钢筒内壁盲孔铣削加工设备的应用

□ 成兴丽 □ 张 艳

1.中国电子科技集团公司第二十二研究所 河南新乡 453003 2.洛阳轴承研究所有限公司 河南洛阳 471039

1 应用背景

随着石油勘探技术的进步,井下仪器也在更新换代。钢筒是井下仪器电路短节的常用件,钢筒内壁大多都有盲孔,用于仪器之间的定位防转。这类盲孔依靠现有设备无法直接加工,对此,笔者基于现有机床设备设计了一种通用的钢筒内壁盲孔铣削加工设备[1]。

▲图1 钢筒零件

2 现状分析

井下仪器电路短节中有许多品种的钢筒,这些钢筒内腔有盲孔。某钢筒零件如图1所示,图中的盲孔为圆孔,直径为11.5 mm,深度为3.8 mm,孔位置距端面121.5 mm。笔者结合05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢、TC4钛合金、TC11钛合金等的实际情况,设计了这一通用钢筒内壁盲孔铣削加工设备。

3 工作原理

钢筒内壁盲孔铣削加工设备用于扩展铣床功能,如图2所示,由与铣床连接的拨叉装置和钢筒内壁盲孔铣削加工装置组成。钢筒内壁盲孔铣削加工装置由安装盘、壳体、压盖、轴承套、中间齿轮、铣刀轴、铣削头等零件组成。在与铣床连接的拨叉装置中,拨叉安装在立式铣床主轴孔内拉紧,输入轴上装有销。将钢筒内壁盲孔铣削加工设备安装在铣床上时,拨叉的槽正好被输入轴上的销卡住。铣床主轴旋转时,拨叉带动输入轴转动,经过各级齿轮传动,使铣刀轴旋转,即可进行铣削加工[2]。钢筒装夹在铣床工作台上,盲孔的铣削深度由铣床工作台上下移动距离进行控制,盲孔的定位由铣床工作台水平面移动距离进行控制。

▲图2 钢筒内壁盲孔铣削加工设备

使用时,只需将钢筒内壁盲孔铣削加工设备安装在普通立式铣床上,就可以实现钢筒内壁盲孔的铣削加工,简便易行。

4 设备特点

(1) 整体刚性高。钢筒内壁盲孔铣削加工设备中,主要零件铣削头、壳体、安装盘等定位准确可靠,连接牢固。铣刀轴和输入轴直径较大,能传递的力矩和功率大[3]。设计时,尽可能增大前端伸出部分的截面惯性矩,并适当缩短伸出长度。这些措施使钢筒内壁盲孔铣削加工设备整体刚性大大提高,减小了受切削力影响而产生的变形,对于加工钛合金等比强度高且加工硬化现象严重的材料很有益处[4]。

(2) 铣刀轴处支承稳定可靠,可加工长圆形盲孔。因铣刀轴处会受到较大的切削力作用,铣刀轴采用两个轴承支承,轴向定位准确,可同时承受较大的径向力和轴向力,抗振动能力强。钢筒内壁盲孔铣削加工设备可以加工多种长圆形盲孔,扩大了加工范围。与此同时,轴承和齿轮的使用寿命也大大延长。

(3) 传动链简单,易于拆装维修,安装调整容易。钢筒内壁盲孔铣削加工设备采用制造方便、成本低、传动稳定可靠的圆柱直齿轮传动,传动链简单,并可实现自主制造。安装时不需要调整齿轮中心距,调整容易,并易于拆装维修。齿轮处采用脂润滑,日常维护简便。

(4) 采用拨叉传动,更易于安装。钢筒内壁盲孔铣削加工设备与铣床连接处用拨叉传动,拨叉装置安装于铣床主轴孔内。当钢筒内壁盲孔铣削加工设备与铣床主轴套筒连接时,输入轴和机床主轴的回转中心必然有安装误差,采用拨叉传动,可以避免产生附加动载荷和振动,进而避免造成轴和轴承损坏。

(5) 封闭结构,安全可靠。钢筒内壁盲孔铣削加工设备的铣削头为封闭结构,伸入钢筒内腔部分,两侧装有挡板,避免加工时铁屑、切削液对钢筒内壁盲孔铣削加工设备内部齿轮和轴承产生影响,使齿轮和轴承能够始终保持良好的润滑状态,保证传动稳定,并延长使用寿命。

(6) 铣刀安装更换简便。铣刀安装在铣刀轴下端盖孔中,采用螺钉锁紧,拆装简单方便,节约辅助时间。铣刀可为专门定制,也可采用标准键槽铣刀改造而成。

5 实际应用

钢筒内壁圆形盲孔铣削加工如图3所示,钢筒内壁长圆形盲孔铣削加工如图4所示,f为进给方向,铣刀种类为圆柱形键槽铣刀。铣削加工时,机床主轴旋转,经过钢筒内壁盲孔铣削加工设备内部齿轮的传动,使铣刀同向旋转。当铣刀仅向下进给时,可在工件内腔表面铣出圆形盲孔。当铣刀先向下进给后向左或右两个方向进给时,可铣出长圆形盲孔。铣削加工中,铣刀所受的轴向及径向切削力通过铣刀轴传递至轴承[5]。两个轴承分布于铣刀轴的两端,均安装在壳体孔中,轴向用端盖固定,轴承的承载状况良好[6]。钢筒内壁盲孔铣削加工设备实物如图5所示,钢筒内壁盲孔铣削加工设备安装至铣床上的状态如图6所示。

▲图3 钢筒内壁圆形盲孔铣削加工示意图▲图4 钢筒内壁长圆形盲孔铣削加工示意图▲图5 钢筒内壁盲孔铣削加工设备实物▲图6 钢筒内壁盲孔铣削加工设备安装至铣床状态

▲图7 零件加工现场▲图8 加工后零件

6 加工效果

通过上述分析及实际应用可知,钢筒内壁盲孔铣削加工设备很好地解决了钢筒内壁盲孔铣削的工艺难题,保证了设计图纸中盲孔的尺寸精度和位置精度,使加工能按期保质保量完成。钢筒内壁盲孔铣削加工设备日常维护成本低,仅需要根据刀具磨损情况更换铣刀即可。零件加工现场如图7所示,加工后的零件如图8所示。

7 结束语

钢筒内壁盲孔铣削加工设备可用于加工钢筒中孔径不小于φ68 mm、 位置深度不大于150 mm的圆形盲孔及长圆形盲孔。针对钢筒内壁盲孔直径10.5 mm和11.5 mm,盲孔深度3～4.5 mm,且长圆形盲孔长度不大于20 mm的情况,钢筒内壁盲孔铣削加工设备能很好地完成加工,具有较强的通用性,应用效果良好。