Z3080搖臂鉆床的改進

鐵曉艷，侯亞新，張振潮

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

搖臂鉆床可以進行多種形式的加工，如鉆孔、鏜孔、鉸孔及攻螺紋等，在機械加工領域一直占據(jù)重要地位。但是使用搖臂鉆床對大型轉(zhuǎn)盤軸承及大型機械零件的安裝孔、定位孔等進行加工時，由于工件外形尺寸大、孔數(shù)量多，加工過程中需要反復操作，效率低。因此，為使用搖臂鉆床對某系列化大型轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔進行加工，對Z3080搖臂鉆床進行了改進。

1 改進前鉆床結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

Z3080搖臂鉆床結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由工作臺、立柱、搖臂以及主軸4大部分組成，其中主軸是搖臂鉆床進行鉆削加工的核心部件。

1.2 工作原理

改進前Z3080主軸的正反轉(zhuǎn)、停車(制動)、變速以及空擋等操作均依靠手柄控制。主軸進給機構(gòu)包括蝸桿軸和水平軸2部分，動力傳輸過程為：主軸進給機構(gòu)帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)，再由水平軸傳遞給主軸套，從而使主軸獲得進給運動。

微動進給結(jié)構(gòu)(蝸桿軸)如圖2所示。當機動進給手柄處于水平位置時，進給保險鋼球離開，由主軸進給傳動機構(gòu)帶動空轉(zhuǎn)；當機動進給手柄壓至機動位置時，鋼球保險離合器上的內(nèi)外齒輪嚙合，實現(xiàn)機動進給。在加工多個孔時，主軸的進給可分為機動進給、手動進給和微動進給[1]，但均為手工操作，需要操作人員時刻跟隨，效率較低。因此，針對轉(zhuǎn)盤軸承系列化產(chǎn)品安裝孔的加工，需對該鉆床的手動進給和主軸箱的進給運動進行改進設計。

圖2 微動進給結(jié)構(gòu)(蝸桿軸)示意圖

2 改進設計

2.1 改進方案[2-3]

1)將進給主軸的接通、斷開機動進給手柄改為直流電動機驅(qū)動，通過在主軸上安裝接近開關，控制進給主軸的快進和快退，減少非工作時間。

2)將工作臺改為SKT121600數(shù)控轉(zhuǎn)臺，使主軸箱和主軸的移動由分度轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)，利用分度轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)和自動劃分找正各個孔的位置，不需要移動主軸箱在搖臂上的位置。分度轉(zhuǎn)盤的使用并不影響初次找正時主軸箱移動手輪和主軸移動手輪的使用。在進行初次找正時，可以根據(jù)定位工裝進行定位，然后通過分度孔的定位找正并發(fā)送信號進行孔加工。不僅可以提高加工精度，還避免了人為因素造成的加工誤差。

改進后的主要技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)臺臺面尺寸φ1 600 mm；加工最大工件外徑φ2 000 mm；轉(zhuǎn)臺分度角度可任意等分，分度精度±1.5°；轉(zhuǎn)臺最高轉(zhuǎn)速3.7 r/min，最大載重3 t；退刀速度約30 mm/s。改進后鉆床型號改為Z3080G。

2.2 機械結(jié)構(gòu)

2.2.1 微動進給結(jié)構(gòu)

不更換機床主電動機，只將微動進給手輪改為永磁直流力矩電動機控制，將機動進給手柄改為液壓油缸自動控制。改進后的微動進給結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1—主軸箱；2—電動機安裝板；3—永磁直流力矩電動機；4—連接頭；5—過渡頭；6—圓形低壓油缸

當機動進給手柄受油缸控制處于水平位置時，微動進給斷開；當油缸將機動進給手柄推至A位置時，則微動進給接通。動作信號均由接近開關編程控制，油缸自動帶動手柄。

在主軸上安裝2個接近開關觸塊(圖4)，作為開始進給時的信號觸點，也作為PLC的位置原點。即當主軸伸出開始鉆孔時，接觸到下端觸點說明鉆孔深度已經(jīng)達到設定值，此時發(fā)出信號使主軸返回；當主軸返回到一定位置，接觸到上端觸點時，說明已經(jīng)離開工件，達到安全位置，主軸停止運動，此時觸點發(fā)出信號，使轉(zhuǎn)盤運動，進行分度。

