一種高精密全自動(dòng)軸承外圈徑向鉆孔機(jī)

顧其俊，陳光明，王君明,楊文強(qiáng)

(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310053；2.新昌大市聚職業(yè)中學(xué)，浙江 新昌 312500 ；3.新昌縣錦程精密機(jī)械有限公司，浙江 新昌 312500)

為解決非標(biāo)軸承外圈徑向鉆孔的生產(chǎn)需求，前期已研發(fā)了一款全自動(dòng)外球面軸承外圈徑向鉆孔機(jī)[1]，實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)軸承外圈的自動(dòng)徑向鉆孔，但采用該鉆孔機(jī)鉆孔，徑向孔數(shù)和孔間角度受到限制，而且孔徑尺寸和孔壁表面質(zhì)量一般，鉆孔后產(chǎn)生的孔口內(nèi)部毛刺不易去除，需要人工反復(fù)手動(dòng)刮除，容易刮傷表面，產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差，無法滿足現(xiàn)有市場(chǎng)中高精密軸承的生產(chǎn)需求，因此，又全新設(shè)計(jì)開發(fā)了一種高精密全自動(dòng)軸承外圈徑向鉆孔機(jī)。

1 鉆孔機(jī)結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)

針對(duì)應(yīng)用需求，新的鉆孔機(jī)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，包括用于軸承上料的自動(dòng)分選檢測(cè)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)上料裝置,用于不同角度分度鉆孔的伺服主軸夾持分度裝置和伺服鉆孔裝置,以及用于軸承精加工的伺服倒角裝置和氣動(dòng)鉸孔裝置等機(jī)械機(jī)構(gòu)，并通過電氣控制系統(tǒng)中的PLC程序控制各種機(jī)械機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件的毛坯檢測(cè)、鉆孔加工、內(nèi)邊倒角及內(nèi)部鉸孔等工序的全自動(dòng)化加工(圖1)。

1—?dú)鈩?dòng)鉸孔裝置；2—伺服倒角裝置；3—自動(dòng)下料機(jī)構(gòu);4—伺服鉆孔裝置；5—自動(dòng)上料裝置；6—伺服主軸夾持分度裝置；7—自動(dòng)分選檢測(cè)機(jī)構(gòu)

1.1 自動(dòng)分選檢測(cè)機(jī)構(gòu)[2]

自動(dòng)分選檢測(cè)機(jī)構(gòu)如圖2所示。工件自上料箱輸出后進(jìn)入送料檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)分選機(jī)構(gòu)對(duì)工件的毛坯尺寸進(jìn)行自動(dòng)精度檢測(cè)，剔除不合格的工件毛坯，檢測(cè)合格的毛坯經(jīng)下料輸送通道輸送到工件上料裝置的進(jìn)料口，由進(jìn)料口處設(shè)置的感應(yīng)器觸發(fā)上料氣缸運(yùn)動(dòng)，氣動(dòng)推桿推動(dòng)工件進(jìn)入伺服主軸夾持分度裝置的工件夾頭上，完成工件的自動(dòng)上料。

1—廢品輸出通道;2—下料輸送通道；3—檢測(cè)分選機(jī)構(gòu)；4—上料通道

1.2 伺服主軸夾持分度裝置[3]

伺服主軸夾持分度裝置如圖3所示，包括安裝支架、主軸座、主軸、主軸電動(dòng)機(jī)以及工件夾持機(jī)構(gòu)。安裝支架安裝于床身頂面；主軸座安裝在安裝支架上；主軸兩端軸承支承安裝于主軸座上；主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過皮帶傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)分度；工件裝夾機(jī)構(gòu)包括工件夾頭和夾緊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，工件夾頭為筒狀內(nèi)脹式，安裝于主軸前端，通過夾緊驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的夾緊氣缸帶動(dòng)夾緊拉桿夾緊和松開工件。夾持部的前方作為工件加工區(qū)，伺服鉆孔裝置和氣動(dòng)鉸孔裝置分別相對(duì)設(shè)置于工件夾頭前方工件加工區(qū)的兩側(cè)。

