消防栓體鉆孔組合機(jī)床及其夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施兆春

摘 要：消防栓體鉆孔組合機(jī)床可同時(shí)鉆栓體左法蘭面孔、右法蘭面孔及側(cè)面孔，加工效率高，經(jīng)過調(diào)整，機(jī)床還可兼容加工長度不同、法蘭端面孔位變化的多種規(guī)格栓體，經(jīng)濟(jì)效益高。鑒于此，對(duì)消防栓體鉆孔組合機(jī)床及其具有兼容功能的夾具設(shè)計(jì)、動(dòng)力頭設(shè)計(jì)、滑臺(tái)選用進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：消防栓體;組合機(jī)床;夾具設(shè)計(jì);動(dòng)力頭設(shè)計(jì);滑臺(tái)選用

0 引言

消防栓也叫消火栓，由消防箱、消防水帶、水槍、接口、消防栓體、卡子等組合而成，從消防給水管網(wǎng)取水實(shí)施滅火。消防栓體是消防栓的主要零件，一端與水管法蘭連接，另一端與消防水帶接口法蘭連接。消防栓體加工為中批量、多品種共用一臺(tái)設(shè)備。

1 消防栓體主要生產(chǎn)工藝

（1）鑄造后時(shí)效處理;（2）內(nèi)腔清砂刷油漆;（3）車兩端法蘭面，鏜孔，倒角;（4）鉆兩端法蘭連接孔、側(cè)面孔;（5）檢驗(yàn)。

2 消防栓體專機(jī)主要加工內(nèi)容

消防栓體為鑄件，材料為灰口鑄鐵，材料硬度HB220，專機(jī)加工前，已完成兩端法蘭面、側(cè)面的加工。專機(jī)加工內(nèi)容對(duì)應(yīng)上述生產(chǎn)工藝（4）鉆消防栓體的左右法蘭面孔和側(cè)面孔，即在70 s（含裝卸時(shí)間20 s）內(nèi)完成消防栓體左面4-？準(zhǔn)14深30 mm、右面8-？準(zhǔn)19深16 mm通孔，側(cè)面？準(zhǔn)12.5通沉？準(zhǔn)17.5深20 mm復(fù)合孔，共計(jì)13個(gè)孔加工。

3 零件結(jié)構(gòu)分析

殼體零件為中空殼體，形狀較復(fù)雜，剛性好，材料易加工排屑。零件較重，裝卸費(fèi)力。兩端法蘭面，孔已加工，完全定位。專機(jī)要求兼容多個(gè)品種消防栓體零件加工，如圖1、圖2、圖3所示，共3個(gè)品種7個(gè)規(guī)格[1-2]。如圖1（a）所示，所有零件剖面形狀類似，零件最長L=1 080 mm，最短L=330 mm;左端法蘭孔孔徑位置尺寸相同，如圖4所示，鉆4-？準(zhǔn)14+0.2? +0.1 mm通孔;右面尺寸略有變化，如圖1（b）、圖2（a）（b）、圖3所示，右面法蘭面上4-？準(zhǔn)19 mm或8-？準(zhǔn)19 mm均布孔，無預(yù)作底孔，起始角度分別為45°、22.5°;對(duì)面臺(tái)階孔孔徑均為？準(zhǔn)12.5、？準(zhǔn)17.5，有預(yù)作底孔，孔徑余量2 mm，中心偏移小于1 mm，與大孔中心距分別為78.5 mm、75 mm、81 mm，距法蘭端面L1分別為26 mm、64 mm、94 mm。

因此，機(jī)床要兼容加工多品種零件，專用動(dòng)力頭、夾具的設(shè)計(jì)以及滑臺(tái)的準(zhǔn)確選用是專機(jī)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

4 機(jī)床總體設(shè)計(jì)

機(jī)床總圖如圖5所示，機(jī)床為三面臥式結(jié)構(gòu)[3]，品字型床身01臺(tái)面上左右分別裝左滑臺(tái)02、右滑臺(tái)07，左滑臺(tái)滑鞍上裝四軸鉆孔動(dòng)力頭03及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，右滑臺(tái)滑鞍上裝八軸鉆孔動(dòng)力頭06及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)面裝單軸鉆孔動(dòng)力頭，鉆孔動(dòng)力頭與床身間有墊塊。夾具部件04分左右兩部分，分別安裝在左右滑臺(tái)的滑鞍上，滑鞍根據(jù)零件長短確定位置后鎖緊。加工過程中夾具起定位夾緊及鉆模導(dǎo)向作用。刀具部件05為高速鋼鉆頭，其他還有潤滑部件08、氣動(dòng)部件09、防護(hù)部件10、冷卻部件11、液壓部件12、控制部件13等。

