深孔鏜專用機床的開發

楊麗，楊興，宋建武

(張家口職業技術學院，河北張家口 075000)

深孔鏜專用機床的開發

楊麗，楊興，宋建武

(張家口職業技術學院，河北張家口 075000)

針對當前深孔鏜床的缺點，開發了新一代深孔鏜專用機床。該機床采用配備低轉速大扭矩同步交流伺服電機的主軸驅動系統，采用具有過載保護的液壓進給系統，有效地克服了原機床結構復雜、能耗高、堵轉時易損壞工件和刀具的缺點，具有自動化程度高、成本低、節能、可靠性好等優點。

深孔鏜削;專用機床;交流伺服驅動;液壓驅動

深孔鏜專用機床適應于一次性加工完成圓柱體內孔的鏜、滾壓，主運動為刀具 (刀桿)旋轉，進給運動為刀具進給，鏜削方式采用推鏜。該機床不僅可以進行鏜削，而且還可以進行滾壓加工。目前，國內其他同類設備有多種，但共同存在以下顯著缺點:

(1)主軸驅動系統結構復雜，主電機采用大功率普通三相異步交流電動機，配有多級主軸傳動箱，體態笨重，成本高，可靠性差，故障率高，主電機功率過大而能耗高;

(2)進給驅動系統結構復雜，采用交流伺服電機帶進給箱，滾珠絲杠螺母副傳動，無級調速，但屬剛性傳動，無過載保護，一旦發生堵轉，將會損壞工件或刀具;

(3)由于結構復雜成本高，一般售價在幾十萬，用戶難以接受。

針對以上設備存在的缺點，作者開發了新的深孔鏜床，完全克服了以上缺點，具有自動化程度高、成本低、節能、可靠性好的特點，設備投放市場以來，深受用戶歡迎。

1 機床設計方案

如前所述，在現有深孔鏜專用機床上加工深孔時，存在3個缺點，考慮機床原有結構和傳動關系，重新改造設計，提出下列設計方案，機床設計示意圖如圖1所示。

圖1 機床設計結構簡圖

1.1 床身部分

床身采用樹脂砂造型，優質鑄鐵鑄造，具有很好的外觀和強度，筋板布局合理，Π型加強筋使床身具有優良的剛度、抗振性和抗斷面畸變能力。床身采用分體拼接結構，下體采用焊接結構，將內設液壓站、冷卻泵站及各種油管;上體采用鑄造結構，導軌采用雙平結構、電火花表面淬火磨削工藝，使其承載能力大，導向精度、耐磨性及精度保持性好，根據鏜孔系列不同導軌寬度為520～680 mm。

1.2 主軸驅動系統

主軸驅動電機選用低速大扭矩的交流同步伺服電機，根據鏜孔直徑系列φ32～500 mm，選用功率6～22 kW，同步轉速 500 r/min，如選用型號 CTB-4022ZXE05電機，功率22 kW。主電機配有PX系列高精密行星齒輪減速器，減速比i=3～5，主要起增扭作用，它們之間采用彈性聯軸器聯接，變頻無級調速，轉速可達30～2 000 r/min，亦可根據用戶要求任意設置11級轉速，通過波段開關實現有級調速。與同類產品相比，主電機功率小，節能明顯，機械傳動結構簡單。

1.3 進給驅動系統

機床液壓傳動系統如圖2示。

圖2 液壓傳動系統圖

采用液壓進給驅動系統，過載保護功能強，有效克服了堵鏜時刀具與工件的報廢。在導軌凹槽中安裝有進給油缸SG-80×3 000，工作壓力8 MPa，油缸帶動托板，與主電機、減速器及鏜桿一起移動，托板采用箱體式滑鞍結構有效地提高了滑鞍的剛性，同時支撐導軌整個跨度，滑鞍及滑板為樹脂砂鑄造，并進行人工時效處理，各導軌面為重要加工面。油泵電機選用三相交流異步電機5.5 kW，油泵選用齒輪泵CBTF320，對油液污染不敏感，工作可靠，壽命長。進給速度為無級調速，進給速度范圍5～500 mm/min。夾緊油缸SG-250×100，工作壓力3 MPa，起到對工件的夾緊松開作用。

1.4 授油器部分

授油器的作用是:(1)向加工工件輸入冷卻液并密封;(2)支承鏜桿;(3)鏜頭導向;(4)支承頂緊工件及工件定位;(5)對床身固定。在授油器的背面，有一個從冷卻泵來的輸液管，冷卻液通過授油器送入工件切削區。在授油器的頭部，有一個錐盤，起支承和頂緊工件作用，它與工件以30°、45°或60°錐面結合，靠裝在授油器內部液壓缸產生的力對工件頂緊。在錐盤內，有一導向套，是用于鏜頭導向的，更換刀具必須更換此套。