1.3 伺服鉆孔裝置[2-4]

伺服鉆孔裝置如圖3所示，包括安裝座、鉆頭、鉆桿、鉆桿支承座、X軸固定板、Y軸調(diào)節(jié)板、調(diào)節(jié)底座、鉆頭動(dòng)力電動(dòng)機(jī)以及鉆頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)。鉆桿通過軸承支承穿裝于鉆桿通孔內(nèi)，鉆頭固定安裝于鉆桿前端，鉆桿后端與鉆頭動(dòng)力電動(dòng)機(jī)連接,鉆頭動(dòng)力電動(dòng)機(jī)配合安裝有減速器，驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)底座通過調(diào)節(jié)螺釘安裝于床身上，Y軸調(diào)節(jié)板通過滑槽滑榫結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)的安裝于調(diào)節(jié)底座上，X軸固定板固定安裝于Y軸調(diào)節(jié)板上，安裝座通過滑槽滑榫結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)的安裝于X軸固定板上。

1—鉆頭；2—Y軸調(diào)節(jié)板；3—鉆桿支承座；4—鉆頭動(dòng)力電動(dòng)機(jī)；5—鉆頭進(jìn)給電動(dòng)機(jī)；6—安裝座；7—X軸固定板；8—主軸電動(dòng)機(jī)；9—夾緊氣缸；10—安裝支架；11—主軸座；12—工件夾頭；13—調(diào)節(jié)底座

鉆頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括鉆頭進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、絲桿副和導(dǎo)軌副，導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌沿X軸方向固定安裝于安裝座上，鉆桿支承座固定連接于導(dǎo)軌副的滑塊，鉆桿支承座與絲桿副的螺母固定連接，絲桿副的絲桿軸安裝于螺母上，鉆頭進(jìn)給電動(dòng)機(jī)與絲桿傳動(dòng)連接，鉆頭進(jìn)給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆桿支承座在X軸方向進(jìn)給鉆孔加工。

1.4 伺服倒角裝置

伺服倒角裝置如圖4所示，包括倒角刀、固定底座、動(dòng)力刀桿、刀架座以及倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)。固定底座安裝于床身上。倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括X軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)和Y軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)，X軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括X向?qū)к壐?、滑塊、進(jìn)給拖板和X向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，X向?qū)к壐卑惭b于固定底座上，滑塊安裝于X向?qū)к壐鄙?，進(jìn)給拖板安裝于滑塊上，由X向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)絲桿驅(qū)動(dòng)進(jìn)給拖板運(yùn)動(dòng)；Y軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括Y向?qū)к壐?、刀架座和Y向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，Y向?qū)к壐卑惭b于進(jìn)給拖板上，Y向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過絲桿副驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，刀架座安裝于Y方向?qū)к壐鄙?，隨Y向?qū)к壐盰向運(yùn)動(dòng)。刀架座上安裝有動(dòng)力刀桿，動(dòng)力刀桿包括倒角電動(dòng)機(jī)和傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，倒角電動(dòng)機(jī)固定安裝于刀架座上，傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一端與倒角刀的后端連接，另一端與倒角電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸連接，倒角電動(dòng)機(jī)通過傘齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)倒角刀具旋轉(zhuǎn)，鉆頭為復(fù)合鉆頭，具有倒角功能。

1—固定底座;2—X向?qū)к壐保?—進(jìn)給拖板；4—Y向?qū)к壐保?—刀架座；6—倒角刀；7—?jiǎng)恿Φ稐U；8—倒角電動(dòng)機(jī)；9—Y向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；10—X向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

1.5 氣動(dòng)鉸孔裝置

氣動(dòng)鉸孔裝置如圖5所示，包括固定座、調(diào)節(jié)螺釘、調(diào)節(jié)支架、支承架、導(dǎo)軌副、進(jìn)給氣缸、刀具安裝座和主軸。固定座安裝于機(jī)床床身上；調(diào)節(jié)支架燕尾配裝于固定座上，由安裝于固定座上的調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)前后位置，調(diào)節(jié)支架上安裝支承架，并通過調(diào)節(jié)支架上的滑槽實(shí)現(xiàn)刀具的高度調(diào)節(jié)，支承架上安裝有導(dǎo)軌副和進(jìn)給氣缸，刀具座安裝于導(dǎo)軌副上的滑塊上，在進(jìn)給氣缸的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)；主軸安裝于刀具座上，由安裝于刀具座上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)。

