Z3080搖臂鉆床的改進(jìn)

鐵曉艷，侯亞新，張振潮

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

搖臂鉆床可以進(jìn)行多種形式的加工，如鉆孔、鏜孔、鉸孔及攻螺紋等，在機(jī)械加工領(lǐng)域一直占據(jù)重要地位。但是使用搖臂鉆床對(duì)大型轉(zhuǎn)盤軸承及大型機(jī)械零件的安裝孔、定位孔等進(jìn)行加工時(shí)，由于工件外形尺寸大、孔數(shù)量多，加工過程中需要反復(fù)操作，效率低。因此，為使用搖臂鉆床對(duì)某系列化大型轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔進(jìn)行加工，對(duì)Z3080搖臂鉆床進(jìn)行了改進(jìn)。

1 改進(jìn)前鉆床結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

Z3080搖臂鉆床結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由工作臺(tái)、立柱、搖臂以及主軸4大部分組成，其中主軸是搖臂鉆床進(jìn)行鉆削加工的核心部件。

1.2 工作原理

改進(jìn)前Z3080主軸的正反轉(zhuǎn)、停車(制動(dòng))、變速以及空擋等操作均依靠手柄控制。主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括蝸桿軸和水平軸2部分，動(dòng)力傳輸過程為：主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，再由水平軸傳遞給主軸套，從而使主軸獲得進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

微動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)(蝸桿軸)如圖2所示。當(dāng)機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄處于水平位置時(shí)，進(jìn)給保險(xiǎn)鋼球離開，由主軸進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)空轉(zhuǎn)；當(dāng)機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄壓至機(jī)動(dòng)位置時(shí)，鋼球保險(xiǎn)離合器上的內(nèi)外齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給。在加工多個(gè)孔時(shí)，主軸的進(jìn)給可分為機(jī)動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給和微動(dòng)進(jìn)給[1]，但均為手工操作，需要操作人員時(shí)刻跟隨，效率較低。因此，針對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承系列化產(chǎn)品安裝孔的加工，需對(duì)該鉆床的手動(dòng)進(jìn)給和主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖2 微動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)(蝸桿軸)示意圖

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 改進(jìn)方案[2-3]

1)將進(jìn)給主軸的接通、斷開機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄改為直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過在主軸上安裝接近開關(guān)，控制進(jìn)給主軸的快進(jìn)和快退，減少非工作時(shí)間。

2)將工作臺(tái)改為SKT121600數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，使主軸箱和主軸的移動(dòng)由分度轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，利用分度轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)和自動(dòng)劃分找正各個(gè)孔的位置，不需要移動(dòng)主軸箱在搖臂上的位置。分度轉(zhuǎn)盤的使用并不影響初次找正時(shí)主軸箱移動(dòng)手輪和主軸移動(dòng)手輪的使用。在進(jìn)行初次找正時(shí)，可以根據(jù)定位工裝進(jìn)行定位，然后通過分度孔的定位找正并發(fā)送信號(hào)進(jìn)行孔加工。不僅可以提高加工精度，還避免了人為因素造成的加工誤差。

改進(jìn)后的主要技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面尺寸φ1 600 mm；加工最大工件外徑φ2 000 mm；轉(zhuǎn)臺(tái)分度角度可任意等分，分度精度±1.5°；轉(zhuǎn)臺(tái)最高轉(zhuǎn)速3.7 r/min，最大載重3 t；退刀速度約30 mm/s。改進(jìn)后鉆床型號(hào)改為Z3080G。

2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.2.1 微動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)

不更換機(jī)床主電動(dòng)機(jī)，只將微動(dòng)進(jìn)給手輪改為永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)控制，將機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄改為液壓油缸自動(dòng)控制。改進(jìn)后的微動(dòng)進(jìn)給結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1—主軸箱；2—電動(dòng)機(jī)安裝板；3—永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)；4—連接頭；5—過渡頭；6—圓形低壓油缸

當(dāng)機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄受油缸控制處于水平位置時(shí)，微動(dòng)進(jìn)給斷開；當(dāng)油缸將機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄推至A位置時(shí)，則微動(dòng)進(jìn)給接通。動(dòng)作信號(hào)均由接近開關(guān)編程控制，油缸自動(dòng)帶動(dòng)手柄。

在主軸上安裝2個(gè)接近開關(guān)觸塊(圖4)，作為開始進(jìn)給時(shí)的信號(hào)觸點(diǎn)，也作為PLC的位置原點(diǎn)。即當(dāng)主軸伸出開始鉆孔時(shí)，接觸到下端觸點(diǎn)說明鉆孔深度已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值，此時(shí)發(fā)出信號(hào)使主軸返回；當(dāng)主軸返回到一定位置，接觸到上端觸點(diǎn)時(shí)，說明已經(jīng)離開工件，達(dá)到安全位置，主軸停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)觸點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，使轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行分度。

