數(shù)控深孔鉆鏜床授油器拖板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

展海瑜

(天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司技術(shù)中心，甘肅天水741024)

深孔鉆鏜床是適用于各類行業(yè)工件深孔加工的專用設(shè)備，在機(jī)械制造業(yè)、鋼鐵、核能、石油和天然氣等工業(yè)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在這些行業(yè)中，對(duì)深孔的尺寸和形狀公差有著非常高的要求。深孔鉆鏜削加工的通用特征是它具有很高的材料去除率、加工成形孔具有高的直線度、小的尺寸公差及高的表面質(zhì)量。近兩年，隨著機(jī)床行業(yè)的發(fā)展，使用者對(duì)機(jī)床的加工效率、精度及機(jī)床整體操作性能提出了更高的要求，為此數(shù)控深孔鉆鏜床的市場(chǎng)需求逐年增加。本文所述即為立足于此而設(shè)計(jì)的一款適用于數(shù)控深孔加工設(shè)備的新型授油器拖板結(jié)構(gòu)。

1 數(shù)控深孔鉆鏜床的特點(diǎn)

深孔是指有大的深徑比的孔。深孔鉆鏜削加工是指孔深超過10倍孔徑的孔時(shí)優(yōu)先采用的加工方法。在鉆鏜削時(shí)借助大流量、高壓力的冷卻液能使切屑碎裂，并順暢排除出去，而不堵塞和影響加工的表面質(zhì)量，同時(shí)又能有效降低刀具的升溫，提高孔的加工質(zhì)量。

根據(jù)深孔加工孔型大小及供應(yīng)冷卻液和排屑方式的不同，一般有3種鉆鏜削形式可供選擇:噴吸鉆系統(tǒng)、單管鉆系統(tǒng)、槍鉆系統(tǒng)[1]。單管鉆系統(tǒng)是深孔鉆鏜削機(jī)床最常用的，在不銹鋼和低碳鋼等切屑形成差的材料中，長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)時(shí)具有更多的優(yōu)點(diǎn):加工特別長(zhǎng)的工件時(shí)一致性好，效率高；采用單管鉆系統(tǒng)的深孔鉆鏜削機(jī)床甚至可以切削孔深大于100倍直徑的孔。

數(shù)控深孔鉆鏜床，區(qū)別于深孔鉆鏜床的最大特點(diǎn)是機(jī)床各動(dòng)作采用數(shù)控系統(tǒng)操控，人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度降低，機(jī)床自動(dòng)化程度要求較高，機(jī)床工作效率大副提高、加工精度較高；適用于深孔的半精加工及精加工要求。

2 深孔鉆鏜床中授油器的結(jié)構(gòu)及功用

在采用單管鉆系統(tǒng)深孔鉆鏜床中，如圖1所示，為了提供加工過程中必須的高壓冷卻液，每臺(tái)機(jī)床須配有深孔鉆鏜床專用部件授油器。授油器又名油壓頭，它的主要功用為:對(duì)工件的端面頂緊密封；對(duì)高壓冷卻液密封；對(duì)鉆桿及鉆頭附助支承及導(dǎo)向等，提高機(jī)床的加工精度[2]。在深孔鉆鏜床中，授油器是一個(gè)十分重要的部件，其性能好壞與否直接影響深孔鉆鏜床在深孔加工時(shí)的精度及效率。

根據(jù)授油器在深孔鉆鏜床中的功用，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通常將授油器分為上體授油器主體部分、下體進(jìn)給拖板兩部分結(jié)構(gòu)。上體部分主要實(shí)現(xiàn)高壓冷卻液的輸入、鉆桿鉆頭的附助支承及導(dǎo)向；而下體部分完成授油器沿床身導(dǎo)軌的前后移動(dòng)、對(duì)工件的端面頂緊及頂緊后的拖板鎖緊固定，同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷卻液的密封。

在普通深孔鉆鏜床中，授油器拖板驅(qū)動(dòng)通常有3種典型結(jié)構(gòu)[3]:第一種為伺服電動(dòng)機(jī)帶減速裝置經(jīng)梯型螺紋絲杠驅(qū)動(dòng)，如圖2所示；第二種為液壓油缸驅(qū)動(dòng)，如圖3所示；第三種為伺服電動(dòng)機(jī)帶減速裝置，通過齒輪齒條副的驅(qū)動(dòng)，參見圖4。3種不同的拖板驅(qū)動(dòng)形式根據(jù)機(jī)床加工特點(diǎn)選用，各有利弊。第一種梯型螺紋絲杠驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，帶動(dòng)拖板沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)到位后，可實(shí)現(xiàn)縱向自鎖。缺點(diǎn)是:其一梯型螺紋絲杠傳動(dòng)效率較低，相同的驅(qū)動(dòng)力矩所需電動(dòng)機(jī)功率較大；其二，對(duì)于長(zhǎng)行程移動(dòng)，為了防止絲杠加長(zhǎng)后的撓度變形，需配輔助支承，才可保證拖板進(jìn)給的平穩(wěn)性和精度，增加了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。所以對(duì)于長(zhǎng)行程深孔加工機(jī)床中，授油器拖板無法采用梯型螺紋絲杠驅(qū)動(dòng)。第二種液壓缸驅(qū)動(dòng)，在短行程機(jī)床中，也偶有使用。優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)直接，簡(jiǎn)化了機(jī)械驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是需配置專用液壓控制站，任何一個(gè)液壓件的性能都會(huì)影響授油器拖板的正常工作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較差。因此，目前對(duì)于深孔鉆鏜床授油器拖板驅(qū)動(dòng)使用最多的是第三種伺服電動(dòng)機(jī)帶減速裝置，通過齒輪齒條副的傳動(dòng)。該項(xiàng)結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是不受行程長(zhǎng)短限制，適用于任何長(zhǎng)度工件加工的機(jī)床，再者可與機(jī)床刀桿進(jìn)給拖板共用相同齒條副，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)節(jié)省了生產(chǎn)制造成本；缺點(diǎn)是齒輪齒條副自身無法自鎖，需增加單獨(dú)的鎖緊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)授油器到位頂緊工件后的鎖緊功能。普通深孔鉆鏜床授油器頂緊工件后的鎖緊多為手動(dòng)鎖緊，鎖緊過程中，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)工件的頂緊松動(dòng)、高壓冷卻液的泄漏及壓力的下降。

