铲斗镗孔专用机床的设计.pdf

2 0 1 0 年第1 期 工艺与装备 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 0 O l 一0 0 6 9 0 3 铲斗镗孔专用机床的设计 陈桂芳 三门峡职业技术学院 河南三门峡4 7 2 0 0 0 摘要 对装载机 挖掘机铲斗两组平行孔系的加工工艺进行了探讨 分析了现行铲斗镗孔工艺的不足 提 出了采用专用机床加工铲斗两组平行孔系的工艺方案 从而保证两组孔系的平行度和同组孔系的同轴 度 介绍了铲斗镗孔专用机床的整体布局 详细阐述了该机床关键部件镗模架 镗刀杆和可变主轴箱的 设计 关键词 铲斗 镗孔专用机床 设计 中图分类号 T H l 6 T G 6 5文献标识码 A T h eD e s i g no fP r o d u c t i o nM a c h i n eo nB o r i n gA p e r t u r eo fB u c k e t C H E NG u i f a n g S a n m e n x i aP o l y t e c h n i c S a n m e n x i aH e n a n4 7 2 0 0 0 C h i n e A b s t r a c t T h ep r o c e s s i n gc r a f to ft h et w o p a r a l l e l i n g h o l es y s t e mb yt h es p e c i a lm a c h i n ew a ss u p p l i e db y d u s c u s s i n go ft h ep r o d u c i n gc r a f to ft h et w o p a r a l l e l i n g h o l es y s t e mo nt h ec a rl o a d d e ra n de x c a v a t o ra n d a n a y l s i so nb a s i so ft h ed e f f i c i e n to fb o r i n gc r a f to nm o d e mb u c k e t T h i sp a p e rp a r t i c u l a ra n a l y s e sp r o c e s s i n g m e t h o do fp r o d u c t i o nm a c h i n eo nb o r i n ga p e r t u r eo fb u c k e ta n dt h ed e s i g no fb o r i n g m o l d f l a m e b o r i n g k n i f e p o l ea n dt h em a i na x i sc a s eo fc h a n g i n go fk e yc o m p o n e n t so nt h i sl a t h e K e yw o r d s b u c k e t p r o d u c t i o nm a c h i n eo nb o r i n ga p e r t u r e d e s i g n 0 引言 1 传铲斗产加工工艺分析 铲斗是装载机 挖掘机r T 作装置的主要构件 形如 斗型 结构庞大 主体全部由钢板焊接而成 其上有两 组平行孑L 系待加T 图1 为装载机铲斗的工序图 技术 要求是通过镗孑L 既要保证各孔的尺寸要求 又要保证 两组孔系 日j 的平行度及各同组孔系的同轴度 传统生产T 艺为焊前进行加T 和整体组焊后加工 两种方式 1 铲斗焊前加工 将铲斗的后板 立板与加强板组焊后 作为小部件 进行加工 加工后再与其它部件总体拼焊 这种加工 图1 被加工零件工序图 方法的优点在于小部件镗 孔易于找正 装夹 同时也 缩短r 镗杆的行程 使加 工更方便 提高了生产效 率 设备投资小 一般的卧 式镗床上就可以进行加 工 虽然铲斗焊缝大多呈 