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臥式車床分度銑鉆功能改造如何進(jìn)行

介紹了在標(biāo)準(zhǔn)臥式車床基礎(chǔ)上僅增加銑鉆動(dòng)力頭的局限性,將臥式車床改造成車銑鉆復(fù)合加工專機(jī),增加分度裝置和銑削鉆削裝置,改造機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng),并介紹其加工方案。 

1.序言 

各種機(jī)械加工零件中,有一類工件(見圖1)外形尺寸較大,質(zhì)量較重,在外圓和端面上均布銑削和鉆削的加工要素,例如,2×660MW超臨界燃煤空冷機(jī)組的空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子中心筒,直徑約1500mm,長(zhǎng)度約5000mm,工件質(zhì)量約20t,不僅需要車削加工外圓和端面,還要加工外圓和端面上均布的鍵槽和通孔。目前加工此類工件比較經(jīng)濟(jì)的方法是先在臥式車床上車削外圓及端面,然后人工劃線,再二次裝夾,由專用銑床和鉆床加工鍵槽和通孔,精度差,效率低。重型數(shù)控車削中心加工精度和效率高,但使用成本很高,所以需要一個(gè)既能提高精度和加工效率,又能實(shí)現(xiàn)使用成本較低的加工方案。 

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圖1 工件示意 

2.臥式車床的結(jié)構(gòu)及局限性 

臥式車床車削加工時(shí),主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸箱為工件提供切削時(shí)所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩,掛輪系統(tǒng)聯(lián)接主軸箱和進(jìn)給系統(tǒng),進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)源來自于與主軸箱傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)相聯(lián)的光杠及絲杠,使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速直接關(guān)聯(lián),以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量表示出來。 

在臥式車床上僅增加一套銑鉆動(dòng)力頭,只能夠完成單一位置通孔的鉆削加工,原因如下:首先,臥式車床無法進(jìn)行分度,加工第一個(gè)通孔后,無法定位后續(xù)孔的位置,無法完成后續(xù)孔的加工;其次,銑鉆動(dòng)力頭的進(jìn)給依靠機(jī)床床鞍和小滑板的進(jìn)給,臥式車床床鞍進(jìn)給的動(dòng)力來源于主電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)主軸,主軸通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)掛輪系統(tǒng)、進(jìn)給箱、光杠和溜板箱帶動(dòng)床鞍進(jìn)給,而銑削鍵槽時(shí),主軸不允許旋轉(zhuǎn),造成床鞍不能進(jìn)給,鍵槽無法加工。綜上所述,在臥式車床上僅增加一套銑削動(dòng)力頭是不能完成銑削和鉆削加工的。 

3.臥式車床改造成車銑鉆復(fù)合加工專機(jī) 

3.1 總體布局 

臥式車床改造成車銑鉆復(fù)合加工專機(jī)的總體布局如圖2、圖3所示。其中加工外圓圓周上均布的鍵槽和通孔時(shí)參照?qǐng)D2進(jìn)行,加工端面上通孔時(shí)參照?qǐng)D3進(jìn)行。 

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圖2 總體布局1示意 

1—進(jìn)給箱 2—掛輪 3—主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置 4—主軸箱 5—銑鉆動(dòng)力頭 6—卡盤  7—工件 8—尾座 9—伺服電動(dòng)機(jī) 10—小滑板 11—溜板箱 12—光杠 

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圖3 總體布局2示意 

1—進(jìn)給箱 2—掛輪 3—主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置 4—主軸箱 5—卡盤 6—工件  7—銑鉆動(dòng)力頭 8—尾座 9—伺服電動(dòng)機(jī) 10—小滑板 11—溜板箱 12—工件托架 13—光杠 

圖2中,件1是進(jìn)給箱,銑鉆加工時(shí)進(jìn)給箱處于空擋脫開狀態(tài);件2是掛輪,聯(lián)接主軸箱與走刀箱;件3是主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置,對(duì)工件進(jìn)行手動(dòng)分度和液壓鎖緊;件4是主軸箱,內(nèi)部安裝有主軸,為工件加工提供所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩;件5是銑鉆動(dòng)力頭,可安裝不同刀具,并為銑鉆加工提供切削力;件6是卡盤,用于裝夾工件;件8是尾座,用于支撐工件;件9是伺服電動(dòng)機(jī),通過齒輪傳動(dòng)與光杠聯(lián)接,可在主軸不旋轉(zhuǎn)的情況下,帶動(dòng)光杠和溜板箱提供進(jìn)給動(dòng)力;件10是小滑板,小滑板上加工有 圓形T形槽,銑鉆動(dòng)力頭可以沿圓形T形槽整體旋轉(zhuǎn) 90°并鎖緊,完成外圓和端面加工要素的加工;件11是溜板箱,可以控制進(jìn)給方向;件12是光杠,將進(jìn)給力傳遞至進(jìn)給系統(tǒng)。 

圖3中,件12為工件托架,可對(duì)工件進(jìn)行支撐,與工件接觸為滾輪式結(jié)構(gòu)。加工端面上的通孔時(shí),銑鉆動(dòng)力頭可沿小滑板的圓形T形槽旋轉(zhuǎn)90°并鎖緊。 

3.2 改造內(nèi)容 

改造的內(nèi)容主要分為4部分,分別為增加分度和鎖緊裝置、伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給裝置、銑鉆動(dòng)力頭以及電氣控制的改造。 

