打殼機氣缸內孔加工裝置設計

郝 博, 楊斯涵

(1.沈陽理工大學 機械工程學院,遼寧 沈陽110159)

打殼機氣缸內孔加工裝置設計

郝 博, 楊斯涵

(1.沈陽理工大學 機械工程學院,遼寧 沈陽110159)

近年來我國機械制造加工業飛速迅猛的發展對我國的機制機加行業,尤其是對機加加工的質量提出了越來越高的要求.打殼機氣缸內孔加工質量要求高,剛度極低,生產技術難度大,通過設計專用加工裝置較好的解決了這一問題.專門為打殼機氣缸內孔加工裝置做了一次設計,利用普通車床加工出滿足相關表面要求的內孔.介紹了深孔加工發展歷程,對打殼機氣缸缸體進行了加工工藝的分析,根據工件工藝規程需要,設計了鏜缸體內孔所需的加工裝置;對加工裝置進行了結構設計,采用了前后倒頂尖的裝卡結構和定位方式,定心效果良好,避免了裝卡變形;鏜頭部位還加了支撐,刀桿內部做了兩條通道以便通切削液和壓縮空氣以解決了深孔加工的排屑、導向、冷卻的三大問題;并對加工裝置中主要零件鏜桿進行了受力分析,并對鏜桿進行穩定性計算.這樣的加工裝置不僅保證了相關技術與要求,還使得其可輕而易舉的在車床上完成.

孔加工裝置; 鏜孔; 氣缸; 打殼機

工業制鋁經常用電解的方法來電解鋁,在電解鋁的同時,會在電解槽中的熔液上形成一層表面凝殼,阻礙下料、發生及其危險的熄滅陽極的惡性效應,打殼機的工作部分是電解鋁車間的至關重要生產工序.

生產打殼機時,其氣缸內孔的加工要求極高,內孔的加工就好比薄壁深孔的加工,必須保證表面粗糙度、圓度、圓柱度同時得到滿足.本套內孔加工裝置的設計會使產品質量更上一個高度.現在的打殼機的氣缸內孔大多是在鏜床說著用鉆的方式來完成的,要是能在車床上就完成了這些就方便了太多了,利國利民,省時省力,節儉不少精力和錢財,我的設計是在車床上加了一個巧妙的加工裝置,這個巧妙的加工裝置可以使這個內孔在車床上鏜完,而且用的是浮動鏜刀,兩邊可以同時加工,里面的刀桿也很有玄機,刀桿里面有兩個管道,這倆個管道可以同時通氣和切削液,通氣是為了起到加速吹趕切屑的作用,這樣就不會導致切削液和切屑在管道里和內控里的堆積,解決的深孔加工的三大問題之一,接下來就是解決刀頭的導向的問題了,如果在刀頭的四周加上支撐裝置,導向偏離的問題會迎刃而解.

1 打殼機氣缸加工工藝分析

1.1 打殼機氣缸缸體加工工藝分析

打殼機氣缸缸體的零件如圖1所示.

圖1 氣缸Fig.1 Air yliner

由圖1可知,氣缸兩端面和表面均要求車削加工,內孔表面粗糙度要求1.6、圓度公差7級、圓柱度公差7級,氣缸外表面不需要加工;粗車兩端面后再精加工內孔;另外主要工作表面是氣缸內孔,雖然加工精度相對較高,但也可以在正常已有的生產條件下加工,可以用較經濟的剛法,來保質保量地將零件加工出來.由此可見,該零件的工藝性較好.

1.2 工藝方案制定

使零件的尺寸精度、幾何形狀、及位置精度的技術要求能得到合理的保證是制定工藝路線的出發點,在生產綱領已經確定的情況下,需要大批量生產的情況下,可以考慮采用車床上用鏜刀配合加工用的專用夾具,并盡量使大量工序集中在一起,來提高生產效率.

2 工藝裝備設計

2.1 對鏜孔工藝的裝備要求

(1) 鏜桿在車床上安裝時,應根據中心度、鏜桿中心使其中心誤差<0.02 mm,同時校正時用光正法,使鏜孔中間支承中心得支撐誤差<0.02 mm.

(2) 鏜孔時,要注意各個零部件的相關傳動情況,并即時向各個潤滑點內加好一點的潤滑油,并且注意鏜桿各擋板軸承間隙配合.

(3) 鏜孔要求:①下圓度≤0.03 mm;②錐度≤0.01 mm,不能超過這個界限,且在壓入的軸向方向不允許倒椎現象的發生;③端面加工,應與工件軸中心的中心線相互垂直,不垂直度要≤0.10 mm·m-1,鏜削用量以拉線的沖眼為準.

(4) 半精鏜前,軸向內孔應該至少留有1～1.5 mm單邊方向的加工余量,同時必須校核該鏜桿加工中心及鏜桿上的各擋板軸承間的間隙.