对称状态分布于两侧 采 用了合理的焊接工艺 尽 可能地减少焊接变形对已 加工孔系精度的影响 但 仍难满足越来越高的平行 度和同轴度公差要求 收稿日期 2 0 0 9 0 7 1 5 修回日期 2 0 0 9 0 9 一O l 作者简介 陈桂芳 1 9 6 5 一 女 河南商丘人 三门峡职业技术学院副教授 硕士 主要从事机械设计 液压与气动技术教学与科研工作 E m a i l t h e n g u i f 1 6 3 c o r n 6 9 万方数据 工艺与装备 组合机床与自动化加工技术 2 整体组焊后加丁 铲斗组焊后整体加工最先是在落地镗床上 用螺 栓通过铲斗支承板铰接孔的工艺孔 把轴承支架分别 固定在支承板外侧 把较长的专用镗刀杆穿进两侧的 轴承支架 轴承支架内安装向心关节轴承用于支承 镗 刀杆的另一端和机床主轴浮动连接 然后进行加丁 这种加工方法由于轴承支架I 占I 定在铲斗自身上 较好 的解决了同组孔系的同轴度问题 属于自定位 导套支 承浮动镗孔工艺 但由于两组孔系相互之间没有关 联 不能纠止凶焊接定位误差和焊接变形造成的两组 孔系不平行间题 为了解决传统加的铲斗产加工工艺不能满足关键 的技术要求 我们开发设计了一种新的加工铲斗镗孔 的专用机床 2 铲斗镗孔专用机床工艺方案分析 由于铲斗焊接完成后体积庞大 形状复杂 不利定 位装夹 同时由于侧板干涉 使得镗杆行程过长 导致 加工难度增加 为保证两组孔系的平行度和同组孔系 的同轴度 本机床采用有导向的两面镗孔工艺 也就是 说铲斗两组孔系的平行度和同组孑L 系的同轴度由三套 相对位置同定的滑套式镗模架保证 左镗模架5 和右 镗模架9 的回转轴线重合且与卜镗模架8 的I n l 转轴线 平行 上镗模架8 可冈铲斗不同而更换 提高了机床 的加工柔性 机床两面同时加工 提高r 机床的加工 效率 机床布局为卧式双面结构 镗刀杆7 通过浮动 接头4 分别与镗削主轴箱的主轴3 和可变主轴箱的主 轴1 0 相连接 铲斗的定位夹紧采用手动实现 机床总 体结构示意图如图2 所示 7 0 7 机床动作 人丁将铲斗正确安装在机床上 定位夹 紧 后两端机械滑台快进 主轴启动 工进 快 退 主轴停转 松开夹具卸下铲斗 进入下一循 环 3 铲斗专用镗床关键部件的设计 3 1 导向装置的设计 3 1 1 导向形式与导向结构的选择 1 导向形式的选择 镗孑L 工艺方法分为两类 第一类为 刚性主 镗削 类一 镗杆与主轴 刚性 连接 不用导套 镗模架导向 第二类为有导向的镗孑L 这类镗孔镗杆与主轴通过浮 动卡头连接 镗杆在导向套内做进给运动 其导向形式 为i 种 单导向悬臂镗孔 前后双导向镗孔和多导向镗 孔 件由于刚性镗削受镗杆悬伸长度的限制 考虑到 工件外形尺寸大 加工部位难以接近的结构特点 刚性 镗削方案被排除 由于加丁部位为二层簿肇的同心孔 二壁相距较近 行程短 所以选择了单导向悬臂的导向 形式 2 导向结构选择 选择合理的导向结构是保证镗刀正常丁作的前 提 单导向悬臂镗孑L 的导向 按旋转结构设置的位置 镗杆或镗模架 有 外滚式 和 内滚式 两种 件加 综合考虑镗孔尺寸大小 镗模架外型尺寸受限等凶素 选择 内滚式 导向结构 旋转导向的结构形式有滑动轴承和滚动轴承或两 种 装有滑动轴承的导向 在润滑很好时 有较好的抗 振性 一般用于精加工 装有滚动轴承的导向常用于扩 89 1 61 51 41 3 冈 I 一 集屑箱 集屑箱 1 左机械滑台2 镗削主轴箱3 1 0 主轴4 浮动接头5 左镗模架6 铲斗7 镗刀杆8 上镗模架9 右镗模架1 1 可变主 轴箱1 2 右机械滑台1 3 右侧底座1 4 夹具1 5 中间底座1 6 左侧底鹰 图2 机床总体结构示意图 万方数据 2 0 1 0 年第1 期 工艺与装备 孔 锪沉孔 锪端面及镗孔 在切削负荷较重 切削条 件较恶劣 悬臂较长时传统的导向结构为安装滚锥轴 承 随着轴承技术的发展 成组的角接触轴承其刚性和 旋转精度都超过单个的滚锥轴承 于刚为了确保镗杆 的冈0 度 选择三组串联角接触轴承前支承的结构形式 3 1 2 