重型鏜模的結(jié)構(gòu)設(shè)計*

□ 譚德寧 □ 趙榮榮 □ 張燕紅

山東華宇工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 山東德州 253034

1 設(shè)計背景

鏜模是一種機(jī)床專用復(fù)雜夾具,適用于相對固定、有精度要求的批量生產(chǎn)。加工某些箱體內(nèi)孔時,鏜桿長徑比為8∶1,鏜模能夠保證鏜桿前后雙支承,避免鏜桿彎曲。目前,重型鏜模沒有現(xiàn)成圖例和樣品可參考借鑒,只能進(jìn)行全新設(shè)計。

箱體的主要精度要求包括孔與孔之間距離精度、同一軸線上各孔同軸度、孔端面對軸線垂直度,如果出現(xiàn)精度超差,會使軸和軸承裝配到箱體內(nèi)產(chǎn)生歪斜,造成軸徑向跳動超差,加劇軸承磨損,嚴(yán)重影響軸承壽命,同時會加劇齒輪副磨損,嚴(yán)重影響齒輪嚙合質(zhì)量,縮短齒輪壽命。

鏜模法主要用于加工箱體、支承座等零件上的孔和孔系,各企業(yè)根據(jù)實際情況設(shè)計制造了不同的鏜孔專機(jī)。通常布置鏜套以引導(dǎo)鏜桿進(jìn)行鏜孔,能夠保證達(dá)到箱體孔的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度要求,形位精度一般可達(dá)0.01～0.03 mm,尺寸精度一般可達(dá)±0.03 mm。

筆者以CK61160G重型數(shù)控車床的床頭箱體生產(chǎn)為例,對重型鏜模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

2 床頭箱結(jié)構(gòu)

CK61160G重型數(shù)控車床的床頭箱體外形尺寸約為2 m×1.9 m×1.7 m,所設(shè)計的重型鏜模外形尺寸約為2.7 m×2.1 m×2.2 m。床頭箱結(jié)構(gòu)如圖1所示,在不影響鏜桿、鏜刀安裝和加工的基礎(chǔ)上,選擇底面、左側(cè)面、后側(cè)面定位,標(biāo)有定位、夾緊符號。在底面采用多塊等高長方體支承板定位,在左側(cè)面采用一塊擋板定位,在后側(cè)面采用兩塊小擋板定位,由此實現(xiàn)六點(diǎn)定位。考慮床頭箱的剛性,夾緊時必須可靠、牢固、穩(wěn)定,盡量減小床頭箱的變形和振動。上部采用兩塊壓板壓緊床頭箱,下部空腔處由多塊螺釘壓板壓緊床頭箱,右側(cè)面受到空間的限制,采用一個頂緊螺釘頂緊床頭箱,前側(cè)面采用兩個頂緊螺釘頂緊床頭箱,由此實現(xiàn)床頭箱的夾緊。

3 重型鏜模結(jié)構(gòu)

所設(shè)計的重型鏜模結(jié)構(gòu)如圖2所示。底座是安裝重型鏜模其它零件的基礎(chǔ)件,承受加工中的切削力和夾緊的反作用力,需要有足夠的強(qiáng)度和剛度。底座上設(shè)置找正基面,以找正重型鏜模在鏜孔專機(jī)上的正確工作位置。底座與鏜孔專機(jī)工作臺連接,底座上固定有多塊等高長方體支承板,實現(xiàn)定位。左鏜模和右鏜模安裝在底座上,吊架由V形塊在左鏜模和右鏜模上定位夾緊,可以實現(xiàn)床頭箱中間隔板內(nèi)孔的鏜削。由圖2可以明顯看出定位和夾緊的具體結(jié)構(gòu)。上部的兩塊壓板依靠夾緊桿、長螺柱實現(xiàn)夾緊,下部由多塊螺釘壓板壓緊。前側(cè)面的頂緊螺釘依靠定位座與底座連接,定位柱上有螺孔,兩個頂緊螺釘與兩個定位塊在同一位置,不會受偏心力的作用。右側(cè)面的頂緊螺釘很長,頂緊螺釘六方頭在鏜模外側(cè),方便操作,頂緊螺釘與定位擋板在同一位置,不會受偏心力的作用。這一重型鏜模在設(shè)計時考慮裝刀、卸刀的空間問題,在左鏜模、右鏜模與床頭箱之間留有一定的距離,方便裝刀和卸刀。

▲圖1 床頭箱結(jié)構(gòu)

▲圖2 重型鏜模結(jié)構(gòu)