1—套筒；2—主軸；3—接近開關；4—接近開關支架圖4 接近開關結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of proximity switch

2.2.2 轉(zhuǎn)位機構(gòu)

通過分度轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一定角度實現(xiàn)多個孔的加工，增加一套液壓站，用于轉(zhuǎn)臺分度鎖緊。按照標定的分度轉(zhuǎn)臺精度，經(jīng)計算，在φ2 000 mm處，其弦上誤差為±0.07 mm。

2.3 動作流程

改進加工方式后機床的鉆孔動作流程如圖5所示[4-5]。

圖5 加工動作流程圖

2.3.1 定位

為便于加工定位找正，針對轉(zhuǎn)盤軸承的尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)，設計了一套專用加工定位工裝，如圖6所示。利用定位工裝對第1個孔進行定位，以確定其中心徑。定位工裝可減小工件的找正誤差，減輕操作人員的工作強度。工裝和引孔套均采用45#鋼。

1—引孔套；2—定位工裝；3—工件；4—轉(zhuǎn)臺圖6 定位工裝示意圖Fig.6 Diagram of positioning tool

2.3.2A面鉆孔

卸掉定位工裝，進行A面的程序化加工。

1)光孔。根據(jù)已設定程序，啟動循環(huán)開始按鈕，對全部40個光孔進行自動循環(huán)加工(圖7)。其中，h1，h2，h3的值可根據(jù)實際情況通過編程修改和確定，鉆軸深度h=h1+h2+h3。

圖7 光孔加工示意圖

2)螺紋孔。加工完光孔后，更換鉆頭，但不移動搖臂的位置，根據(jù)程序轉(zhuǎn)盤分度，加工螺紋孔底孔。

3)倒角。更換鉆頭，根據(jù)已設定程序，進行倒角。其中，程序中可設定倒角大小，如h4=1.5 mm，此時設定鉆軸深度為h=h1+h4。

2.3.3B面倒角

翻轉(zhuǎn)工件，依靠安裝在轉(zhuǎn)盤上的定位柱定位，利用手輪和鉆軸的軸向移動找到第1個孔。根據(jù)已設定程序，同樣對B面進行h4=1.5 mm的倒角。

3 注意事項

1)工件的首次定位采用千分表定位，可預先在轉(zhuǎn)臺上設置定位“靠鐵”預先粗定位。鉆削時，轉(zhuǎn)速、進給量預先調(diào)整后，整個加工過程不變，機床不能夠自動調(diào)整。

2)在轉(zhuǎn)臺上安裝最少4個過渡安裝架，便于工件的定位和夾緊。夾緊裝置結(jié)合原來的夾具以及現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗與習慣設計。

3)加工時需將橫梁、立柱可靠鎖緊，可以用麻花鉆直接加工。若鉆頭有抖動，只能預先用特殊鉆頭或仍然采用靠模板預先加工出“樣沖孔”(引導孔)。

4)退刀速度為30 mm/s，為便于排屑，在加工過程中可根據(jù)經(jīng)驗或現(xiàn)場加工情況，通過編制程序在加工過程的某個特定時段停止進給或反向退刀，以便斷屑。

5)換工件時，搖臂可能會轉(zhuǎn)動，影響一次定位的精度。需在加工前確認第1個加工孔的位置。

6)因為該臺設備主要用于轉(zhuǎn)盤軸承的安裝孔加工，深度偏大，故不能攻絲。

4 結(jié)束語

為滿足大型轉(zhuǎn)盤軸承安裝孔的加工，對Z3080搖臂鉆床進行了改進，將原有的接通斷開機動進給手柄和微動進給手輪改為電動機直連驅(qū)動；將主軸箱移動和主軸移動改為分度轉(zhuǎn)盤實現(xiàn)，從而確定孔的加工位置。在保持設備原有的功能上，增加了數(shù)控自動化裝置，結(jié)合操作人員的經(jīng)驗與習慣，設計并改進了加工方式。既降低了操作人員的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，又節(jié)省了加工時間,并提高一次定位的加工精度。