1—導(dǎo)軌副；2—鉸刀；3—主軸；4—刀具座；5—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；6—進(jìn)給氣缸；7—支承架;8—調(diào)節(jié)支架；9—調(diào)節(jié)螺釘；10—固定座

1.6 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括數(shù)控系統(tǒng)和伺服電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)通過程序協(xié)調(diào)控制自動(dòng)上下料、檢測(cè)、裝夾、進(jìn)給鉆孔、伺服倒角等機(jī)械部件的運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際動(dòng)作需求共配置了6個(gè)伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，通過設(shè)置6個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)模塊分別控制主軸分度、伺服鉆孔裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)、伺服倒角裝置的刀具轉(zhuǎn)動(dòng)和位置移動(dòng)等相對(duì)運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)選用廣數(shù)-DA98B系列[5]。該系統(tǒng)配置有多個(gè)輸入、輸出點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多軸控制功能，DA98B系列數(shù)控系統(tǒng)外部接線如圖6所示。

圖6 DA98B系列數(shù)控系統(tǒng)接線圖

2 工作流程

工件由自動(dòng)分選檢測(cè)機(jī)構(gòu)中的上料箱上料，經(jīng)過檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，輸送到自動(dòng)上料裝置輸送通道中，由自動(dòng)上料裝置中的推料機(jī)構(gòu)將工件安裝到主軸上；工件夾緊后伺服鉆孔裝置直線移動(dòng)，進(jìn)行鉆孔加工；鉆孔完成后鉆頭退回，伺服倒角裝置驅(qū)動(dòng)倒角刀具伸進(jìn)工件內(nèi)腔中，使倒角刀具對(duì)準(zhǔn)徑向通孔的內(nèi)孔口，倒角電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)倒角刀具旋轉(zhuǎn)對(duì)鉆孔的內(nèi)孔口進(jìn)行倒角加工；倒角完成后，主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)分度，使工件夾頭帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)到指定的加工位置，然后由氣動(dòng)鉸孔刀具對(duì)準(zhǔn)徑向通孔，進(jìn)給氣缸驅(qū)動(dòng)鉸刀進(jìn)給鉸孔加工。實(shí)現(xiàn)了一次裝夾，完成徑向鉆孔、內(nèi)倒角以及鉸孔等多工序。

3 生產(chǎn)驗(yàn)證

設(shè)備試制成功后在某企業(yè)進(jìn)行了試生產(chǎn)，通過一段時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行后，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表1)表明，該鉆孔機(jī)工作穩(wěn)定可靠，加工精度高,產(chǎn)品品質(zhì)較傳統(tǒng)自動(dòng)化鉆孔機(jī)得到明顯提升。

表1 外圈鉆孔機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)束語

新設(shè)計(jì)的高精密全自動(dòng)軸承外圈徑向鉆孔機(jī)，解決了傳統(tǒng)自動(dòng)鉆孔加工存在孔壁表面質(zhì)量差、內(nèi)邊孔口毛刺多等技術(shù)難題。通過數(shù)控系統(tǒng)程序與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相互控制，實(shí)現(xiàn)了毛坯檢測(cè)、上料、分度鉆孔、內(nèi)邊孔口倒角、孔壁鉸孔等工序的自動(dòng)化生產(chǎn)，大幅提高了產(chǎn)品的加工品質(zhì)和加工精度。該設(shè)備還可應(yīng)用于各類圓環(huán)類、套類等機(jī)械零件圓周徑向精密鉆孔加工，其加工最大孔徑可達(dá)16 mm，最大鉆深可達(dá)40 mm，且分度方便，具有一定的推廣價(jià)值。