孔端面加工特种装置的设计与开发

来源 :中国应急管理科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jitlin
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  摘要:为了使通用机床(摇臂钻床、镗床、铣床)实现刀具径向切削,满足加工内孔端面的工艺要求,开发了一种适用于通用机床与专用机床切削内孔端面的特种装置,并详细描述了装置的运动原理以及加工应用范围和特点。该装置结构合理,制造成本低,经济效益好,操作方便,不仅扩大了通用机床的加工范围,满足了中、小批量生产的需求,同时,该装置且適用于专用机床,满足大量生产的需求,在生产实现中效果良好。因此,该装置具有良好的实用性与推广性。
  关键词:孔端面;特种装置;径向运动;轴向运动
  1 问题的提出
  在实际生产中,常常会加工零件内孔的内外端面,对于“回转体”类的零件,通常用车床类机床加工。对于内孔的中心不在零件的中心上,或零件上有多个内孔需要加工,特别“非回转体”类的零件(如箱体类零件)内孔及端面的加工,直接用车床加工就十分困难了。单件生产或少量生产时,常常用镗床、铣床等机床加工孔的端面,而大批量生产中,就要用专用机床加工。加工中,要完成切削孔及端面加工工艺,不仅要求刀具作轴向(进给方向)的运动,而且能做径向(垂直于进给方向)运动。对于中、小批量这类工艺的生产,采用通用镗床加工这类零件时生产效率较低;采而用专用机床加工中这类零件时,需要镗孔和车端面两种工艺,要完成切“内”端面这样的加工工艺时,则需要刀盘进行改装,成本较高。对于中、小批量生产中的“非回转体”类零件,内孔端面的加工工艺较难选用通用机床或用专用机床加工。前者效率低,成本高,满足不了生产的需求;而后者,专用机床的镗孔和车端面的动力头造价高,机床的利用率低,造成资源浪费。
  由于一般通用机床(钻床、铣床)的动力部件本身没有产生径向运动的辅助装置,再加上机床所用刀具的结构特点,因此钻、镗削主要用于单一孔类零件的加工,而不用于孔端面的加工。本文设计的特殊的装置可与通用机床(摇臂钻床、镗床、铣床)或专用机床结合,使切削刀具在加工中产生径向移动,以满足这类工艺的要求。这不仅仅能扩大通用机床的加工范围,较好地解决设备资源利用问题,而且在加工中、小批量中具有明显的经济优势。同样其结构特点也适用于专用机床上,降低了机床的成本,满足于大批量生产的要求,表现出良好的经济效益。
  2 工作原理
  如图1所示为螺旋偏心传动切端面的装置,这种结构的特种装置动作如下:装置前进到切端面位置时,夹具导套5挡住装置的钢球6,尾柄9继续前进,并压缩弹簧7,同时由于在心杆4螺旋槽中的滚动轴承10的轴向移动,迫使心杆4在套2内发生相对回转。由于套2是偏心地装在体3中的,因而心杆4在套2内的回转就使切刀径向移动,切削孔端面。在端面被切削完后,主轴沿轴向退回时,弹簧7的作用使切刀先径向退回,然后整个装置再随主轴沿轴向一起退回,整个加工端面结束。
  图1 螺旋偏心传动切端面的装置
  1.切刀 2.套 3.本体 4.心杆 5.导向套 6.钢球 7.弹簧 8.调整螺堵 9. 尾柄 10. 滚动轴承
  该装置的基本原理是:装置在轴向运动过程中,其中一部分顶在工件或夹具(导套)时,因而停止其轴向运动,并与装置的其余部分产生相对运动,此相对运动经转换机构(偏心螺旋机构)使切刀做径向运动,切削孔的端面。该偏心传动切削端面装置的径向行程及走刀量可通过公式计算。
  3 装置的加工应用范围
  该特种装置的特点之一,就是有较广泛的加工应用范围。
  (1)根据所用机床主轴的结构需要,以及零件的装夹情况,只要将其装置中套筒夹头的结构进行适当修改,便可以与相应机床的主轴联接,应用于生产。因此,该装置可应用于通用镗床、通用铣床、摇臂钻床等,以及用于大量生产的专用机床,故该装置有广泛的适用性。
  (2)当切削刀具尺寸不同时,可以对装刀的心杆5的结构及尺寸进行修改(L尺寸),从而做出相应的调整。它适用的工艺范围:加工孔端面(见图1),它可以加工相应孔的内端面、外端面,以及孔的两个端面;当刀具与心杆5的夹角α为90ο时,即可加工孔内的环形槽。因此,该装置适用的工艺范围较广。
  4 注意事项
  在设计与调整螺旋偏心传动切端面的装置要注意以下几点:
  (1)最大径向走刀量取决于偏心值、螺旋槽导程和轴向走刀量。因为最大径向走刀量直接影响生产率、被加工表面的粗糙度和切削力,故在设计时要对其仔细考虑。
  (2)在q 为0及p 时,径向走刀量近似于0,而在q 达到qS轴最大时,达到最大值,因此,装配调整装置时应注意使刀具在qS轴最大附近,而不在



附近工作,这样既有较高的生产率,又避免了刀具走刀量太小不能正常切削而加快磨损的现象。
  (3)这种装置的最大径向行程为2e。考虑到刀具应有一段切入距离和切出距离,以及上述(2)中,刀具不应q 为0及p 附近工作,因而设计时偏心值应取大于径向行程的一半。
  (4)在机床主轴与装置之间的联接,是通过相应的套筒夹头实现的,在加工进行装配中,要进行调整,保证装配后的同轴度。必要时,可将与机床主轴与装置联接的套筒夹头制成浮动式夹头,改善因同轴度误差引起的不良影响。
  (5)为了准确地能径向走刀,弹簧在开始工作时要推动心杆做轴向运动。因此,弹簧的压力必须足够大,否则将引起爬行和振动现象。
  5 结语
  本文对一种孔端面加工特种装置的进行了设计与开发,上述螺旋偏心传动切端面的装置结构合理,制造成本低,在实际生产中,应用效果良好。在通用机床机床(钻床、铣床、镗床)上应用这样的装置,零件部分内孔与相应内孔端面的加工工艺可以在同一工序中进行,不仅缩短了零件的加工工艺路线,而且较充分、合理地利用了资源,在中小批量生产中得到了较好的经济效果。同时,这种结构还有一定的适用性,如实现加工孔的正、反端面、孔的两个端面,以及内孔环形槽。同样,该特种装置也可以适用于多轴的专用机床,同时实现多孔端面加工,在大批量生产中也取得了较好的实用效果。
  参考文献:
  [1]王先逵. 机械加工手册[M]. 北京:机械工业出版社,2006.
  [2]戴曙. 金属切削机床[M]. 北京:机械工业出版社,2004.
  [3]张洪涛. 适用于摇臂钻床加工内孔环形槽的特种装置[J]. 工具技术,2009,11:75~7
  作者简介:左圆圆,1989.7,女,河南驻马店人,硕士研究生,助教,研究方向:机械加工
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