在分析各種拖板結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣性后，結(jié)合數(shù)控深孔鉆鏜床的性能要求，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種新型授油器拖板結(jié)構(gòu)。充分利用齒輪齒條副的傳動(dòng)不受行程長(zhǎng)短限制的優(yōu)點(diǎn)，更改授油器頂緊工件后的手動(dòng)鎖緊為液壓油缸推動(dòng)楔塊鎖緊，省時(shí)省力，安全可靠。

3 新型授油器拖板結(jié)構(gòu)的主要組成及工作原理

新型授油器拖板總體外觀結(jié)構(gòu)如圖4，右端配置伺服電動(dòng)機(jī)帶減速裝置一套，通過齒輪齒條副帶動(dòng)拖板實(shí)現(xiàn)不同速度的進(jìn)給或后退。本結(jié)構(gòu)最大的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在于，在拖板前后各增加一套結(jié)構(gòu)完全相同的專用液壓油缸[4]。其工作原理如圖5所示:當(dāng)拖板上前后兩套液壓油缸1中間油口進(jìn)油時(shí)，推動(dòng)第一活塞2和第二活塞3帶動(dòng)第一活塞桿4和第二活塞桿5向兩側(cè)移動(dòng)，活塞桿端頭的楔面迫使配裝在它之上的第一銷軸6和第二銷軸7向上移動(dòng)，由于銷軸與第一壓塊8和第二壓塊9裝成為一體，因此，會(huì)帶動(dòng)兩壓塊向上微移，壓緊床身導(dǎo)軌面，實(shí)現(xiàn)授油器拖板沿床身導(dǎo)軌自鎖，此時(shí)兩側(cè)的第一彈簧12和第二彈簧13處于壓縮狀態(tài)。當(dāng)鏜孔加工結(jié)束，鏜桿退回，授油器需松開時(shí)液壓油缸1兩側(cè)進(jìn)油口進(jìn)油，中間油口泄油，推動(dòng)第一活塞桿4和第二活塞桿5向中間移動(dòng)，第一銷軸6和第二銷軸7沿楔面下降，第一彈簧12和第二彈簧13回復(fù)原狀，彈力推動(dòng)第一壓塊8和第二壓塊9向下松開復(fù)位，此時(shí)拖板與床身導(dǎo)軌處于滑移導(dǎo)軌副配合，通過進(jìn)給裝置，帶動(dòng)授油器可沿床身移動(dòng)，遠(yuǎn)離工件，完成鏜孔工序總要求。

4 新型授油器拖板液壓控制設(shè)計(jì)

根據(jù)油缸動(dòng)作功能要求，設(shè)計(jì)拖板液壓控制原理圖如圖6所示，油泵電動(dòng)機(jī)液壓鎖緊機(jī)起動(dòng)供油，通過過濾器單向閥、溢流閥、三位四通換向閥實(shí)現(xiàn)油缸活塞的左右移動(dòng)，當(dāng)YV4電磁鐵帶電，油缸中間油口進(jìn)油，活塞驅(qū)動(dòng)活塞桿向兩側(cè)移動(dòng)，兩側(cè)銷軸帶動(dòng)壓塊上移，壓緊導(dǎo)軌面實(shí)現(xiàn)拖板沿床身導(dǎo)軌的自鎖；油路中設(shè)有單向閥以保主油路的暢通、溢流閥可調(diào)節(jié)主油路的壓力流量，設(shè)有液控單向閥實(shí)現(xiàn)油路的柔性保壓，當(dāng)壓塊鎖緊時(shí)，以免壓力過大，損傷機(jī)械零件。

5 新型授油器拖板結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性

本拖板結(jié)構(gòu)充分利用原機(jī)械結(jié)構(gòu)，增加前后兩套液壓缸，通過液壓控制每套液壓油缸帶動(dòng)左右完全對(duì)稱的兩活塞桿的移動(dòng)，充分發(fā)揮液壓控制的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)拖板壓塊相對(duì)床身導(dǎo)軌的鎖緊和滑移狀態(tài)的不斷自動(dòng)切換，徹底解決了手動(dòng)鎖緊存在的各種問題，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)控制，通過液壓實(shí)現(xiàn)了授油器拖板的自動(dòng)控制功能，大大節(jié)省了機(jī)床附助加工時(shí)間，極大提高了數(shù)控深孔鉆鏜床的工作效率。本結(jié)構(gòu)已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利。