(1)增加分度、鎖緊裝置[1]如圖4所示,工件所需分度的度數(shù)與主軸定位用的齒輪的齒數(shù)相關(guān)聯(lián),例如12或24等分,齒輪齒數(shù)便為12的整數(shù)倍,通過螺釘固定在主軸鎖緊用的剎車盤上,剎車盤通過脹套固定在主軸上。主軸定位用的齒條在導(dǎo)向柱上移動(dòng),齒條通過螺釘控制與齒輪嚙合或分開,并通過螺釘固定在底座上,底座通過螺釘固定在床頭箱上。主軸鎖緊用的剎車片通過螺釘固定在液壓缸上,液壓缸通過活塞實(shí)現(xiàn)剎車片的夾緊與松開。 

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圖4 分度、鎖緊裝置 

1—導(dǎo)向柱 2—齒條 3—主軸 4—齒輪 5—?jiǎng)x車盤 6—脹套  7—活塞 8—?jiǎng)x車片  9—液壓缸 10、12、14—螺釘  11—床頭箱 13—底座 

(2)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給裝置改造(見圖5)在床身后端增加伺服電動(dòng)機(jī),通過支架固定在床身 上。小齒輪通過脹套與伺服電動(dòng)機(jī)聯(lián)接,大齒輪通過銷子與光杠聯(lián)接,通過小齒輪與大齒輪嚙合或脫開來控制伺服電動(dòng)機(jī)與光杠的聯(lián)接與斷開[2]。 

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圖5 伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給裝置改造 

1—大齒輪 2—小齒輪 3—床身 4—光杠 5—銷子 6—支架 7—伺服電動(dòng)機(jī) 

(3)銑鉆動(dòng)力頭改造(見圖6)床鞍5沿床身進(jìn)行Z向進(jìn)給,小滑板1沿床鞍5進(jìn)行X向進(jìn)給,銑鉆動(dòng)力頭通過加高墊安裝在小滑板1上,通過小滑板1上的圓形T形槽及螺釘鎖緊。銑鉆動(dòng)力頭和加高墊可在小滑板1上的圓形T形槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°。 


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圖6 銑鉆動(dòng)力頭改造 

1—小滑板 2—加高墊 3—銑鉆動(dòng)力頭  4—工件 5—床鞍 6—床身 

(4)電氣控制的改造增加可編程控制器、觸摸屏及伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器[3]。通過觸摸屏控制可編程控制器輸出脈沖信號(hào),其中,單位時(shí)間內(nèi)輸出脈沖信號(hào)的數(shù)量決定進(jìn)給速度,總輸出脈沖信號(hào)的數(shù)量決定進(jìn)給長(zhǎng)度,脈沖信號(hào)的正負(fù)值決定進(jìn)給方向。 

操作面板按鍵布局如圖7所示。按鍵功能簡(jiǎn)介如下。加工行程:設(shè)定工件加工的長(zhǎng)度及方向,例:輸入數(shù)值“-100”代表工件向負(fù)方向加工100mm。軸位置:反饋當(dāng)前的位置。軸速度:設(shè)定進(jìn)給的速度,例如輸入數(shù)值“100”代表以每分鐘100mm的速度進(jìn)給。位置復(fù)位:清空軸位置顯示的 數(shù)據(jù)并恢復(fù)為零。速度加/減:對(duì)進(jìn)給速度的加減進(jìn)行微調(diào)。X軸選擇:X向進(jìn)給時(shí)選定該按鍵。Z軸選擇:Z向進(jìn)給時(shí)選定該按鍵。 

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圖7 操作面板按鍵布局 

改造后,聯(lián)接伺服電動(dòng)機(jī)的齒輪以及聯(lián)接光杠的齒輪之間脫開,進(jìn)行車削加工,車削工序加工完成后,拆下車削用刀架,安裝銑鉆動(dòng)力頭,脫開進(jìn)給箱與光杠的聯(lián)接后,聯(lián)接伺服電動(dòng)機(jī)與光杠,進(jìn)行銑削加工。例如,一個(gè)工件需要車削外圓并在外圓上等分加工12個(gè)鍵槽或通孔,分度齒輪的齒數(shù)為72。加工步驟如下:將分度鎖緊裝置中的小齒條與分度齒輪嚙合,記錄好嚙合的第一個(gè)齒,并通過液壓鎖緊裝置鎖緊主軸,銑鉆動(dòng)力頭加工第一個(gè)鍵槽;加工完成后,脫開小齒條與分度齒輪,松開液壓鎖緊裝置,數(shù)6個(gè)齒后再次嚙合,采用液壓鎖緊裝置鎖緊,加工第2個(gè)鍵槽,依此類推。 

4.結(jié)束語(yǔ) 

本裝置經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證,可以加工出合格的工件,穩(wěn)定性好,很好地解決了臥式車床無法分度銑鉆加工的問題。不僅改造價(jià)格低,難度小,效率和精度高,而且為此類工件的機(jī)械加工開辟了新思路。 

參考文獻(xiàn): 

[1] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4[M]. 2版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000. 

[2] 王先逵. 機(jī)械加工工藝手冊(cè)第2卷[M]. 2版. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. 

[3] 陳心昭. 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè):下冊(cè)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006. 

本文發(fā)表于《金屬加工(冷加工)》2022年第5期第84~86頁(yè),作者:山東普利森集團(tuán)有限公司 張鵬,王振宇,盧傳杰,劉林強(qiáng). 

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