4 主軸孔鏜桿組件

原主軸孔鏜桿組件如圖3所示。為了防止切削過程中鏜桿左右竄動,在鏜桿的兩端安裝推力軸承,由壓蓋通過螺釘與左鏜模、右鏜模連接,實現(xiàn)壓緊。精鏜刀和刮面刀比較長。精鏜刀采用調(diào)整螺釘調(diào)整刀頭的徑向走刀,為單面刃加工,刀體依靠擋塊和螺釘實現(xiàn)壓緊和定位。刮面刀的刀頭由螺桿棘輪連接,通過撥臂撥動棘輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)徑向走刀。實際加工時發(fā)現(xiàn),鏜桿的直徑為φ250 mmg6、φ300 mmg6,與鏜套采用H7/g6配合,配合間隙為0.07 mm,配合間隙過小,無法轉(zhuǎn)動,導(dǎo)致床頭箱上孔端面垂直度和孔距平行度無法保證。另一方面,鏜桿既旋轉(zhuǎn)又軸向運(yùn)動,滑套磨損較快。

針對以上問題,對主軸孔鏜桿組件進(jìn)行改進(jìn),如圖4所示。采用滾動導(dǎo)套加左鏜模、右鏜模兩點(diǎn)支承的通桿結(jié)構(gòu),適用于滾動線速度大于20 m/min的高精度鏜孔加工場合,可以減小滑套的磨損。滾動導(dǎo)套采用四組向心球軸承組合,中間由內(nèi)外隔套連接,并由壓蓋調(diào)隙、預(yù)載壓緊。鏜桿與滾動導(dǎo)套形成一個整體,滿足大孔鏜削的要求。鏜桿與鏜套采用0.02 mm配合間隙,只進(jìn)行軸向移動,既可保證加工精度,又能防止滑套磨損。

5 安裝

傳統(tǒng)鏜模大都設(shè)計為通用型結(jié)構(gòu),筆者在通用型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行革新,設(shè)計得到重型鏜模,保證床頭箱定位準(zhǔn)確、夾緊安全。

用于鏜削主軸孔的鏜桿長約3.5 m,直徑為250 mm,壁厚為40 mm,質(zhì)量約210 kg,人工無法搬動,需要用吊車起吊,從一端插入鏜套。鏜桿與鏜套為H7/g6配合,安裝非常不方便,需要兩三人配合,耗時20～30 min才能基本完成安裝。針對安裝問題,采用開蓋式鏜模支架,如圖5所示。將鏜桿、鏜套用吊車起吊,從床頭箱的大孔中插入,合蓋,由螺釘擰緊即可。這樣不僅省時,而且只需要一人即可完成安裝。

▲圖5 開蓋式鏜模支架

6 磨損

鏜桿的直徑為250 mm,鏜削時轉(zhuǎn)速為220～600 r/min,鏜桿與鏜套之間存在滑動摩擦,會產(chǎn)生大量熱量。運(yùn)轉(zhuǎn)10～30 h后,鏜套會被刮傷,并且磨損劇烈,導(dǎo)致鏜桿定位精度超差,出現(xiàn)廢品。

針對磨損問題,采用鏜桿通過滾動軸承與鏜套連接的結(jié)構(gòu),避免鏜桿與鏜套之間滑動摩擦產(chǎn)生大量熱量,保證鏜套的使用壽命。

7 工作精度

鏜桿與鏜床主軸采用雙十字軸接頭式聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器雖然可以消除鏜桿與重型鏜模主軸的不同軸現(xiàn)象,但是也帶來一定的負(fù)面影響,如鏜桿在軸向有2 mm以內(nèi)的往復(fù)竄動,這在端面鏜削中是不允許的。

針對工作精度問題,在鏜桿的兩端安裝推力軸承,通過螺栓、螺母將壓蓋與左鏜模支架、右鏜模支架連接,實現(xiàn)壓緊,使鏜桿與左鏜模支架、右鏜模支架連為一體,避免產(chǎn)生軸向竄動。

8 結(jié)束語

筆者對重型鏜模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,針對實際鏜削加工中存在的問題,在保證重型數(shù)控車床床頭箱定位準(zhǔn)確、夾緊安全可靠的基礎(chǔ)上,進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn),降低制造成本,提高加工精度。采用所設(shè)計的重型鏜模,可以避免齒輪軸歪斜,降低齒輪嚙合過程中噪聲對人體的影響,床頭箱的尺寸精度、形位公差、表面粗糙度全部合格,達(dá)到圖紙的技術(shù)要求。