結(jié)構(gòu)件搖臂鉆床鏜孔工藝

朱小偉

徐州重型機械有限公司 江蘇徐州 221004

1 序言

起重機零件中有大量單向小檔距孔組結(jié)構(gòu)件及拉板等，這類零件的共同特點是有幾個通孔，通孔檔距較小而且都在徑向上，方向單一，但孔距精度要求高。由于搖臂鉆床無法滿足該類零件的孔距尺寸要求，因此需要在加工中心（雙面鏜銑加工中心、鉆銑加工中心）上加工，從而導(dǎo)致加工時間長、制造費用過高。經(jīng)探索，設(shè)計了一種用于搖臂鉆床鏜孔的刀具組件和鏜孔工藝，可以實現(xiàn)以上零件在搖臂鉆床進行鏜孔，并且可以有效地保證孔組的孔徑尺寸和幾何尺寸要求。

2 關(guān)鍵問題

圖1為滑輪架、桁架臂和拉板3種典型孔組零件。可以看出該類零件一般為焊接而成，零件中存在幾個通孔結(jié)構(gòu)，這些孔在徑向上重合或平行，孔組有較高的孔徑尺寸公差和位置尺寸要求，需要進行鏜孔加工。

以圖1c拉板為例，兩孔的孔徑尺寸為φ D+0.3+0.2mm，孔距尺寸為（L±0.2）mm。若采用搖臂鉆床加工，此位置尺寸無法保證，因此傳統(tǒng)的加工方法是在數(shù)控加工中心上加工該孔組。

為降低加工成本，提高加工效率，本文采用一種新的加工工藝，根據(jù)鉆床及被加工零件特點，設(shè)計一種用于搖臂鉆床鏜孔的刀具組件和鏜孔工藝，實現(xiàn)以上零件在搖臂鉆床上進行鏜孔。

圖1 孔組零件

新工藝方法需要解決的關(guān)鍵問題為：零件孔組定位和鉆床鏜孔刀具定位。

3 解決方案

圖2為搖臂鉆床鏜孔刀具組件，主要由搖臂鉆床、定位平臺、刀具快換夾頭、萬向楔塊和專用刀具等組成。

1）在定位平臺上根據(jù)結(jié)構(gòu)件孔距要求使用龍門加工中心加工出定位孔，為了提高平臺的利用率，定位平臺可以加工出數(shù)種結(jié)構(gòu)件孔距定位孔，定位孔為梯形孔，方便在定位孔安裝耐磨銅套[1]。

圖2 搖臂鉆床鏜孔刀具組件

使用加工中心根據(jù)結(jié)構(gòu)件孔距尺寸加工出定位孔（見圖3），實現(xiàn)多產(chǎn)品共用一塊平臺。定位平臺上的定位孔在數(shù)控加工中心上加工，可以很好地滿足孔距設(shè)計要求。為防止多次使用影響定位精度，定位孔上安裝耐磨套，耐磨套與鏜孔定位銷和刀具導(dǎo)向軸配合，這樣定位孔磨損后，可以通過更換耐磨套的方式保證定位精度，而不必加工新的定位平臺。定位孔為梯形孔，上部有3處緊固螺紋用來固定耐磨套，平臺加工的定位孔與耐磨套配合間隙≤0.02mm。

2）使用萬向楔塊調(diào)整平臺，保證加工出定位孔的軸線與鉆床的主軸軸線平行。使用加工中心加工定位孔時，在平臺中部加工出十字交叉面，通過水平儀測量，然后使用工具調(diào)節(jié)萬向楔塊來確定定位孔的軸線與鉆床的主軸軸線平行。定位平臺的調(diào)節(jié)如圖4所示。

圖3 定位孔的加工

圖4 定位平臺的調(diào)節(jié)

圖5為改進后的萬向可調(diào)楔形塊，主要由楔塊母體、滑行體、升降塊、圓弧塊和調(diào)節(jié)螺釘組成，其工作原理為：調(diào)節(jié)螺釘與滑行體螺紋聯(lián)接，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘，可以控制滑行體左右移動，從而帶動升降塊上下移動；圓弧塊和升降塊是球面接觸，當定位平臺傾斜時，圓弧塊能旋轉(zhuǎn)至與定位平臺底面接觸，從而增大接觸面積，保證加工過程中的定位穩(wěn)定。

圖5 萬向可調(diào)楔形塊

3）工件的定位與裝夾。結(jié)構(gòu)件根據(jù)定位孔裝夾，為了使工件能快速定位，使用設(shè)計的鏜孔定位銷確定工件的位置，保證被加工的結(jié)構(gòu)件各組孔的軸線與平臺的定位孔軸線相對重合（偏差距離不能大于結(jié)構(gòu)件被加工孔的單邊加工余量），然后將工件固定在定位平臺上[2]。

鏜孔定位銷設(shè)計為前細后粗的形式，前段與定位孔耐磨套配合，后段與零件配合。鏜孔定位銷前段直徑為20mm，后段直徑比工件毛坯孔小10mm，可以很好地保證孔的定位精度?？捉M定位平臺如圖6所示。