在授油器的尾部，有一軸承內套，內有導套，是支承鏜桿用的，更換鏜桿時，需要更換相應的導套。在授油器內部的液壓缸，與授油器做成一體，錐盤即為活塞。液壓泵啟動后，按下夾緊按鈕，就可實現錐盤伸出頂緊，按下松開按鈕，則錐盤退開，工件另一端由排屑座的錐盤頂緊。在規定的加工范圍內，用戶可以根據需要自行選擇鉆鏜桿直徑尺寸，自制與工件和鏜桿有關的零件。

1.5 冷卻系統

冷卻系統主要由冷卻液箱、泵站、輸液管、儲屑車和回液槽組成。冷卻液的作用是冷卻及排屑。鏜孔時，正常采用推鏜方式，冷卻液由冷卻液箱經冷卻泵從授油器后側輸入到切削區，帶著切屑排往床頭排屑座，然后到儲屑車，冷卻液過濾后回冷卻液箱。冷卻泵站由一個電機帶冷卻泵組成，電機功率1.5 kW，系統工作壓力2.5 MPa，流量200 L/min。

1.6 鏜桿支架

鏜桿支架為上下兩半瓦結構，便于鏜桿更換。主要起到支撐鏜桿、控制鏜桿的運動方向、吸收鏜桿震動的作用。

1.7 電氣系統

由操作面板、電氣控制柜、交流伺服驅動裝置及電氣控制系統組成，使得機床的操作和使用更具合理化、人性化。其機床主電路如圖3所示，控制電路略。

圖3 機床主電路圖

2 機床的性能指標

2.1 機床的加工精度

粗鏜時，孔徑精度IT9～10，表面粗糙度不大于Ra6.3μm;

精鏜時，孔徑精度IT7～8，表面粗糙度不大于Ra3.2μm，圓度不大于0.03 mm;

滾壓時，孔徑精度IT7～8，表面粗糙度不大于Ra0.4μm，圓度不大于0.03 mm;

加工孔的直線度不大于0.15 mm/1 000 mm;加工孔的出口偏斜不大于0.3 mm/1 000 mm;加工孔的同軸度不大于0.25 mm/1 000 mm。

2.2 機床的加工效率

切削速度。根據刀具結構、材料和工件材質確定，一般為50～100 m/min;

進給速度。根據工件加工直徑、工件材質、熱處理狀況和工藝情況確定，一般在40～100 mm/min;

鏜孔時最大加工余量。根據刀具結構、材料和工件情況確定，一般不大于30 mm。

3 結論

該機床可用于加工機床的主軸孔，各種機械液壓油缸、汽缸圓柱形通孔、盲孔及階梯孔等，具有質量可靠、價格低、自動化程度高、經濟效益好等優點。

【1】袁建亭，崔瑞強，李震，等.深孔鏜滾復合加工的研究［J］.機械管理開發，2011(3):67 －68.

【2】林毅.專用鏜床的電氣控制系統［J］.機床與液壓，2004(1):100－101.

【3】張樂平，楊迎新.專用鏜床的PLC控制系統設計［J］.機床與液壓，2005(11):205－206.

【4】江慶輝.深孔鏜削工藝的分析［J］.機械制造，1986(2):5－7.

【5】黃軍.油(氣)缸筒滾壓加工［J］.機械制造，1998(8):29.

【6】張斌.深孔加工的幾種工藝方法［J］.機械工人，2004(4):22－23.

Development of the Special Deep Hole Boring Machine

YANG Li，YANG Xing，SONG Jianwu
(Zhangjiakou Vocation Technology，Zhangjiakou Hebei075000，China)

Aiming at the disadvantages of current deep hole boringmachine，a new deep hole boringmachinewas developed.In themachine，shaft drive system with low speed and large torque AC servo motor and hydraulic feed system with overload protection were adopted，so the problems existing in originalmachine，such as complex structure，high energy consumption，and stallingwhich is easy to damage the workpiece and tool，were overcome.It has the advantages of high degree of automation，energy-saving，low cost and good reliability.

Deep hole boring;Specialmachine;AC servo drive;Hydraulic drive

TG539

A

1001－3881(2013)8－047－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.017

2012－02－20

楊麗 (1967—)，女，工學學士，副教授，主要從事數控技術及CAD/CAM的教學與研究工作。E－mail:sjw4066@sina.com。