消防栓體鉆孔組合機床及其夾具結構設計

施兆春

摘 要：消防栓體鉆孔組合機床可同時鉆栓體左法蘭面孔、右法蘭面孔及側面孔，加工效率高，經過調整，機床還可兼容加工長度不同、法蘭端面孔位變化的多種規格栓體，經濟效益高。鑒于此，對消防栓體鉆孔組合機床及其具有兼容功能的夾具設計、動力頭設計、滑臺選用進行了簡要分析。

關鍵詞：消防栓體;組合機床;夾具設計;動力頭設計;滑臺選用

0 引言

消防栓也叫消火栓，由消防箱、消防水帶、水槍、接口、消防栓體、卡子等組合而成，從消防給水管網取水實施滅火。消防栓體是消防栓的主要零件，一端與水管法蘭連接，另一端與消防水帶接口法蘭連接。消防栓體加工為中批量、多品種共用一臺設備。

1 消防栓體主要生產工藝

（1）鑄造后時效處理;（2）內腔清砂刷油漆;（3）車兩端法蘭面，鏜孔，倒角;（4）鉆兩端法蘭連接孔、側面孔;（5）檢驗。

2 消防栓體專機主要加工內容

消防栓體為鑄件，材料為灰口鑄鐵，材料硬度HB220，專機加工前，已完成兩端法蘭面、側面的加工。專機加工內容對應上述生產工藝（4）鉆消防栓體的左右法蘭面孔和側面孔，即在70 s（含裝卸時間20 s）內完成消防栓體左面4-？準14深30 mm、右面8-？準19深16 mm通孔，側面？準12.5通沉？準17.5深20 mm復合孔，共計13個孔加工。

3 零件結構分析

殼體零件為中空殼體，形狀較復雜，剛性好，材料易加工排屑。零件較重，裝卸費力。兩端法蘭面，孔已加工，完全定位。專機要求兼容多個品種消防栓體零件加工，如圖1、圖2、圖3所示，共3個品種7個規格[1-2]。如圖1（a）所示，所有零件剖面形狀類似，零件最長L=1 080 mm，最短L=330 mm;左端法蘭孔孔徑位置尺寸相同，如圖4所示，鉆4-？準14+0.2? +0.1 mm通孔;右面尺寸略有變化，如圖1（b）、圖2（a）（b）、圖3所示，右面法蘭面上4-？準19 mm或8-？準19 mm均布孔，無預作底孔，起始角度分別為45°、22.5°;對面臺階孔孔徑均為？準12.5、？準17.5，有預作底孔，孔徑余量2 mm，中心偏移小于1 mm，與大孔中心距分別為78.5 mm、75 mm、81 mm，距法蘭端面L1分別為26 mm、64 mm、94 mm。

因此，機床要兼容加工多品種零件，專用動力頭、夾具的設計以及滑臺的準確選用是專機設計成敗的關鍵。

4 機床總體設計

機床總圖如圖5所示，機床為三面臥式結構[3]，品字型床身01臺面上左右分別裝左滑臺02、右滑臺07，左滑臺滑鞍上裝四軸鉆孔動力頭03及其傳動機構，右滑臺滑鞍上裝八軸鉆孔動力頭06及其傳動機構，對面裝單軸鉆孔動力頭，鉆孔動力頭與床身間有墊塊。夾具部件04分左右兩部分，分別安裝在左右滑臺的滑鞍上，滑鞍根據零件長短確定位置后鎖緊。加工過程中夾具起定位夾緊及鉆模導向作用。刀具部件05為高速鋼鉆頭，其他還有潤滑部件08、氣動部件09、防護部件10、冷卻部件11、液壓部件12、控制部件13等。

5 機床動作

機床調整完成后，裝零件，夾具油缸夾緊工件，關閉防護門，所有鉆孔動力頭旋轉，冷卻液打開，左右滑臺快進工進（對面動力頭自驅快進工進）;加工完成后，冷卻液關閉，動力頭停止旋轉，滑臺快退（對面動力頭自驅快退），打開防護門，油缸松開，卸工件，開始下一個加工循環。

6 切削參數

圖6為機床加工示意圖[4]，所有孔設定的線切削速度為v=20 m/min，進給量f=0.2 mm/r;左面？準14孔轉速n=455 r/min，每分鐘進給量91 mm;右面？準19孔轉速n=335 r/min，每分鐘進給量67 mm;對面鉆？準12.5，擴？準17.5臺階孔轉速n=365 r/min，每分鐘進給量73 mm。

7 夾具設計

夾具設計除滿足工件定位、夾緊的基本功能以外，還需考慮鉆頭的導向和多個品種兼容功能。如圖7所示，以長度1 080 mm為例介紹夾具定位、夾緊設計[5]。

7.1? ? 夾具定位

如圖7（d）所示，右邊限位塊21、22粗限位，如圖7（a）所示，定位塊12、定位銷08/09/10限制工件右端的3個自由度（X、Y、Z方向移動），如圖7（c）所示，左邊定位塊18、19粗限位，定位塊分別安裝在限位塊16、17上，限位塊與右夾具體固定連接;如圖7（a）所示，定位銷08/09/10安裝在右端夾具體11上。圓柱銷06、菱形銷07限制工件左端3個自由度（X、Y、Z方向轉動），圓柱銷、定位銷各自由螺釘緊固在導桿05上，由油缸04驅動壓緊。導桿沿導向座03移動，導向座右端安裝在左端夾具體01上，左端固定油缸。因此，工件為完全定位。

7.2? ? 夾具夾緊

夾具以側面孔為基準，右夾具體固定安裝在右滑臺滑鞍上，與側面孔位置尺寸調整好后，鎖緊滑鞍壓板。左夾具體安裝在左滑臺滑鞍上，鎖緊滑鞍壓板，油缸驅動夾緊，夾緊力可根據需要調整大小。

7.3? ? 夾具導向

夾具調整完畢，左右夾具體與左右滑臺固定，導向時左右夾具體起固定鉆模板作用。如圖7（e）所示，右邊動力頭高速鋼鉆頭由右夾具體上4（8）-？準19鉆套導向;如圖7（f）所示，左邊動力頭高速鋼鉆頭由左夾具體上4-？準14鉆套導向。

7.4? ? 夾具安裝

一般機床夾具安裝在兩個動力頭之間的床身上，由夾具墊塊調整零件、刀具與動力頭位置。本機床零件品種更換帶來長度尺寸變化，夾具定位和壓緊必須相應變化，將左右夾具體設計為安裝在滑臺的滑鞍上，滑鞍沿導軌移動。

7.5? ? 品種更換