箱型內(nèi)孔不貫通鍵槽零件加工裝置的設(shè)計與應(yīng)用

田若思

（上海機電工程研究所， 上海　201109）

引言

航天產(chǎn)品需要采用大量的計算機嵌入式硬件，主要用于對控制元器件的安裝與定位，這些組件需根據(jù)使用工況和應(yīng)用場合的不同進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通常會遇到箱型內(nèi)孔不貫通鍵槽類零件的加工問題，由于加工部位的空間狹窄，刀具不能直接伸入工件內(nèi)腔進(jìn)行加工，因此采用通用設(shè)備或數(shù)控設(shè)備均難以解決，若采用電火花機床進(jìn)行加工，則存在制造周期長、加工費時、成本增大等弊端，已無法適應(yīng)目前航天產(chǎn)品研制周期短、批量生產(chǎn)明顯增加的實際需求，為此需考慮一種經(jīng)濟(jì)實用的加工手段來解決生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)的這一技術(shù)難題。

1　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡介

計算機嵌入式硬件的開發(fā)應(yīng)用中，內(nèi)部型腔的加工是經(jīng)常要遇到的問題，以箱型內(nèi)孔不貫通鍵槽類零件為例，一般用于硬件的支承傳動或驅(qū)動動力裝置的傳遞，材質(zhì)采用合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMo制造，經(jīng)鍛制毛坯并回火熱處理后加工成型，具體結(jié)構(gòu)見圖1 所示[1]。

圖1　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡圖（mm）

畫出產(chǎn)品三維效果見圖2所示[2]。

圖2　產(chǎn)品三維效果圖

2　產(chǎn)品加工工藝分析

根據(jù)箱型內(nèi)孔不貫通鍵槽類零件的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分析，其外形平面及四周棱邊倒角可均可通過普通立式銑床完成加工，內(nèi)孔采用鏜床或車床也可對其進(jìn)行加工。由于孔內(nèi)鍵槽沒有貫通，所以無法用插床加工，銑床立銑頭又無法伸至孔內(nèi)，這就給加工帶來了一定的難度。現(xiàn)有的工藝方法可以通過電火花加工來完成孔內(nèi)不貫通鍵槽的加工，而冷加工與電加工的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致了加工周期的延長，同時由于電火花加工機床還需要制作專用電極，費用昂貴，增大了加工制造的成本，有時還需通過外協(xié)單位解決，加工制造極不方便，不能有效保證加工進(jìn)度，如果能夠通過加裝專用裝置對立式銑床進(jìn)行改造來拓展其加工功能，在立式銑床上實現(xiàn)孔內(nèi)不貫通鍵槽的加工，就可以節(jié)約大量的時間和費用，還可方便現(xiàn)場生產(chǎn)的組織，及時滿足生產(chǎn)的需要[3]。

3　銑床主軸專用裝備的設(shè)計

采用立式銑床加工孔內(nèi)不貫通鍵槽時，主軸刀具難以伸至孔內(nèi)直接進(jìn)行加工，為此需將銑床的動力源進(jìn)行延伸，使延伸部分伸入工件孔內(nèi)，所夾持的刀具對孔內(nèi)鍵槽進(jìn)行直接加工，按照以上思路和設(shè)想，設(shè)計出銑床主軸專用輸出裝置，具體結(jié)構(gòu)見圖3所示[4]。

