床头箱体粗镗孔专机的设计

2014-07-08黄庭梅

机械工程师 2014年9期

黄庭梅

（江苏齐航数控机床有限责任公司，江苏镇江212009）

0 引言

笔者公司CW 系列床头箱体的粗镗孔在产品试制及小批量生产时，是按照床头传统工艺方法，采用T68 通用镗床镗孔，每个孔分别单独加工，效率低，平均每件需用15 h，加工过程中需不断更换调整刀具，工人劳动强度大。随着产品批量的增加，粗镗孔已成为生产瓶颈，为了解决这一生产瓶颈，笔者设计了一台双头6 轴粗镗孔组合专机，每件加工时间缩短至2 h，效率提高约7 倍，加工过程中无需更换调整刀具

1 工艺方案的确定

1.1 被加工箱体孔系工序内容的确定

被加工CW 床头箱体左右两端面共有11 组30 个孔，在设计粗镗专机时，遵循“粗精分开”的原则，尽量考虑尽可能多的孔能在此专机上完成粗加工工序，使下道精镗工序余量尽可能少。为此确定两面分别由6 把组合刀具完成各孔的粗加工，如图1 所示。

1．2 切削用量的选择

切削深度：考虑粗镗孔时，铸造孔的冷硬层、黑皮等，第一刀切削深度大于6～7 mm。每分钟进给量：由于动力头上多轴同时加工，有钻、扩、镗，而钻孔扩孔和镗孔的切削用量各有特点，要使各类刀具选择较合理的转速和每转进给量，因此使用了拼凑的方法解决，即按各类刀具选择较合理的转速n 和每转进给量s，然后适当调整，使各类刀具的每分钟进给量Sm一致，即Sm=s·n 一致。由于是复合刀具，且大量的刀具同时切削，故根据经验切削用量的选择比原来T68 通用机床的切削用量减少约30%。

切削参数：

1 号孔：n=63 r/min，s=0.36，Sm=23 mm/min；

2 号孔：n=93 r/min，s=0.24，Sm=23 mm/min；

3 号孔：n=79 r/min，s=0.29，Sm=23 mm/min；

4 号孔：n=80 r/min，s=0.29，Sm=23 mm/min；

6 号孔：n=63 r/min，s=0.36，Sm=23 mm/min；

8 号孔：n=82 r/min，s=0.28，Sm=23 mm/min。

1．3 机床方案的拟定

机床布局：根据上述确定的工艺方案，机床采用双面卧式6 轴布置形式，由工作台、机械滑台、动力箱、主轴箱、夹具、组合刀具等部分组成。被加工箱体放在工作台上定位、夹紧。刀杆通过端面圆柱孔与主轴定位，用螺钉紧固，以端面键传动扭矩，与主轴箱主轴刚性连接。箱体左右端面孔既可分别加工，也可同时加工，分别由左右操纵面板控制，如图2 所示。

2 机床主要部件特点

2．1 夹具特点

工件以底平面及底面凸台的侧面定位后，由侧面2个和端面1 个支柱上的螺钉支紧，使工件完全定位。由于粗加工时切削力大，在顶面安排了4 个压板压紧工件，保证夹具足够的刚性和夹紧力。另外，由于被加工CW 系列箱体中心高有315、400、500、600 四种规格，夹具采用了整体更换定位底板及底板上的定位、夹紧元件，使此专机能够加工该产品系列的各种规格箱体。

2.2 主轴结构特点

1）支撑形式。主轴前支撑采用2 个正、反装E 级圆锥滚子轴承，后支撑也采用1 个圆锥滚子轴承，同时前支撑处采用1 个单向推力球轴承，以承受轴向力。这种结构主轴支撑刚性好，承载能力高，适合粗加工。

2）主轴支撑跨距L 的确定。在确定主轴支撑跨距时，必须考虑悬伸比（即L/a 值）。悬伸比过小或过大，主轴受力后产生的扰度和支撑处的倾角会增大，影响主轴的刚性。通常，组合机床设计中，推荐悬伸比L/a=1.5～2。但在组合机床中，由于主轴的悬伸长度a 是根据被加工箱体的深度决定的，如4 号孔，深度为587，如果刀杆短了，就不能满足加工要求。综合考虑其它孔，又不能为了这一个孔而使主轴箱体宽度加大很多，因此选择L=480,则4 号孔L/a=480÷587=0.82,显然，数值较小，刚性会有问题，加工时可能会出现崩刃现象，如图3 所示。

图3 主轴支撑结构图

2．3 刀具特点

刀具采用复合刀具，对未铸出的孔，采用钻-扩-镗复合形式，对已铸出的孔采用复合镗形式，刀杆与主轴采用端面键连接，刀杆与刀具连接方式有3 种，根据各孔的特点，分别采用螺纹连接，莫氏锥孔连接，整体式。另外，为解决悬伸比较小而可能造成的刚性的矛盾，从刀具上采取了措施，增大轴向力，以减小径向力，把刀具主偏角加大至90°，同时在刀尖处磨出过渡刃以增加刀尖强度，改善散热条件，并加大进给量。