5 機(jī)床動(dòng)作

機(jī)床調(diào)整完成后，裝零件，夾具油缸夾緊工件，關(guān)閉防護(hù)門，所有鉆孔動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)，冷卻液打開，左右滑臺(tái)快進(jìn)工進(jìn)（對(duì)面動(dòng)力頭自驅(qū)快進(jìn)工進(jìn)）;加工完成后，冷卻液關(guān)閉，動(dòng)力頭停止旋轉(zhuǎn)，滑臺(tái)快退（對(duì)面動(dòng)力頭自驅(qū)快退），打開防護(hù)門，油缸松開，卸工件，開始下一個(gè)加工循環(huán)。

6 切削參數(shù)

圖6為機(jī)床加工示意圖[4]，所有孔設(shè)定的線切削速度為v=20 m/min，進(jìn)給量f=0.2 mm/r;左面？準(zhǔn)14孔轉(zhuǎn)速n=455 r/min，每分鐘進(jìn)給量91 mm;右面？準(zhǔn)19孔轉(zhuǎn)速n=335 r/min，每分鐘進(jìn)給量67 mm;對(duì)面鉆？準(zhǔn)12.5，擴(kuò)？準(zhǔn)17.5臺(tái)階孔轉(zhuǎn)速n=365 r/min，每分鐘進(jìn)給量73 mm。

7 夾具設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)除滿足工件定位、夾緊的基本功能以外，還需考慮鉆頭的導(dǎo)向和多個(gè)品種兼容功能。如圖7所示，以長度1 080 mm為例介紹夾具定位、夾緊設(shè)計(jì)[5]。

7.1? ? 夾具定位

如圖7（d）所示，右邊限位塊21、22粗限位，如圖7（a）所示，定位塊12、定位銷08/09/10限制工件右端的3個(gè)自由度（X、Y、Z方向移動(dòng)），如圖7（c）所示，左邊定位塊18、19粗限位，定位塊分別安裝在限位塊16、17上，限位塊與右夾具體固定連接;如圖7（a）所示，定位銷08/09/10安裝在右端夾具體11上。圓柱銷06、菱形銷07限制工件左端3個(gè)自由度（X、Y、Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)），圓柱銷、定位銷各自由螺釘緊固在導(dǎo)桿05上，由油缸04驅(qū)動(dòng)壓緊。導(dǎo)桿沿導(dǎo)向座03移動(dòng)，導(dǎo)向座右端安裝在左端夾具體01上，左端固定油缸。因此，工件為完全定位。

7.2? ? 夾具夾緊

夾具以側(cè)面孔為基準(zhǔn)，右夾具體固定安裝在右滑臺(tái)滑鞍上，與側(cè)面孔位置尺寸調(diào)整好后，鎖緊滑鞍壓板。左夾具體安裝在左滑臺(tái)滑鞍上，鎖緊滑鞍壓板，油缸驅(qū)動(dòng)夾緊，夾緊力可根據(jù)需要調(diào)整大小。

7.3? ? 夾具導(dǎo)向

夾具調(diào)整完畢，左右夾具體與左右滑臺(tái)固定，導(dǎo)向時(shí)左右夾具體起固定鉆模板作用。如圖7（e）所示，右邊動(dòng)力頭高速鋼鉆頭由右夾具體上4（8）-？準(zhǔn)19鉆套導(dǎo)向;如圖7（f）所示，左邊動(dòng)力頭高速鋼鉆頭由左夾具體上4-？準(zhǔn)14鉆套導(dǎo)向。

7.4? ? 夾具安裝

一般機(jī)床夾具安裝在兩個(gè)動(dòng)力頭之間的床身上，由夾具墊塊調(diào)整零件、刀具與動(dòng)力頭位置。本機(jī)床零件品種更換帶來長度尺寸變化，夾具定位和壓緊必須相應(yīng)變化，將左右夾具體設(shè)計(jì)為安裝在滑臺(tái)的滑鞍上，滑鞍沿導(dǎo)軌移動(dòng)。

7.5? ? 品種更換