结构参数的确定 1 镗杆直径的确定 镗孔直径D 镗杆直径d 镗刀截面B B 之间的 关系 D d 2 1 1 5 曰 设汁时可按表1 选取 表1镗孔 镗杆直径与镗刀截面 m m 镗孔直释D3 0 4 0 4 0 5 0 5 0 7 07 0 9 09 0 1 0 0 镗杆直径d 2 0 3 03 0 4 04 0 5 05 0 6 56 5 9 0 铧刀截面B B 8 81 0 1 01 2 1 21 6 1 62 0 2 0 表中所列镗杆直径范 围在加工小孔时取大值 在 加工大值径孔时一般取中 值 在导向不良切削负荷重 时取大值 根据待加工镗孔 径 D 为6 3 9 0 m m 因此 镗杆 直径选取6 0 m m 3 允况 尽量加大镗刀杆的导向长度 并尽可能 增强镗刀杆的支承刚性 4 镗刀杆采用减振结构 5 合理选择切削参数 避免共振现象发生 6 使川正前角刀片 以降低切削力 减小刀尖圆 弧R 以降低吃刀抗力 采用双刃平衡镗削 平衡径向 抗力 3 1 4 镗模架及镗刀杆的设计 镗模架是保证机床加工精度的主要部件 为消除 主轴与镗模架同轴的影响 采用浮动卡头连接 为保证 镗杆刚性 采用三组串联角接触球轴承两端支承 合理 选取镗杆直径 轴承跨距和导向长度 图3 为镗模架 及镗刀杆结构图 456 7 1 浮动k 头2 支承轴承3 滑套4 镗刀杆5 镗模架体6 待加丁件7 镗刀头 圈3 镗模架及镗刀杆结构示意图 2 内镗杆上两轴承间距离确定 3 2 可变主轴箱设计 镗杆悬臂距离 由于受工件限制不能缩短 而镗 杆轴颈又受T 件孑L 距 夹具导向及镗杆导向结构限制 不能加大 此时合理选取支承距L 非常重要 一般 2 L l 大约取1 5 2 5 本机床待加工孔需悬臂长度L 为2 5 0 m m 则支承 距 2 应为3 7 5 6 2 5 m m 选取5 0 0 m m 3 导向长度的确定 合理选取导向长度确保导向刚性 一般悬臂镗孔 导向长度 与导向直径D 之比为2 3 根据支承距L 设计悬臂孔的导向长度 保证导向 长度L 与导向直径D 之比为2 3 3 1 3 镗模架及镗刀杆在设计过程中应考虑的主要 问题 铲斗是庞大的结构件 冈0 其加工部件留给导向装 置的空间尺寸有限 其外型尺寸及结构刚度受到限制 每组的两个孔跨距较大 镗刀杆处于长悬臂加T 极易 产生振动 为确保镗削的正常 作 在设计过程中还应 考虑以下主要问题 1 在满足加工孔行程的情况下 尽可能缩短镗刀 杆的悬伸长度 2 在保证正常排屑的情况下 尽可能加大镗刀杆 直径 机床的设计必须考虑加工柔性 体现可重配置机 床设计的新理念 以适应多品种加1 的需要 提高设备 利川率 并为牛产过程中出现的任务需求变化而需要 对设备配置变更提供扩展的空间 铲斗规格型号较 多 但均为两组孔系 可以保持下面一组孔系位置不变 可通过调整下夹具定位面的高度实现 调整上面孔 系的位置实现加工不同的铲斗 这样就要求主轴箱的 主轴位置应根据具体的铲斗规格要求而变化 基于这 样的设计理念 设计 主轴可变位置的主轴箱 图4 为 可变主轴箱结构示意图 1234567 1 变频电机2 后盖3 齿轮箱4 万向节5 主轴箱体6 支承套7 主轴 图4 可变主轴箱结构示意图 下转第7 4 页 万方数据 工艺与装备 组合机床与自动化加工技术 在添加辅助支撑后 每层切片 扫描填充计算时间 在3 0 秒左右 与每层加T 时间大致相当 在加工可摘 除局部义齿支架时 按切片层厚T 0 0 4 r a m 进行切 片 加工层数为3 3 l 层 则切片扫描计算用时约为2 7 6 小时 加工参数为功率P 1 5 8 W 扫描速度V l O r e m i n 搭接率0 3 3 如果按 般的先切片计算 然 后进行激光加工的方法 总用时需5 个多小时 引入了 多线程技术后 可以使激光扫描加下和切片计算同步 进行 加工过程中的切片计算耗时可以忽略不计 从 而 可以节约加工时间5 0 以上 两种方法的用时对 比如表l 所示 表1 传统激光加工方法和多线程方法用时对比 每层切片 切j I 扫描 激光加 加T 总 方法总层数 汁篼时间 