圖3　銑床主軸專用輸出裝置結(jié)構(gòu)原理圖

該裝置外形呈懸臂式結(jié)構(gòu)，通過立式支座2直接安裝在立式銑床的動力頭上。裝置采用三件模數(shù)、齒數(shù)相同的齒輪，按照兩級齒輪傳動的原理，將動力源傳遞到懸臂外端的輸出端，由于結(jié)構(gòu)緊湊、外輪廓尺寸較小，懸臂可以方便地伸至零件孔內(nèi)加工內(nèi)鍵槽。該結(jié)構(gòu)采用兩級外嚙合直齒圓柱齒輪傳動的原理設(shè)計，由固定支承板1、立式支座2、兩級齒輪傳遞、立銑刀10、彈性夾緊套9和拉緊螺桿5等主要零件組成，其中機床主軸通過夾套與齒輪軸（1）聯(lián)接，作為傳動工裝的驅(qū)動源，通過兩級齒輪傳動將主軸動力傳遞到立銑刀上。具體制造時，齒輪材質(zhì)選用40Cr鋼，熱處理硬度（HRC）為58～62，齒輪軸材質(zhì)選用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度（HRC）為45～50[5]。

銑床主軸專用裝置安裝調(diào)試時，首先將齒輪（1）安裝在齒輪軸（1）上，通過六角螺栓16進(jìn)行緊固，然后將齒輪軸（1）通過夾套安裝到立式銑床的主軸上，此時應(yīng)充分考慮加工部位的空間位置，調(diào)整好其伸出機床主軸的高度尺寸，然后在立式支座2上端法蘭處通過M10六角螺栓緊固在機床動力頭的固定外圈上，形成穩(wěn)定的支承基座，接著將已經(jīng)安裝好齒輪（2）、齒輪（3）的固定支承板通過M10六角螺栓連接到固定支承板的下端，保證齒輪（1）、齒輪（2）、與齒輪（3）的正確嚙合與傳動。立式銑床主軸啟動后，穩(wěn)固的立式支座與固定支承板保證了裝置與零件間的準(zhǔn)確定位，平穩(wěn)傳動的齒輪系滿足了立式銑刀切削加工的順利進(jìn)行，由于從機床主軸動力到延伸輸出端采用1∶1兩級齒輪傳遞，沒有轉(zhuǎn)速衰減，因此在選擇切削參數(shù)時，可直接按機床主軸輸出動力進(jìn)行考慮，這就極大地方便了現(xiàn)場操作者的使用。

立銑刀安裝時，可將刀柄裝入彈性夾緊套9內(nèi)，由于彈性夾緊套錐度部分開有數(shù)道軸向脹槽，當(dāng)擰緊拉緊螺栓時，彈性夾緊套隨之上移，依靠與齒輪軸（2）錐度部分的配合進(jìn)行軸向收攏，將立銑刀自動對中并夾持牢固。

具體加工產(chǎn)品時，通過高精度分度盤卡盤向內(nèi)撐緊工件內(nèi)孔，將工件與刀具位置找正后，先加工完一端內(nèi)鍵槽，刀具位置不動，分度盤隨同工件一同旋轉(zhuǎn)180°并準(zhǔn)確定位后，加工出另一端對稱位置的內(nèi)鍵槽，之后將工件從分度盤中卸下，安裝另一件產(chǎn)品進(jìn)行加工。工件的定位方式符合基準(zhǔn)重合原則，能夠有效保證上、下鍵槽的對稱度精度，滿足產(chǎn)品加工后的一致性要求。

3　結(jié)語

銑床主軸專用輸出裝置加工方案實施后，可以直接采用專用裝置上的圓柱銑刀，經(jīng)濟(jì)有效地加工零件內(nèi)孔中不貫通對稱位置的鍵槽，使工件在同一裝夾位置實現(xiàn)不貫通對稱鍵槽的加工，提高了零件的加工位置精度，實現(xiàn)了在普通立式銑床上加工箱型內(nèi)孔不貫通鍵槽工序的目的，免去了外協(xié)電火花加工工序，同時保證了生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了加工費用，取得了降本增效的良好效果，為類似航天產(chǎn)品的加工提供了一種解決問題的思路與技術(shù)途徑。

[1]于惠力，馮新敏.現(xiàn)代機械零部件設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

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[4]吳圣莊.金屬切削機床[M].北京：機械工業(yè)出版社，1984.

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