鋼筒內壁盲孔銑削加工設備的應用

□ 成興麗 □ 張 艷

1.中國電子科技集團公司第二十二研究所 河南新鄉 453003 2.洛陽軸承研究所有限公司 河南洛陽 471039

1 應用背景

隨著石油勘探技術的進步,井下儀器也在更新換代。鋼筒是井下儀器電路短節的常用件,鋼筒內壁大多都有盲孔,用于儀器之間的定位防轉。這類盲孔依靠現有設備無法直接加工,對此,筆者基于現有機床設備設計了一種通用的鋼筒內壁盲孔銑削加工設備[1]。

▲圖1 鋼筒零件

2 現狀分析

井下儀器電路短節中有許多品種的鋼筒,這些鋼筒內腔有盲孔。某鋼筒零件如圖1所示,圖中的盲孔為圓孔,直徑為11.5 mm,深度為3.8 mm,孔位置距端面121.5 mm。筆者結合05Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼、TC4鈦合金、TC11鈦合金等的實際情況,設計了這一通用鋼筒內壁盲孔銑削加工設備。

3 工作原理

鋼筒內壁盲孔銑削加工設備用于擴展銑床功能,如圖2所示,由與銑床連接的撥叉裝置和鋼筒內壁盲孔銑削加工裝置組成。鋼筒內壁盲孔銑削加工裝置由安裝盤、殼體、壓蓋、軸承套、中間齒輪、銑刀軸、銑削頭等零件組成。在與銑床連接的撥叉裝置中,撥叉安裝在立式銑床主軸孔內拉緊,輸入軸上裝有銷。將鋼筒內壁盲孔銑削加工設備安裝在銑床上時,撥叉的槽正好被輸入軸上的銷卡住。銑床主軸旋轉時,撥叉帶動輸入軸轉動,經過各級齒輪傳動,使銑刀軸旋轉,即可進行銑削加工[2]。鋼筒裝夾在銑床工作臺上,盲孔的銑削深度由銑床工作臺上下移動距離進行控制,盲孔的定位由銑床工作臺水平面移動距離進行控制。

▲圖2 鋼筒內壁盲孔銑削加工設備

使用時,只需將鋼筒內壁盲孔銑削加工設備安裝在普通立式銑床上,就可以實現鋼筒內壁盲孔的銑削加工,簡便易行。

4 設備特點

(1) 整體剛性高。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備中,主要零件銑削頭、殼體、安裝盤等定位準確可靠,連接牢固。銑刀軸和輸入軸直徑較大,能傳遞的力矩和功率大[3]。設計時,盡可能增大前端伸出部分的截面慣性矩,并適當縮短伸出長度。這些措施使鋼筒內壁盲孔銑削加工設備整體剛性大大提高,減小了受切削力影響而產生的變形,對于加工鈦合金等比強度高且加工硬化現象嚴重的材料很有益處[4]。

(2) 銑刀軸處支承穩定可靠,可加工長圓形盲孔。因銑刀軸處會受到較大的切削力作用,銑刀軸采用兩個軸承支承,軸向定位準確,可同時承受較大的徑向力和軸向力,抗振動能力強。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備可以加工多種長圓形盲孔,擴大了加工范圍。與此同時,軸承和齒輪的使用壽命也大大延長。

(3) 傳動鏈簡單,易于拆裝維修,安裝調整容易。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備采用制造方便、成本低、傳動穩定可靠的圓柱直齒輪傳動,傳動鏈簡單,并可實現自主制造。安裝時不需要調整齒輪中心距,調整容易,并易于拆裝維修。齒輪處采用脂潤滑,日常維護簡便。

(4) 采用撥叉傳動,更易于安裝。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備與銑床連接處用撥叉傳動,撥叉裝置安裝于銑床主軸孔內。當鋼筒內壁盲孔銑削加工設備與銑床主軸套筒連接時,輸入軸和機床主軸的回轉中心必然有安裝誤差,采用撥叉傳動,可以避免產生附加動載荷和振動,進而避免造成軸和軸承損壞。

(5) 封閉結構,安全可靠。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備的銑削頭為封閉結構,伸入鋼筒內腔部分,兩側裝有擋板,避免加工時鐵屑、切削液對鋼筒內壁盲孔銑削加工設備內部齒輪和軸承產生影響,使齒輪和軸承能夠始終保持良好的潤滑狀態,保證傳動穩定,并延長使用壽命。

(6) 銑刀安裝更換簡便。銑刀安裝在銑刀軸下端蓋孔中,采用螺釘鎖緊,拆裝簡單方便,節約輔助時間。銑刀可為專門定制,也可采用標準鍵槽銑刀改造而成。

5 實際應用

鋼筒內壁圓形盲孔銑削加工如圖3所示,鋼筒內壁長圓形盲孔銑削加工如圖4所示,f為進給方向,銑刀種類為圓柱形鍵槽銑刀。銑削加工時,機床主軸旋轉,經過鋼筒內壁盲孔銑削加工設備內部齒輪的傳動,使銑刀同向旋轉。當銑刀僅向下進給時,可在工件內腔表面銑出圓形盲孔。當銑刀先向下進給后向左或右兩個方向進給時,可銑出長圓形盲孔。銑削加工中,銑刀所受的軸向及徑向切削力通過銑刀軸傳遞至軸承[5]。兩個軸承分布于銑刀軸的兩端,均安裝在殼體孔中,軸向用端蓋固定,軸承的承載狀況良好[6]。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備實物如圖5所示,鋼筒內壁盲孔銑削加工設備安裝至銑床上的狀態如圖6所示。

▲圖3 鋼筒內壁圓形盲孔銑削加工示意圖▲圖4 鋼筒內壁長圓形盲孔銑削加工示意圖▲圖5 鋼筒內壁盲孔銑削加工設備實物▲圖6 鋼筒內壁盲孔銑削加工設備安裝至銑床狀態

▲圖7 零件加工現場▲圖8 加工后零件

6 加工效果

通過上述分析及實際應用可知,鋼筒內壁盲孔銑削加工設備很好地解決了鋼筒內壁盲孔銑削的工藝難題,保證了設計圖紙中盲孔的尺寸精度和位置精度,使加工能按期保質保量完成。鋼筒內壁盲孔銑削加工設備日常維護成本低,僅需要根據刀具磨損情況更換銑刀即可。零件加工現場如圖7所示,加工后的零件如圖8所示。

7 結束語

鋼筒內壁盲孔銑削加工設備可用于加工鋼筒中孔徑不小于φ68 mm、 位置深度不大于150 mm的圓形盲孔及長圓形盲孔。針對鋼筒內壁盲孔直徑10.5 mm和11.5 mm,盲孔深度3～4.5 mm,且長圓形盲孔長度不大于20 mm的情況,鋼筒內壁盲孔銑削加工設備能很好地完成加工,具有較強的通用性,應用效果良好。