軸系鏜孔設備的設計與加工研究

周立彬

(大連海洋大學機械與動力工程學院，遼寧大連 116023)

在機械零件的加工制造中，孔的加工非常普遍。對于一般要求的零件的孔加工，可以采用鉆、鉸等工藝實現，從成本角度來看，往往適合安排在普通機加工設備上進行，如普通車床、鉆床等。而如果精度要求比較高，則孔加工常使用鏜床或專用機床加工，成本也隨之上升［1］。目前，對于較長軸系軸承孔的加工精度要求越來越高，如果使用自制的鏜孔機工裝，加工精度低，操作笨重，工作時振動及噪聲很大［2］。在中、小企業中如果采用鏜孔設備加工，不僅加工后表面精度低，而且表面粗糙度以及尺寸和幾何公差不可控，完全依靠操作人員的操作經驗加工，導致質量不穩定。

1 存在的問題分析

(1)設備結構不合理，配合部件磨損快，精度低。鏜桿使用銅套和鐵套之間滑動摩擦的雙層套式設計，使用一段時間后，由于銅套和鑄鐵之間摩擦造成間隙過大必須更換銅套以保證加工精度［2］。由于襯套與鏜桿之間有一定的間隙，其結構為開放式，用手動加油潤滑。在使用一段時間后，鏜桿與襯套之間有鐵屑、泥沙、水等雜物進入，鑄鐵襯套磨損加快，使其間隙增大，運轉時產生振動，工件加工表面粗糙度增大，加工的尺寸、圓度、圓柱度不可控，質量不穩定。

(2)設備運轉不平穩。鏜桿采用剛性軸連接，鑄鐵襯套與鏜桿配合間隙小，且襯套寬度達到150 mm，滑動摩擦面長，導致鏜桿在運轉過程中不平穩，且鑄鐵襯套潤滑不良或進入雜質，更容易產生運轉不平穩現象，導致蹦刀，使加工精度降低。

(3)刀條切削不連續。鏜桿手動移動進給，帶動刀條移動進行切削加工，工作不連續，加工表面出現明顯刀痕。設備的進給速度需要手動調整，如調整的參數不合理，孔加工表面粗糙度將無法滿足設計要求［3］。

(4)設備拆裝中累積誤差較大。鏜桿為實心結構，因為實心鏜桿安裝在軸承孔內，粗鏜后無法進行照光復校軸系中心線，必須將鏜桿抽出再進行照光。首先由于劃線工具、人員操作和鏜桿對中調整都存在誤差;其次前后兩次照光確定中心線、再進行劃檢查線、鏜桿安裝后用劃針按檢查線調正中心線各個環節都存在誤差，這樣，累積誤差導致各軸承孔加工后的同軸度很難保證。

2 優化設計方案的實施及加工方法

(1)改進設備結構組成，減少磨損，提高結構耐用性

研制的軸系鏜孔設備，由動力減速機 (電機、擺線減速箱、變頻器)、鏜桿、自動進給裝置、刀架滑動裝置、滾動支撐軸承裝置等組成，如圖1所示。

圖1 軸系鏜孔設備結構示意圖

由于齒輪副齒隙累積誤差及齒輪傳動本身吸振能力較弱的原因還使得現場鏜孔時容易振刀、損傷刀具并影響鏜孔精度及粗糙度［4］。設計鏜孔設備的動力減速機構時，采用擺線式變速箱，該變速箱輸出功率大，工作穩定。同時應用變頻器，隨切削量大小調節運轉速度，使設備運轉更穩定，獲得較高的表面精度。

(2)設計支撐軸承及傳動裝置的結構，提高鏜孔設備運轉的穩定性

將原有的鑄鐵襯套支撐形式改進為封閉式滾動軸承箱體支撐形式，內部錐形襯套與鏜桿滑動配合，當需在某處固定時，緊固襯套螺母即可，這樣使鏜孔設備安裝拆卸方便，并且滾動軸承摩擦因數遠比鑄鐵襯套摩擦因數小，使鏜桿平穩運轉，不產生蹦刀現象。軸承內部加油脂潤滑，并使用骨架油封密封，防止雜物進入軸承內，使軸承始終處于良好狀態，既避免了因鑄鐵襯套夾雜異物而卡滯導致損壞加工表面的質量事故，又提高了生產效率。