1—套筒；2—主軸；3—接近開關(guān)；4—接近開關(guān)支架圖4 接近開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of proximity switch

2.2.2 轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

通過分度轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一定角度實(shí)現(xiàn)多個(gè)孔的加工，增加一套液壓站，用于轉(zhuǎn)臺(tái)分度鎖緊。按照標(biāo)定的分度轉(zhuǎn)臺(tái)精度，經(jīng)計(jì)算，在φ2 000 mm處，其弦上誤差為±0.07 mm。

2.3 動(dòng)作流程

改進(jìn)加工方式后機(jī)床的鉆孔動(dòng)作流程如圖5所示[4-5]。

圖5 加工動(dòng)作流程圖

2.3.1 定位

為便于加工定位找正，針對(duì)轉(zhuǎn)盤軸承的尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)了一套專用加工定位工裝，如圖6所示。利用定位工裝對(duì)第1個(gè)孔進(jìn)行定位，以確定其中心徑。定位工裝可減小工件的找正誤差，減輕操作人員的工作強(qiáng)度。工裝和引孔套均采用45#鋼。

1—引孔套；2—定位工裝；3—工件；4—轉(zhuǎn)臺(tái)圖6 定位工裝示意圖Fig.6 Diagram of positioning tool

2.3.2A面鉆孔

卸掉定位工裝，進(jìn)行A面的程序化加工。

1)光孔。根據(jù)已設(shè)定程序，啟動(dòng)循環(huán)開始按鈕，對(duì)全部40個(gè)光孔進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)加工(圖7)。其中，h1，h2，h3的值可根據(jù)實(shí)際情況通過編程修改和確定，鉆軸深度h=h1+h2+h3。

圖7 光孔加工示意圖

2)螺紋孔。加工完光孔后，更換鉆頭，但不移動(dòng)搖臂的位置，根據(jù)程序轉(zhuǎn)盤分度，加工螺紋孔底孔。

3)倒角。更換鉆頭，根據(jù)已設(shè)定程序，進(jìn)行倒角。其中，程序中可設(shè)定倒角大小，如h4=1.5 mm，此時(shí)設(shè)定鉆軸深度為h=h1+h4。

2.3.3B面倒角

翻轉(zhuǎn)工件，依靠安裝在轉(zhuǎn)盤上的定位柱定位，利用手輪和鉆軸的軸向移動(dòng)找到第1個(gè)孔。根據(jù)已設(shè)定程序，同樣對(duì)B面進(jìn)行h4=1.5 mm的倒角。

3 注意事項(xiàng)

1)工件的首次定位采用千分表定位，可預(yù)先在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置定位“靠鐵”預(yù)先粗定位。鉆削時(shí)，轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量預(yù)先調(diào)整后，整個(gè)加工過程不變，機(jī)床不能夠自動(dòng)調(diào)整。

2)在轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝最少4個(gè)過渡安裝架，便于工件的定位和夾緊。夾緊裝置結(jié)合原來的夾具以及現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)與習(xí)慣設(shè)計(jì)。

3)加工時(shí)需將橫梁、立柱可靠鎖緊，可以用麻花鉆直接加工。若鉆頭有抖動(dòng)，只能預(yù)先用特殊鉆頭或仍然采用靠模板預(yù)先加工出“樣沖孔”(引導(dǎo)孔)。

4)退刀速度為30 mm/s，為便于排屑，在加工過程中可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)加工情況，通過編制程序在加工過程的某個(gè)特定時(shí)段停止進(jìn)給或反向退刀，以便斷屑。

5)換工件時(shí)，搖臂可能會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，影響一次定位的精度。需在加工前確認(rèn)第1個(gè)加工孔的位置。

6)因?yàn)樵撆_(tái)設(shè)備主要用于轉(zhuǎn)盤軸承的安裝孔加工，深度偏大，故不能攻絲。

4 結(jié)束語

為滿足大型轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔的加工，對(duì)Z3080搖臂鉆床進(jìn)行了改進(jìn)，將原有的接通斷開機(jī)動(dòng)進(jìn)給手柄和微動(dòng)進(jìn)給手輪改為電動(dòng)機(jī)直連驅(qū)動(dòng)；將主軸箱移動(dòng)和主軸移動(dòng)改為分度轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)，從而確定孔的加工位置。在保持設(shè)備原有的功能上，增加了數(shù)控自動(dòng)化裝置，結(jié)合操作人員的經(jīng)驗(yàn)與習(xí)慣，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了加工方式。既降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，又節(jié)省了加工時(shí)間,并提高一次定位的加工精度。