卧式车床镗孔加工设备的开发研究

卧式车床镗孔加工设备的开发研究

0加工设备的选择在零台机械的加工和制造中，孔加工非常常见。对于一般要求的零件的孔加工，可以采用钻、铰等工艺实现，从成本角度来看，往往适合安排在普通机加工设备上进行，如普通车床、钻床等等。而如果精度要求比较高，则孔加工常使用镗床或专用机床加工，成本也随之上升。基于设备选择与加工的优化，研究如何在普通卧式车床上实现孔加工精度提升和加工范围的拓展，使得制造效率提高，企业加工设备功能单一性下降，复合性凸显。1上采用普通的铣孔加工加工如图1所示座体零件中的两端孔。如图1所示，两孔的直径不是很大，但是位置上存在一定的跨度，如果在普通卧式车床上采用普通的镗孔加工以达到零件要求难以实现。一是装夹问题；二是对刀杆提出非常高的要求，主要是整个刀杆的长径比较大，刚度保证有很大困难，影响孔的尺寸和形状精度。如果在镗床上加工，情况改善会比较明显，加工过程和精度都可以保证，但是对企业而言，尤其是在单件或小批量加工的情况下，增加了专门设备的投入，设备配置离散型较强，运营和维护成本上升。2卧式机床新型铣孔加工技术方案基于上述问题，研究现有普通卧式车床镗孔加工存在的缺陷，从改进、整合普通机加工设备功能的角度出发，提出一种基于普通卧式车床的新型镗孔设备和工艺方法，重点在于实现在卧式车床中复合、集成、融入更为优化拓展的镗孔加工功能。(1）卧式机床新型铣孔加工设备的结构研究从卧式车床的基本结构和功能出发，提出改变现有车床加工特征的新型方案：加工制作专门的镗刀刀杆，将镗刀刀杆设置于普通卧式车床上，刀杆的一端装夹在车床三爪卡盘中，另一端则穿入于一个专门设计的活动支撑座，镗刀刀杆在该活动支撑座内的相对转动不被限制，活动支撑座本体则顶住并固定在车床的尾座上；镗刀被安装在镗刀刀杆的中间部分，这样主轴转动带动刀杆旋转，实现刀具的转动功能；原有卧式车床的刀具装夹装置被创新设计为工件装夹装置，工件装夹装置安装在车床的溜板箱上并且在平行于镗刀刀杆的长度方向上可以实现进给运动，需要完成镗孔加工的工件应首先加工好底孔，通过底孔套接于镗刀刀杆并安装固定于工件装夹装置中。这种新型镗孔加工设备中，镗刀与镗刀片可以灵活安装更换，实现镗刀片沿着刀杆的径向方向根据需要调整变化；同时，卧式车床本身的尾座是可以调节的，便于随时实现与设备中的活动支撑座顶紧固定。应用上述方案的新型镗孔设备，通过多次不同孔径和孔深的镗削加工试切，发现这套方案在不改变车床主体结构的同时改变了车床的主体功能，完成了原来难以在车床上完成的孔的加工，整合优化了普通卧式车床的功能，大大提高了设备的利用率，减少了设备投入，节约了加工成本，提升了企业效益。根据前文新型镗孔加工设备的研究方案，基于卧式车床的新型镗孔加工设备结构示意图如图2所示。由图2所见，该新型镗孔设备采用普通卧式车床为基本结构，在车床中根据镗孔加工需要设置直径小于被加工孔径的镗刀刀杆，镗刀刀杆的一端装夹在车床的三爪卡盘中，另一端穿入于专门设计制造的活动支撑座，镗刀刀杆本身在活动支撑座内的相对转动不被限制，但是在径向方向的跳动被活动支撑座约束，这就在结构上决定了镗刀刀杆围绕自身轴线进行准确转动，保证刀杆的刚度，提高加工稳定性，而活动支撑座紧紧顶住并固定在车床尾座中；加工时，将镗刀安装在镗刀刀杆的中间位置，刀杆带动镗刀随主轴旋转，被镗工件则安装于工件装夹装置，装夹装置由原车床的刀具装夹装置改变而来，主体运动由原先工件回转变为刀具回转；工件装夹装置安装于车床溜板箱上并在平行于镗刀刀杆轴线方向上自由进给；需镗孔工件通过预先加工好的底孔套接于镗刀刀杆并安装固定在工件装夹装置上。在镗刀上安装的镗刀片可以在径向灵活调整，实现加工孔径的不同需要。另外，活动支撑座很大程度上成为镗刀刀杆的平衡限位件，它可由其右端的车床尾座顶紧，也可以直接以一体的形式固定在车床尾座上。更深入地从工作原理上进一步分析，图2所示的基于卧式车床的新型镗孔加工设备中，刀杆通过三爪卡盘被夹持在车床上，此时刀杆的一端固定，一端自由，为悬臂支撑状态。如果这样开动车床，长径比大的镗刀刀杆圆跳动会比较突出，尺寸和形状精度无法保证。基于此问题，活动支撑座的设计就很有必要了，镗刀刀杆可以在活动支撑座内无约束转动，而刀杆端部的径向位置被活动支撑座限制，工作时跳动的可能性被消除，活动支撑座右端再借助车床尾座来实现顶紧固定，这样镗刀刀杆就被可靠地固定在车床上。设计镗刀时，考虑直接将其安装在刀杆上，镗刀上安装的镗刀片可以沿镗刀刀杆径向调整，根据需要来改变镗孔直径，加工时将其调整至合适的伸出长度并通过紧定螺钉固定。需镗孔工件通过螺纹联接或采用紧固件被固定在工件装夹装置上，而工件装夹装置本身被固定在车床溜板箱上，这样需镗孔工件就可以随着溜板箱实现进给运动。镗孔加工时，工件预先在所需要的加工高度上可靠装夹，开动车床，主轴转动带动镗刀随刀杆高速回转，调整溜板位置使工件至准确加工点，手动控制车床溜板箱在导轨上向左或向右进给直至实现镗孔加工全部完成。镗刀在镗刀刀杆上的轴向定位需适当并应固定在所需位置，一般选择在镗刀刀杆中间部分，需要注意的是要保证镗刀能完全正常穿过工件，车床溜板箱与镗刀等均无任何干涉以保证可以完成整个镗孔操作。3新型铣孔加工技术应用基于普通卧式车床新型镗孔加工的研究成果来加工图1所示座体零件的两端孔。首先，镗刀刀杆使用了活动支撑座而实现两端固定，这就有效提高了刚度和稳定性，保证加工精度；其次，新型镗孔加工方法采用刀具旋转，工件相对固定，则装夹易于实现；又图示座体零件尺寸和形位公差精度有要求，加工工序安排中应包括完整的粗镗、半精镗和精镗，采用新型镗孔设备加工只需要一次装夹再结合更换或调整不同的镗刀（片）即可完成，方法简单易操作，加工效率提高，误差环节减少，精度得到提升，加工的质量和成本控制都可以得到很好的保证。4实际零件加工工艺分析本文所涉及的基于普通卧式车床的新型镗孔加工研究从开发研究新型镗孔加工设备出发，在保持车床基本结构不发生实质改变的前提下改变了车床的主运动方式，解决了不借助于其他专门机床而提升车床镗孔精度、改善镗孔加工工艺及拓展加工领域的问题。经实际零件的加工应用表明，本研究较好地实现了对大