深孔鉆床設(shè)計(jì)

譚德寧 黃寶嶺 付振魯

(山東普利森集團(tuán)有限公司，山東德州 253003)

深孔鉆床設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)，不是隨便就能設(shè)計(jì)好的，國(guó)內(nèi)有廣東東莞、山東法因數(shù)控、西安機(jī)床廠、上海順杰機(jī)電、北京哈鏝和山東普利森等廠家，國(guó)外的就不提了;論技術(shù)與水平，國(guó)內(nèi)大都是仿制，水平中等，在國(guó)際上做的較好的是德國(guó)TBT公司。在這里介紹一項(xiàng)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的深孔鉆制造技術(shù)。

圖1是山東普利森集團(tuán)有限公司的ZP2102深孔鉆床，為基型產(chǎn)品，1990年在北京機(jī)床展銷會(huì)上獲得金馬二等獎(jiǎng)。這里再次進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和量體裁衣的專機(jī)設(shè)計(jì)，供國(guó)內(nèi)知名人士共睹。

1 專機(jī)設(shè)計(jì)要求

深孔鉆床屬于專用機(jī)床而且特別專，筆者參加設(shè)計(jì)了40多臺(tái)專機(jī)，92%沒(méi)有相同的。這里以一種專機(jī)為例，介紹一下設(shè)計(jì)的特殊技巧。在1997年北京機(jī)床展銷會(huì)上，我公司承接了一臺(tái)ZP2102深孔鉆床，用戶為長(zhǎng)春一汽公司，安排由我為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖2為加工零件圖，零件的材料為易切鋼35，調(diào)質(zhì)處理，加工件有精度要求。對(duì)于深孔鉆削來(lái)說(shuō)，表面粗糙度Ra1.6 μm容易達(dá)到，尺寸精度φ12.7H7容易保證，但是內(nèi)孔對(duì)外圓的徑向跳動(dòng)0.03 mm不易保證。

根據(jù)加工零件的精度要求設(shè)計(jì)了一臺(tái)專機(jī)。

2 專機(jī)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)深孔鉆床的結(jié)構(gòu)和加工零件的精度要求進(jìn)行了兩種布局，如圖3所示。實(shí)踐證明:兩種結(jié)構(gòu)均可滿足使用要求，總體布局一為1997～2001年長(zhǎng)春一汽公司使用的結(jié)構(gòu)，零件的加工精度為:表面粗糙度Ra1.6 μm，尺寸精度φ12.7H7，內(nèi)孔對(duì)外圓的徑向跳動(dòng)0.02～0.04 mm;在床頭箱02與導(dǎo)向架36之間安裝了一套夾緊裝置90，工件依靠夾緊裝置90上的彈簧夾頭定位，工件的旋轉(zhuǎn)由床頭箱02通過(guò)撥臂帶動(dòng)，導(dǎo)向架36設(shè)計(jì)有液壓頂緊缸和回轉(zhuǎn)軸承，這樣導(dǎo)向套既能頂緊工件又能隨工件回轉(zhuǎn)。在使用過(guò)程中，夾緊裝置90上的軸承使用1年以后(1天16 h連續(xù)工作，兩班倒)會(huì)產(chǎn)生磨損，此時(shí)軸承產(chǎn)生間隙0.3 mm左右，當(dāng)導(dǎo)向架36再頂緊工件時(shí)會(huì)產(chǎn)生圖中細(xì)實(shí)線所示的后仰情況，導(dǎo)致內(nèi)孔對(duì)外圓的徑向跳動(dòng)超差，差值在0.12～0.18 mm。經(jīng)過(guò)多次維修，精度難以恢復(fù)，最好情況為:內(nèi)孔對(duì)外圓的徑向跳動(dòng)0.06～0.08 mm。

為了徹底解決問(wèn)題，2002年重新與用戶簽定技術(shù)協(xié)議，設(shè)計(jì)了總體布局二的結(jié)構(gòu)，使用至今，精度完全達(dá)到要求，機(jī)床使用良好，說(shuō)明這種結(jié)構(gòu)非常可靠。該結(jié)構(gòu)是在床頭箱主軸2上直接安裝彈簧夾頭3對(duì)工件定位，在主軸尾部設(shè)計(jì)有夾緊液壓缸1，由彈簧夾頭3后部的拉桿拉緊對(duì)工件進(jìn)行定位夾緊，導(dǎo)向套4通過(guò)頂緊液壓缸5頂緊工件，在導(dǎo)向套4前端有錐面，頂緊時(shí)可進(jìn)行自動(dòng)封油，深孔鉆6采用插入式結(jié)構(gòu)，這樣鉆桿的長(zhǎng)度可以縮短。

3 液壓系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

3.1 液壓缸速度的改進(jìn)

上述結(jié)構(gòu)是通過(guò)液壓控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊和松開(kāi)，該結(jié)構(gòu)決定了需要兩套液壓缸，那么液壓系統(tǒng)需使用兩排疊加閥分別來(lái)實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。從圖3所示，頂緊液壓缸5的缸徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于夾緊液壓缸1的缸徑，在相同流量的作用下，頂緊液壓缸5的運(yùn)動(dòng)速度很慢，需要40 s左右，夾緊液壓缸1的運(yùn)動(dòng)速度5 s內(nèi)還行，為了解決速度問(wèn)題，采用了圖4所示的結(jié)構(gòu)。

