杨丽，杨兴，宋建武

(张家口职业技术学院，河北张家口 075000)

深孔镗专用机床的开发

杨丽，杨兴，宋建武

(张家口职业技术学院，河北张家口 075000)

针对当前深孔镗床的缺点，开发了新一代深孔镗专用机床。该机床采用配备低转速大扭矩同步交流伺服电机的主轴驱动系统，采用具有过载保护的液压进给系统，有效地克服了原机床结构复杂、能耗高、堵转时易损坏工件和刀具的缺点，具有自动化程度高、成本低、节能、可靠性好等优点。

深孔镗削;专用机床;交流伺服驱动;液压驱动

深孔镗专用机床适应于一次性加工完成圆柱体内孔的镗、滚压，主运动为刀具 (刀杆)旋转，进给运动为刀具进给，镗削方式采用推镗。该机床不仅可以进行镗削，而且还可以进行滚压加工。目前，国内其他同类设备有多种，但共同存在以下显著缺点:

(1)主轴驱动系统结构复杂，主电机采用大功率普通三相异步交流电动机，配有多级主轴传动箱，体态笨重，成本高，可靠性差，故障率高，主电机功率过大而能耗高;

(2)进给驱动系统结构复杂，采用交流伺服电机带进给箱，滚珠丝杠螺母副传动，无级调速，但属刚性传动，无过载保护，一旦发生堵转，将会损坏工件或刀具;

(3)由于结构复杂成本高，一般售价在几十万，用户难以接受。

针对以上设备存在的缺点，作者开发了新的深孔镗床，完全克服了以上缺点，具有自动化程度高、成本低、节能、可靠性好的特点，设备投放市场以来，深受用户欢迎。

1 机床设计方案

如前所述，在现有深孔镗专用机床上加工深孔时，存在3个缺点，考虑机床原有结构和传动关系，重新改造设计，提出下列设计方案，机床设计示意图如图1所示。

图1 机床设计结构简图

1.1 床身部分

床身采用树脂砂造型，优质铸铁铸造，具有很好的外观和强度，筋板布局合理，Π型加强筋使床身具有优良的刚度、抗振性和抗断面畸变能力。床身采用分体拼接结构，下体采用焊接结构，将内设液压站、冷却泵站及各种油管;上体采用铸造结构，导轨采用双平结构、电火花表面淬火磨削工艺，使其承载能力大，导向精度、耐磨性及精度保持性好，根据镗孔系列不同导轨宽度为520～680 mm。

1.2 主轴驱动系统

主轴驱动电机选用低速大扭矩的交流同步伺服电机，根据镗孔直径系列φ32～500 mm，选用功率6～22 kW，同步转速 500 r/min，如选用型号 CTB-4022ZXE05电机，功率22 kW。主电机配有PX系列高精密行星齿轮减速器，减速比i=3～5，主要起增扭作用，它们之间采用弹性联轴器联接，变频无级调速，转速可达30～2 000 r/min，亦可根据用户要求任意设置11级转速，通过波段开关实现有级调速。与同类产品相比，主电机功率小，节能明显，机械传动结构简单。

1.3 进给驱动系统

机床液压传动系统如图2示。

图2 液压传动系统图

采用液压进给驱动系统，过载保护功能强，有效克服了堵镗时刀具与工件的报废。在导轨凹槽中安装有进给油缸SG-80×3 000，工作压力8 MPa，油缸带动托板，与主电机、减速器及镗杆一起移动，托板采用箱体式滑鞍结构有效地提高了滑鞍的刚性，同时支撑导轨整个跨度，滑鞍及滑板为树脂砂铸造，并进行人工时效处理，各导轨面为重要加工面。油泵电机选用三相交流异步电机5.5 kW，油泵选用齿轮泵CBTF320，对油液污染不敏感，工作可靠，寿命长。进给速度为无级调速，进给速度范围5～500 mm/min。夹紧油缸SG-250×100，工作压力3 MPa，起到对工件的夹紧松开作用。