2.2 工藝裝備方案設計

加工裝置(見圖2)采用倒頂尖的形狀作為加工裝置,與工件自身的倒角部分相配合,有軸承作為支撐,保證了鏜桿的導向問題;而且中間加了銅質的防磨材料,預防了鏜桿與軸承間的摩擦;加工裝置的坡度可以使切屑以及切削液有效、更好地排除,預防了深孔加工堵塞的問題.

圖2 尾部加工裝置Fig.2 Tail processing device

2.3 工藝裝備結構設計

(1) 與車床三爪卡盤連接的前部倒頂尖的設計

① 頂尖中內孔與主軸卡盤的錐部形狀相同相吻合,可以不是配合,為了排屑方便.

② 頂尖中間孔部分做成階梯狀,方便切削液的切屑的排除,若是這里做成直角狀易造車切屑和切削液的堵塞.

③ 倒頂尖錐度為60°,與工件多于部分做間隙配合,加工后工件多于部分需要車掉.

(2) 刀頭的設計

① 刀頭四周有四個支撐塊,用螺栓連接,保證了的鏜刀的導向,采用了彈性強度很大了木膠材料.

② 刀頭內部與鏜桿連接有三根管道,中間管道分出兩個管道走切削液,直接噴到刀頭,上下兩個管道噴空氣,促進切削和切削液的流通.

圖3 與卡盤連接的頂尖Fig.3 Connectad to the chuck of the top

③ 鏜桿與刀頭是螺紋連接,中間為防止泄露采用O型橡膠圈做密封.

圖4 刀頭Fig.4 Tool bit

圖5 鏜桿Fig.5 Broring bar

(3) 鏜桿的設計

① 鏜桿里面有兩根管道,中間負責走切削液,外部管道負責噴氣體.

② 內外管道的固定需要用焊接在一起.

(4) 與尾架相連的倒頂尖部分

① 頂尖錐部60°角,定心性好,與工件多于部分通過軸向移動即可定心.

② 鏜桿與頂尖中間采用向心角接觸軸承作為支撐,防止摩擦且又能保證運動的傳遞.

③ 軸承與鏜桿間用銅質材料作為防磨的墊片材料,銅質墊片直接頂有需要時更換銅質墊片即可.

圖6 尾部倒頂尖Fig.6 Tail down top

④ 兩軸承間隔板防止軸向竄動.

2.4 工藝裝備設計計算

2.4.1 鏜桿剛度計算

(1) 切削力計算

選用雙側切削的浮動鏜刀,刀材料:高速鋼 W6Mo5Cr4V2;根據參考文獻查到《金屬切削數據手冊》查表4-2-3可得:刀具的幾何參數為刃傾角λs=5°,前角γ0=8°，副后角α′0=5°,主后角α0=5°.

表1 材料參數

可知單位切削力 kc=1 962N·mm-2;工件材料為45鋼.

工件參數:硬度HB=175;轉速n=10r·s-1;背吃刀量ap=3mm;切削速度v=70m·min-1;每轉進給量f=0.3mm·r-1;

主切削力為FC公式:

Fc=kcapf

圖7Fig.7

2.4.2 軸承選擇

3 結論

電解鋁中打殼機氣缸內孔加工裝置的設計需要考慮的因素很多,例如氣缸材料的選擇、加工裝置的實際工藝性、加工裝置實際應用的效率、深孔加工的三大問題、軸承的選擇、支撐裝置的選擇、所用切削液、以及制造工藝的可行性等等,而且加工裝置的設計是一項需要工作人經驗性很強的工作.因為是第一次設計整套的加工裝置,在缺乏重要經驗的情況下,本次設計中主要解決了以下問題:

(1) 在車床上深孔加工的設計;

(2) 刀頭支撐的設計;

(3) 鏜桿內部的設計.

在實際加工過程中有可能會出現排屑不徹底、排氣系統和冷卻裝置能否達到預定的效果,為了解決上述問題,本次設計中采用階梯狀排除切削及切削液,內部噴氣體等等,因此本加工裝置是合理的,各個系統配合良好,其內孔表面精度可達到要求,可以批量生產.

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Inner cylindrical machining device design for crust breakers

HAO Bo1, YANG Si-han2

(School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159 , China)

Currently, the rapid development of machinery production and manufacturing industries in China promotes increasingly-high demands on machining quality. Due that the inner cylindrical machining for crust breakers possesses such characteristics as high quality, low rigidity and difficult process, a special-purpose machining device is designed to meet the surface requirements by using ordinary lathes. Based on the deep-hole machining process, an inner cylinder boring device is postulated on structural design. In particular, the chucking structure and positioning mode are adopted with apex reversing to guarantee good alignment and avoid chucking reformation. Afterwards, the support is added to cutter head with two passages inside the cutter arbor for cutting fluid and pressed air to resolve chip-removal, guiding and cooling problems. Thereafter, the loading and reliability of boring arbor is especially analyzed. Therefore, this approach not only meets related specifications, but also facilitates lathes in deep-hole processing.

hole processing device; boring; cylinder; crust breaker

國家自然基金資助項目(61170146)

郝 博(1963-),男,教授,博士生導師.E-mail:hb116@126.com

TH16

A

1672-5581(2016)05-0421-05