在管路上只需將兩液壓缸的進(jìn)油管路用一根軟管串聯(lián)，再在兩液壓缸的出油管路用另一根軟管路串聯(lián)，這樣必然產(chǎn)生夾緊液壓缸1工作結(jié)束后，兩排閥的油路一起給頂緊液壓缸5供油，從而提高了頂緊液壓缸5的運(yùn)動(dòng)速度，反之，松開(kāi)時(shí)亦然。頂緊液壓缸5的運(yùn)動(dòng)速度提高到10 s左右，滿足使用要求。

3.2 液壓缸力量匹配的改進(jìn)

液壓缸是機(jī)床的一個(gè)組成部分，在我廠深孔鉆床ZP2102上，離不了用液壓缸來(lái)頂緊加工工件，它的控制是依靠液壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)液壓缸的壓力為0.7 MPa時(shí)，頂緊力為8 778 N;當(dāng)液壓缸的壓力為0.2 MPa時(shí)，頂緊力為2 508 N。如果采用0.7 MPa的壓力頂緊工件，彈簧卡頭夾緊工件會(huì)變形影響加工精度，必需采用0.2 MPa的壓力。參看《液壓樣本》可知，一般的壓力控制閥——減壓閥或溢流閥最低控制壓力為0.6～0.7 MPa，結(jié)構(gòu)如圖5所示，這種結(jié)構(gòu)是非常簡(jiǎn)單的。

減壓液壓溢流閥:此種結(jié)構(gòu)的最低壓力能夠控制在0.1～0.2MPa，在液壓缸的進(jìn)油口增加一個(gè)減壓式“壓力溢流控制閥”，通過(guò)溢流閥調(diào)整回路的壓力。

如圖6所示，圖6a的回路為常用型疊加閥。圖6b的回路在常用型疊加閥基礎(chǔ)上增加了1個(gè)“溢流閥和單向閥組合閥”。當(dāng)油缸頂緊時(shí)通過(guò)溢流閥1流過(guò)液壓缸，此時(shí)液壓缸的壓力由溢流閥1上的彈簧來(lái)調(diào)整。濟(jì)南液壓件廠就可生產(chǎn)，壓力可以控制在0.1～0.2 MPa，流過(guò)溢流閥1的液壓油不能流過(guò)單向閥2，因?yàn)樵趩蜗蜷y內(nèi)已經(jīng)將彈簧的頂緊力增大到開(kāi)啟壓力在0.7 MPa上。油缸松開(kāi)時(shí)通過(guò)單向閥2流過(guò)溢流閥1的溢流口流回油箱，此時(shí)液壓缸的壓力為2 MPa，這時(shí)液壓油不能流過(guò)溢流1。由圖5可知:因?yàn)橐簤河蛯⒂涂诙滤溃F堵只能單方向移動(dòng)，不可能是雙向的。

3.3 管式溢流閥的改進(jìn)

這里是另外一種控制頂緊壓力的方法，從圖7液壓原理圖可知，在液壓頂緊缸的進(jìn)油口處安裝了1個(gè)管式溢流液壓閥，液壓管道的通徑為φ6 mm，依靠該閥對(duì)液壓頂緊缸進(jìn)行0.2 MPa的壓力控制。實(shí)踐證明:該方法可以解決液壓頂緊力大小的問(wèn)題。

從圖8管式溢流液壓閥結(jié)構(gòu)圖可知:松開(kāi)右端的鎖緊螺母，操縱調(diào)節(jié)螺桿4使之前進(jìn)或后退，從而改變了調(diào)節(jié)彈簧3的壓縮長(zhǎng)度，導(dǎo)致作用在錐閥2的頂緊力產(chǎn)生變化——增大或減小;當(dāng)液壓油從左端進(jìn)油口接頭1進(jìn)入時(shí)(接頭1內(nèi)徑只有φ2～3 mm)，錐閥2對(duì)液壓油起到阻尼作用，迫使流經(jīng)下部出油口的壓力下降，通過(guò)改變調(diào)節(jié)彈簧3的壓縮量可以調(diào)節(jié)出油口的壓力的大小，壓力可以控制在0.1～0.2 MPa。

當(dāng)管徑比較大的油液流經(jīng)管徑比較小的管道時(shí)，在直徑變化處會(huì)產(chǎn)生節(jié)流作用，使小管徑里的油壓力增高，流量會(huì)減小，在直徑變化處形成紊流，無(wú)論是進(jìn)油口還是出油口正反通油，錐閥2與溢流閥體5始終是開(kāi)口的，不能完全閉合;這就是利用紊流產(chǎn)生的壓力差使錐閥2不能閉合，確保圖7所示正反通油的原因。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面的理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐證明，機(jī)床設(shè)計(jì)仿制比較容易，要想做好卻很難;通過(guò)對(duì)深孔鉆床一種工件實(shí)例的設(shè)計(jì)與研究，闡述了機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓閥改進(jìn)設(shè)計(jì)，機(jī)床的各個(gè)部件之間互相聯(lián)系、相互依存并缺一不可，液壓系統(tǒng)有時(shí)會(huì)影響整機(jī)的加工精度，本文提出了在液壓控制閥上實(shí)現(xiàn)0.2 MPa壓力的方法，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

［1］陳心昭.現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］德州機(jī)床廠.ZP2102、ZK2102 深孔鉆床圖紙［Z］.1999.