1.4 授油器部分

授油器的作用是:(1)向加工工件输入冷却液并密封;(2)支承镗杆;(3)镗头导向;(4)支承顶紧工件及工件定位;(5)对床身固定。在授油器的背面，有一个从冷却泵来的输液管，冷却液通过授油器送入工件切削区。在授油器的头部，有一个锥盘，起支承和顶紧工件作用，它与工件以30°、45°或60°锥面结合，靠装在授油器内部液压缸产生的力对工件顶紧。在锥盘内，有一导向套，是用于镗头导向的，更换刀具必须更换此套。

在授油器的尾部，有一轴承内套，内有导套，是支承镗杆用的，更换镗杆时，需要更换相应的导套。在授油器内部的液压缸，与授油器做成一体，锥盘即为活塞。液压泵启动后，按下夹紧按钮，就可实现锥盘伸出顶紧，按下松开按钮，则锥盘退开，工件另一端由排屑座的锥盘顶紧。在规定的加工范围内，用户可以根据需要自行选择钻镗杆直径尺寸，自制与工件和镗杆有关的零件。

1.5 冷却系统

冷却系统主要由冷却液箱、泵站、输液管、储屑车和回液槽组成。冷却液的作用是冷却及排屑。镗孔时，正常采用推镗方式，冷却液由冷却液箱经冷却泵从授油器后侧输入到切削区，带着切屑排往床头排屑座，然后到储屑车，冷却液过滤后回冷却液箱。冷却泵站由一个电机带冷却泵组成，电机功率1.5 kW，系统工作压力2.5 MPa，流量200 L/min。

1.6 镗杆支架

镗杆支架为上下两半瓦结构，便于镗杆更换。主要起到支撑镗杆、控制镗杆的运动方向、吸收镗杆震动的作用。

1.7 电气系统

由操作面板、电气控制柜、交流伺服驱动装置及电气控制系统组成，使得机床的操作和使用更具合理化、人性化。其机床主电路如图3所示，控制电路略。

图3 机床主电路图

2 机床的性能指标

2.1 机床的加工精度

粗镗时，孔径精度IT9～10，表面粗糙度不大于Ra6.3μm;

精镗时，孔径精度IT7～8，表面粗糙度不大于Ra3.2μm，圆度不大于0.03 mm;

滚压时，孔径精度IT7～8，表面粗糙度不大于Ra0.4μm，圆度不大于0.03 mm;

加工孔的直线度不大于0.15 mm/1 000 mm;加工孔的出口偏斜不大于0.3 mm/1 000 mm;加工孔的同轴度不大于0.25 mm/1 000 mm。

2.2 机床的加工效率

切削速度。根据刀具结构、材料和工件材质确定，一般为50～100 m/min;

进给速度。根据工件加工直径、工件材质、热处理状况和工艺情况确定，一般在40～100 mm/min;

镗孔时最大加工余量。根据刀具结构、材料和工件情况确定，一般不大于30 mm。

3 结论

该机床可用于加工机床的主轴孔，各种机械液压油缸、汽缸圆柱形通孔、盲孔及阶梯孔等，具有质量可靠、价格低、自动化程度高、经济效益好等优点。

【1】袁建亭，崔瑞强，李震，等.深孔镗滚复合加工的研究［J］.机械管理开发，2011(3):67 －68.

【2】林毅.专用镗床的电气控制系统［J］.机床与液压，2004(1):100－101.

【3】张乐平，杨迎新.专用镗床的PLC控制系统设计［J］.机床与液压，2005(11):205－206.

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【6】张斌.深孔加工的几种工艺方法［J］.机械工人，2004(4):22－23.

Development of the Special Deep Hole Boring Machine

YANG Li，YANG Xing，SONG Jianwu
(Zhangjiakou Vocation Technology，Zhangjiakou Hebei075000，China)

Aiming at the disadvantages of current deep hole boringmachine，a new deep hole boringmachinewas developed.In themachine，shaft drive system with low speed and large torque AC servo motor and hydraulic feed system with overload protection were adopted，so the problems existing in originalmachine，such as complex structure，high energy consumption，and stallingwhich is easy to damage the workpiece and tool，were overcome.It has the advantages of high degree of automation，energy-saving，low cost and good reliability.

Deep hole boring;Specialmachine;AC servo drive;Hydraulic drive

TG539

A

1001－3881(2013)8－047－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.017

2012－02－20

杨丽 (1967—)，女，工学学士，副教授，主要从事数控技术及CAD/CAM的教学与研究工作。E－mail:sjw4066@sina.com。