看到實(shí)際進(jìn)給量值。變頻器的頻率設(shè)定轉(zhuǎn)換采用PLC控

3）刨刀架間歇周期進(jìn)給量的控制。除了上述頻率控制外，刨刀架的進(jìn)給還需與工作臺(tái)的移動(dòng)聯(lián)鎖，且通過(guò)時(shí)間繼電器起作用：即工作臺(tái)快速退回原位后，發(fā)信號(hào)給刨刀架進(jìn)給，進(jìn)給的時(shí)間根據(jù)進(jìn)給量值換算而得，調(diào)定時(shí)間繼電器。只有當(dāng)刨刀架停止進(jìn)給后，工作臺(tái)方可工作進(jìn)給。

4）進(jìn)給方向的改變均由變頻調(diào)速電機(jī)M的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 參數(shù)計(jì)算和切削驗(yàn)證

傳動(dòng)路線的參數(shù)計(jì)算過(guò)程如圖2所示。經(jīng)企業(yè)采用多種刀具對(duì)多種工件進(jìn)行批量性刨削和銑削加工，工件的表面質(zhì)量、尺寸精度、生產(chǎn)效率、操作便捷和安全防護(hù)等方面均達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

5 結(jié)語(yǔ)

采用PLC控制變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的本傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)刨刀架的橫向進(jìn)給、垂向進(jìn)給，以及銑頭的橫向進(jìn)給。能滿足兩功能部件用不同刀具對(duì)不同材質(zhì)工件的刨削和銑削進(jìn)給量的需要，且量值精確、清晰直觀?？焖龠M(jìn)給量不僅縮短輔助時(shí)間，也為刀具科技向高速切削發(fā)展留有相當(dāng)廣闊的空間。

［1］ 楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)［M］.2版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］ 上海森力瑪傳動(dòng)技術(shù)有限公司.上海森力瑪傳動(dòng)技術(shù)有限公司綜合型錄：電機(jī)篇［Z］.2014.