s 计算总用时 h 时n h 用时 h 一般方法 3 3 l3 02 7 62 3 6 5 1 2 多线程方法 3 3 13 02 7 62 3 62 3 6 4结束语 在激光快速成删技术巾引入了多线程技术 即在 扫捕加工的同时进行下几层的切片扫描填充计算 使 得加工与切片计算同时进行 节约了切片扫描计算时 间 实践证明 运用该方法 在保证加工质量的前提 下 可以节约加工用时5 0 以上 使激光加工效率大幅 度提高 参考文献 I D T P h a m R S G a u h Ac o m p a r i s o no fr a p i dp r o t o t y p i n g t e c h n o l o g i e s I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM a c h i n eT o o l s M a n u f a c t u r e 1 9 9 8 3 8 1 2 5 7 1 2 8 7 2 张永忠 石力开 章萍芝 等 基于金属粉末的激光快速成 型技术新进展 J 稀有金属材料与T 程 2 0 0 0 2 9 6 3 6 1 3 6 5 3 P A K o b r y n S L S e m i a t i n M i c r o s t r n c t u r ea n dt e x t u r ee v o 一 u t i o nd u r i n gs o l i d i f i c a t i o np r o c e s s i n go fT i 一6 A 1 4 V J o u r n a l o fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y 2 0 0 3 1 3 5 2 3 3 3 0 3 3 9 上接第7 l 页 调整方法 需要变动位置的主轴7 安装在支承套6 内 支承套6 在箱体上按铲斗的品种有不同的安装位 置 定位采崩一面两销 螺母压紧在箱体前后面上 可 变主轴通过万向节与齿轮箱输出轴相连 实现主轴传 动 当改变铲斗品种主时只需松开螺母 拔出定位销 移动到需要位置 插入定位销 拧紧螺母即可 4 结束语 铲斗两组孔系的平行度和同组孑L 系的同轴度要求 7 4 4 付立定 史玉升 章文献 等 3 1 6 L 不锈钢粉末选择性激光 熔化快速成型的T 艺研究 J 应用激光 2 0 0 8 4 2 1 0 8 一1 1 1 5 Y a d r o i t s e v L T h i v i l l o n P h B e r t r a n d e ta 1 S t r a t e g yo fm a n u f a c t u r i n gc o m p o n e n t sw i t hd e s i g n e di n t e r n a ls t r u c t u r eb ys e l e e t i v el a s e rm e l t i n go fm e t a l l i cp o w d e r A p p l i e ds u r f a c es c i e n c e 2 0 0 7 2 5 4 9 8 0 9 8 3 6 史乐升 鲁中良 选择性激光熔化快速成型技术与装备 J 中国表面T 程 2 0 0 6 1 9 5 1 5 0 1 5 3 7 K o z oO s a k a d a M a s a n o r iS h i o m i F l e x i b l em a n u f a c t u r i n go f m e t a l l i cp r o d u c t sb ys e l e c t i v el a s e rm e l t i n go fp o w d e r I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM a c h i n eT o o l s 高福举 装载机铲斗工艺的改进 期刊论文 工