(3)設計鏜桿結構，提高鏜桿定位精度

改進鏜桿的工作方式，由原來鏜桿在鑄鐵襯套內軸向滑動方式改為鏜桿原地旋轉方式，銑出一道凹槽，凹槽內安裝傳動絲桿及傳動螺母。設計一套分體式刀架裝置，套合在鏜桿內，將傳動螺母固定在刀架裝置內，再將分體刀架裝置用螺栓固定牢靠。設計增加一套封閉的齒輪進給裝置，該裝置通過齒輪系傳動，以一定速比與鏜桿同步自動進給，傳動絲桿帶動刀架裝置在鏜桿上移動，進行不間斷連續切削。由于刀架與鏜桿配合精度較高，并采用封閉設計，使刀條切削加工精度較高并同時計算進給量與轉速的匹配，通過更換進給裝置內的齒輪來達到最佳速比，保證加工表面的精度。

(4)設計鏜桿中心定位方式

設計一種空心鏜桿，將照光儀器的接收光靶直接安裝在鏜桿中心孔內，將望遠鏡與空心鏜桿相結合進行軸系照光找中。軸系找中程序分兩步:第一步是粗車程序。在粗車定位前，在各軸承孔內安裝接收光靶，通過測微準直望遠鏡確定軸承孔中心，按中心用劃歸線，將加工線、檢查線印在軸承孔加工端面上。再安裝空心鏜桿，按端面上所劃的檢查線進行對中調整，粗車完畢后留有加工余量;第二步是精車程序。空心鏜桿不再拆卸掉，而是原地將接收光靶安裝到空心鏜桿的中心孔內，其中心孔安裝接收光靶處中心與鏡桿外頸的中心保證同心，這樣，接收光靶的中心就代替了鏜桿中心;然后，通過測微準直望遠鏡再對空心鏜桿進行調整，使其與軸系中心線重合，保證各軸承孔內鏜桿的同軸度在要求精度范圍內并固定，再進行軸承孔的精車加工，將鏜桿確認為放大的中心線，鏜桿在中心線上原地旋轉。這樣，減少了測量、劃線、調整等環節的誤差。精加工后的各軸承孔同軸度能夠保證滿足要求，也無需再復線，且提高了加工精度和工作效率，鏜桿中心定位示意圖如圖2所示。

圖2 鏜桿中心定位結構示意圖

(5)改進各鏜桿連接方式，提高鏜桿對中效率，同時改善運轉平穩性

鏜孔設備如采用鏜桿軸向整體移動，多個軸承孔加工時，各鏜桿連接需使用剛性連接，對中要求較高，偏差較大時，設備產生較大振動，影響鏜孔精度。而且安裝拆卸費時費力，工作效率低。改進后的鏜桿設備為鏜桿原地旋轉，進行多個軸承孔加工時，各鏜桿使用萬向連接器連接，并結合花鍵套管安裝，使鏜桿處于自由對中狀態，減少額外受力，運轉平穩無振動，且使安裝、對中、拆卸靈活方便，降低勞動強度。將傳動裝置采用雙面油封防護，避免金屬屑進入傳動裝置增加磨損。萬向連接軸與法蘭不采用固定長度以防止拆卸不方便，而是采用鍵槽形式并用螺栓固定，在拆卸安裝時將萬向軸縮短，方便操作。

3 結束語

軸系鏜孔設備改進設計之后，經過實踐檢驗，鏜孔精度完全滿足現有長軸軸系多孔設計加工要求，該設備運轉平穩，加工精度大幅提升，人員操作控制簡單化，降低了工人勞動強度，提高了工作效率，使鏜孔能力和精度控制能力有了顯著提高。

［1］馬俊，梁勝龍.基于臥式車床的新型鏜孔加工研究［J］.煤礦機械，2013，34(6):136 －137.

［2］馬慶英，劉一燕，于國強，等.鏜孔機的改進設計［J］.機械工程師，2008(10):158.

［3］鐘程斌.新型鏜孔機設想［J］.金屬加工(冷加工)，2013(4):24－25.

［4］曾慶元，劉祚石.輕便液壓鏜孔機的設計［J］.礦山機械，1999(4):59－60.