一種深孔加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃莉

（中國重型機(jī)械研究院有限公司，西安710032）

一種深孔加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃莉

（中國重型機(jī)械研究院有限公司，西安710032）

深孔鉆床是加工深孔零件的專用設(shè)備。鉆深孔時(shí)為保證加工質(zhì)量、提高工效，加工中鉆頭的冷卻和定時(shí)排屑是需要解決的主要問題。深孔加工的特殊性決定了加工過程中切削熱不易傳播，無法直接觀察切削狀態(tài)；刀具容易磨損，排屑困難，且被加工表面質(zhì)量無法保證。文中介紹一種新型深孔加工機(jī)床，它滿足了深孔加工機(jī)床用產(chǎn)品的需求，提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。

BTA刀具；深孔加工；槍鉆

0 引言

在機(jī)械制造業(yè)中，孔深超過孔徑的5倍的圓柱孔（L/ d≥5）即稱之為深孔，與之相對(duì)應(yīng)的（L/d≤5）是淺孔。孔深與孔徑的比值叫做長徑比［1］。加工深孔的技術(shù)叫做深孔加工技術(shù)。

深孔加工技術(shù)源自于對(duì)槍炮管的加工制造過程。我國祖先早在發(fā)明了火藥技術(shù)之后，在700多年前的明代已經(jīng)在軍隊(duì)中大量裝備了火槍、火銃等金屬管型火器，成為了人類歷史上最早的深孔加工零件。可見，對(duì)于深孔加工的需求早已被人們重視和應(yīng)用了，但是，直到20世紀(jì)30年代以前，此項(xiàng)技術(shù)一直局限在軍工領(lǐng)域，二戰(zhàn)結(jié)束以后，歐美一些發(fā)達(dá)國家為了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要率先把此項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)為民用，并成立了一些針對(duì)深孔加工技術(shù)的研究組織。我國從20世紀(jì)70年代末才開始建立專門的制造深孔加工刀具的工具廠。目前，我國仍是深孔加工機(jī)床的純進(jìn)口國。

1 深孔加工機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)

1.1 深孔鉆鏜床的用途

深孔鉆鏜床是加工圓柱形零件的深孔加工專用機(jī)床，它主要用于鉆、鏜削通孔，也可以進(jìn)行光整滾壓加工［2］。在鏜削方式上，采用推鏜，也可用于拉鏜。在排屑方式上，鉆削時(shí)采用內(nèi)排屑方式，鏜削時(shí)采用前排屑方式。在生產(chǎn)中，適于大批生產(chǎn)，也適于單件小批生產(chǎn)。

1.2 深孔鉆鏜床的主要技術(shù)規(guī)格

鉆孔直徑范圍：φ40～φ80mm；鏜孔最大直徑：φ200mm；中心高度（從平導(dǎo)軌至主軸中心）：350 mm；床頭箱主軸孔徑：φ75 mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍：61～1000 r/min，12級(jí)；進(jìn)給速度范圍：5～250mm/min（無級(jí)）；拖板快速移動(dòng)范圍：2m/min；工件夾持直徑范圍：φ60～φ300 mm；主電機(jī)：N＝30 kW，n＝1 460 r/min。

摩擦離合器和變速齒輪裝載于主軸箱中。一種布置方案是將兩級(jí)變速齒輪和離合器合二為一，這種布置方案中由于齒輪外徑受到離合器的影響，導(dǎo)致軸間距變大；二是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左右部分接通，分別得到一級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)和三級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種布置方案中，主軸箱軸向尺寸較大，齒輪在軸上的布置關(guān)系到主軸箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。所以我們采用第一種方案，離合器的結(jié)構(gòu)由空心軸中的拉桿來操縱。

圖1 主軸箱剖面圖

2 深孔加工機(jī)床支撐架設(shè)計(jì)

機(jī)床的支承件主要是指床身、底座、立柱、橫梁、工作臺(tái)、箱體等尺寸和重量較大的零件，通常也稱為機(jī)床大件。支承件是機(jī)床的基礎(chǔ)件，一臺(tái)機(jī)床上的支承件數(shù)量并不多，卻占整機(jī)重量的40%～70%。機(jī)床的其他零、部件固定在支承件上，或者在支承件的導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。因此，支承件的主要功用是支承和聯(lián)接其他零、部件，承受各種載荷（包括部件及工件的重量，切削力，摩擦力，夾緊力等靜載荷和動(dòng)載荷）及熱變形的影響，并保持各部件之間具有正確的相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而保證機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量［3］。

圖2 鉆桿支架主視圖

圖3 支架剖面圖

3 深孔加工機(jī)床床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在切削時(shí)，刀具與工件之間互相作用的力大部分作用在床身上并使之變形；機(jī)床的動(dòng)態(tài)力使床身和整體振動(dòng)；床身的熱變形會(huì)改變執(zhí)行器件的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡；這些都將影響加工精度和表面質(zhì)量。因此，床身是機(jī)床十分重要的部件［4］。

如圖4所示，床身的設(shè)計(jì)是首先根據(jù)床身的使用要求進(jìn)行受力分析，再根據(jù)受力分析和其他要求參考現(xiàn)有同類機(jī)床床身部件尺寸決定其形狀和尺寸。利用有限元法進(jìn)行模型仿真或進(jìn)行模型試驗(yàn)，得出床身靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，并據(jù)此得出最佳方案。

圖4 床身設(shè)計(jì)步驟

圖5 床身受力力矩圖

由于主軸箱、工件、尾座、床身構(gòu)成一個(gè)封閉體，因此床身承受彎矩和扭矩，如圖5所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的深孔加工機(jī)床，滿足了深孔加工機(jī)床國產(chǎn)化的需求，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，為深孔加工機(jī)床的國產(chǎn)化提供了理論基礎(chǔ)。

［1］ 王世清.深孔加工技術(shù)［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［2］ 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

［3］ 雷竹峰.深孔珩磨的實(shí)驗(yàn)與研究［J］.煤礦機(jī)械，2012（7）：125-126.

［4］ 雷曉芳.基于ANSYSWorkbench的臥式深孔珩磨機(jī)機(jī)座的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2013（20）：5-8.

［5］ Lei Zhufeng.Development of deep hole maching tool［C］//2011 2nd International Conference on Mechanic Automation and Conrtol Engineering.2011.

［6］ 雷竹峰.臥式深孔珩磨機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化［D］.太原：中北大學(xué)，2013.

（編輯昊 天）

TG 523

B

1002－2333（2014）05－0276－02

黃莉（1986—），女，碩士，助理工程師,研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。

2014-02-28