圖6 孔組定位平臺

4）工件的加工。將鉆床鏜孔刀具一側(cè)安裝在與鉆床主軸聯(lián)接的快換夾頭上，另一側(cè)導(dǎo)向軸與平臺定位孔的耐磨套間隙配合。根據(jù)鉆床鏜孔參數(shù)，選擇合理的轉(zhuǎn)速與進給實現(xiàn)鏜孔加工。鏜孔刀具分為粗鏜刀和精鏜刀，粗鏜刀可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件毛坯孔大余量去除，提高鏜孔效率；精鏜刀可以保證孔徑尺寸。

圖7 搖臂鉆床鏜孔粗鏜刀

圖8 搖臂鉆床鏜孔精鏜刀

根據(jù)孔組件搖臂鉆床加工工藝要求，設(shè)計制造一套專用機械加工刀具。圖7、圖8分別為搖臂鉆床鏜孔所使用的粗鏜刀、精鏜刀，為滿足刀具的高強度、高韌性要求，制造刀具的材料選擇42CrMo材質(zhì)。刀具加工完成后，對其進行調(diào)質(zhì)處理，使其達到一定的疲勞極限和抗沖擊能力。刀具主要包括刀柄、刀片和定位銷。粗鏜刀刀體上安裝3個刀片，可實現(xiàn)最大20mm范圍調(diào)節(jié)；定位銷通過滾動軸承與刀體聯(lián)接。精鏜刀刀體上安裝了調(diào)節(jié)精度可達0.01mm的精鏜單元，且可實現(xiàn)最大2mm范圍調(diào)節(jié)[3]。

鏜孔過程中，粗鏜刀具有不均勻孔鏜削功能，粗、精鏜刀均可實現(xiàn)范圍調(diào)節(jié)螺旋下排屑技術(shù)和高速定向切削功能。鏜孔時，鏜刀上的定位銷插入定位平臺的定位孔中，實現(xiàn)鏜孔定位。由于鏜孔加工轉(zhuǎn)速快，刀具所受切削力較大，同時由于摩擦作用，定位銷在定位孔中旋轉(zhuǎn)很容易增大刀架受力，并且容易造成磨損，因此定位銷與刀體通過滾動軸承支撐，從而實現(xiàn)定位銷相對定位平臺靜止，減小定位銷和定位孔的磨損，并且減小刀具受力。

刀具快換夾頭可以實現(xiàn)不同類型的鉆床鏜孔刀具快速更換，解決了刀具與鉆床使用莫式錐柄安裝更換效率低的問題。該裝置使用多頭螺紋快速推進夾緊刀具，可以實現(xiàn)刀具一定二固功能。刀具安裝在快換裝置上，由定位機構(gòu)對刀具進行固定，然后通過扳手旋轉(zhuǎn)三頭螺紋，利用楔塊推動固定機構(gòu)對鏜孔刀具進行緊固。刀具快換裝置如圖9所示。

圖9 刀具快換裝置

加工過程中鏜孔刀具的導(dǎo)向軸與平臺定位孔的耐磨套配合間隙為0.02mm，可以有效保證刀具的穩(wěn)定性，從而可以保證高精度結(jié)構(gòu)件的孔徑尺寸和孔距尺寸。

4 現(xiàn)場驗證

新設(shè)計的搖臂鉆床鏜孔刀具組件已在現(xiàn)場投入使用。圖10為鏜孔刀具定位加工過程，刀具的導(dǎo)向軸可以很容易地插入定位孔，實現(xiàn)鏜孔定位，并進行后續(xù)鏜削加工。鉆床鏜孔的結(jié)構(gòu)件在加工過程中很穩(wěn)定。刀具導(dǎo)向軸與平臺定位孔耐磨套配合間隙為0.015mm，加工過程中刀具旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，粗鏜排屑順暢。

圖11為加工完成后的零件檢測。利用檢測工具對加工完成的孔徑尺寸、表面粗糙度及孔距尺寸進行測量，各數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計要求。鏜孔的孔徑精度可達到0.02mm，表面粗糙度值Ra＜3.2μm，孔距尺寸在0.05mm以內(nèi)。

試驗證明，該加工方法完全可以滿足結(jié)構(gòu)件設(shè)計要求，并且操作方便，降低了生產(chǎn)成本。目前，該加工方法已投入結(jié)構(gòu)件的批量加工中。

圖10 鏜孔刀具定位加工

圖11 加工完成后的零件檢測

5 結(jié)束語

針對單向小檔距孔組類零件需要在數(shù)控加工中心上加工，但制造費用過高的問題，通過研究該類零件的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了全新的鉆床鏜孔刀具及鏜孔方法，打破行業(yè)單向小檔距孔組結(jié)構(gòu)件在數(shù)控設(shè)備上加工的模式，實現(xiàn)鉆床鏜孔，在保證加工質(zhì)量的前提下降低了加工成本，也為此類孔組件的加工提供了參考依據(jù)。