鼓輪內圓面錐孔鉆削工裝的設計

唐道旭，行志剛，趙鐵，金賢宗 ,李忠良

（1.南京安諾電梯有限公司，南京 211102；2.河南理工大學 機械廠，河南 焦作 454000）

0 引言

鼓輪作為煙草機械濾嘴接裝機上的一種重要零件，其性能對整臺自動化設備的運行起到關鍵作用［1］。該零件的特點是在內圓面圓周方向均勻分布2 排、每排28 個錐孔，材料為HT250。該零件作為薄壁圓筒狀零件，在內圓面上加工錐孔就成為加工中的難點。如何利用工廠的現有機加工設備，設計出一套錐孔加工工裝，是擺在面前的亟待解決的關鍵問題。

機械傳動有多種形式，主要可分為兩類［2］：1）靠機件間的摩擦力傳遞動力和運動的摩擦傳動，包括帶傳動、繩傳動和摩擦輪傳動等。摩擦傳動容易實現無級變速，大都能適應軸間距較大的傳動場合，過載打滑還能起到緩沖和保護傳動裝置的作用，但這種傳動一般不能用于大功率的場合，也不能保證準確的傳動比。2）靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動，包括齒輪傳動、鏈傳動、螺旋傳動和諧波傳動等。嚙合傳動能夠用于大功率的場合，傳動比準確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。齒輪傳動作為機床設備上廣泛采用的傳動形式，其特點是：傳動平穩，傳動比精確，工作可靠，結構緊湊，效率高，壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。綜合考慮，本文確定使用齒輪傳動來設計鼓輪內圓面錐孔鉆削工裝。

1 錐孔鉆削工裝的設計與制造

1.1 傳動系統設計

利用立式升降臺銑床X5025，根據鼓輪零件結構特點和空間限制，設計一套齒輪傳動機構，依靠齒輪傳動來完成錐孔的加工。該鉆削工裝的整體外形三維圖如圖1 所示。該鉆削工裝的詳細設計結構如圖2 所示。焊接箱體替代銑床主軸的法蘭盤，其連接尺寸要與原法蘭盤尺寸相同，材料為Q235 鋼，箱體進行焊接時，注意上下箱蓋孔處采用插裝工藝心軸的方法，控制焊接尺寸精度，減少焊接變形，焊后采用去應力退火的方法來消除焊接件殘余應力，然后在鏜床上加工相應的孔使其達到尺寸要求。Ⅰ軸齒輪為齒輪軸，用于替代原銑床刀桿，與銑床主軸錐孔的連接錐度為7：24，下端延長加工成直齒輪；Ⅱ軸齒輪為惰輪，其內孔鑲嵌銅套，采用耐磨性能較好的錫青銅加工，與Ⅱ軸之間為滑動配合，同時與Ⅱ軸相配合的箱體上蓋孔處也鑲嵌銅套。Ⅲ軸為空心軸，用于安裝錐孔鉸刀。

圖1 鉆削工裝外形圖

圖2 鉆削工裝剖切圖

莫氏錐度是一個錐度的國際標準，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，利用摩擦力的原理，可以傳遞一定的轉矩，又因為是錐度配合，所以可以方便拆卸。在同一錐度的一定范圍內，工件可以自由拆裝，在工作時又不會影響到使用效果。同時，由于鉸刀的齒數影響鉸孔精度、表面粗糙度、容屑空間和刀齒強度，其值一般按鉸刀直徑和工件材料確定。鉸刀直徑較大時，可取較多齒數；加工韌性材料時，齒數應取少些；加工脆性材料時，齒數可取多些。為了便于測量鉸刀直徑，齒數應取偶數。所以Ⅲ軸上安裝的鉸刀采用2 號莫氏錐度成型鉸刀，選用鉸刀齒數為4 齒，齒槽采用直齒槽，材料為合金工具鋼9SiCr［3］。同時，Ⅲ軸上角接觸球軸承采用面對面安裝的方法。

Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸齒輪皆為直齒輪，模數皆為2 mm，嚙合部分的齒寬皆為b=12 mm，齒數分別為Z1=Z2=28、Z3=20，采用45 鋼調質處理，齒面硬度28～32HRC，采用滾齒機滾齒或者利用齒形數據交換文件即dxf 文件導入線切割機床加工的方法皆可。

1.2 支撐部分設計

采用中心高為100 mm 的萬能分度頭FW100 來進行分度，利用分度頭卡盤夾持工件的一端，由于此零件為薄壁零件，而要加工的錐孔端離卡盤夾持端距離較遠，處于懸臂狀態，故采用對稱可調支撐楔形塊來支撐，如圖3 所示，利用M10×120 內六角圓柱頭螺釘來調整二者間距以達到可靠支撐鼓輪大圓面外側，并且支撐楔形塊還帶有凸臺，既可以支撐錐孔所在小圓面外側，還可以起到軸向定位作用。

圖3 對稱可調支撐楔形塊裝配

1.3 限位裝置設計

Ⅰ軸端蓋下側和限位裝置調節螺母上側都加工有錐形孔，用來放置鋼球進行加工的限位，極大地提高了尺寸精度和加工效率，保證了加工尺寸的一致性。

2 錐孔鉆削工裝的應用

由于此零件為小批量生產，本工裝采用鋰基潤滑脂進行齒輪嚙合的潤滑。利用分度頭分度逐個進行錐孔鉆削加工，先加工一排，再加工另外一排，完成了該零件的錐孔加工工序。加工過程中，要選擇冷卻性能較好的切削液，最終達到了要求的尺寸精度和公差要求，為零件保質保量按時交付給客戶提供了保證。

3 結語

利用工廠現有機加工設備，設計一套鉆削工裝來完成鼓輪零件內圓面上的錐孔的加工，為類似零件的錐孔加工提供了一個借鑒。利用先進的設計工具，如三維設計軟件，可以將設計理念快速轉化成虛擬樣機，完成CAD、CAE、CAM、PDM 連續相關的工作，利用軟件進行運動學、動力學以及有限元分析，完成產品結構強度、剛度等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計，使虛擬樣機性能最優、經濟效益最佳，最終加工生產出成品，極大地提高了設計和生產效率，縮短了研發周期并降低了產品成本。

［1］姚二民，儲國海.卷煙機械［M］.北京：中國輕工業出版社，2005.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.5 版.北京：化學工業出版社，2008.

［3］袁哲俊.金屬切削刀具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2008.