轴系镗孔设备的设计与加工研究

2015-02-24周立彬

机床与液压 2015年22期

周立彬

(大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116023)

在机械零件的加工制造中，孔的加工非常普遍。对于一般要求的零件的孔加工，可以采用钻、铰等工艺实现，从成本角度来看，往往适合安排在普通机加工设备上进行，如普通车床、钻床等。而如果精度要求比较高，则孔加工常使用镗床或专用机床加工，成本也随之上升［1］。目前，对于较长轴系轴承孔的加工精度要求越来越高，如果使用自制的镗孔机工装，加工精度低，操作笨重，工作时振动及噪声很大［2］。在中、小企业中如果采用镗孔设备加工，不仅加工后表面精度低，而且表面粗糙度以及尺寸和几何公差不可控，完全依靠操作人员的操作经验加工，导致质量不稳定。

1 存在的问题分析

(1)设备结构不合理，配合部件磨损快，精度低。镗杆使用铜套和铁套之间滑动摩擦的双层套式设计，使用一段时间后，由于铜套和铸铁之间摩擦造成间隙过大必须更换铜套以保证加工精度［2］。由于衬套与镗杆之间有一定的间隙，其结构为开放式，用手动加油润滑。在使用一段时间后，镗杆与衬套之间有铁屑、泥沙、水等杂物进入，铸铁衬套磨损加快，使其间隙增大，运转时产生振动，工件加工表面粗糙度增大，加工的尺寸、圆度、圆柱度不可控，质量不稳定。

(2)设备运转不平稳。镗杆采用刚性轴连接，铸铁衬套与镗杆配合间隙小，且衬套宽度达到150 mm，滑动摩擦面长，导致镗杆在运转过程中不平稳，且铸铁衬套润滑不良或进入杂质，更容易产生运转不平稳现象，导致蹦刀，使加工精度降低。

(3)刀条切削不连续。镗杆手动移动进给，带动刀条移动进行切削加工，工作不连续，加工表面出现明显刀痕。设备的进给速度需要手动调整，如调整的参数不合理，孔加工表面粗糙度将无法满足设计要求［3］。

(4)设备拆装中累积误差较大。镗杆为实心结构，因为实心镗杆安装在轴承孔内，粗镗后无法进行照光复校轴系中心线，必须将镗杆抽出再进行照光。首先由于划线工具、人员操作和镗杆对中调整都存在误差;其次前后两次照光确定中心线、再进行划检查线、镗杆安装后用划针按检查线调正中心线各个环节都存在误差，这样，累积误差导致各轴承孔加工后的同轴度很难保证。

2 优化设计方案的实施及加工方法

(1)改进设备结构组成，减少磨损，提高结构耐用性

研制的轴系镗孔设备，由动力减速机 (电机、摆线减速箱、变频器)、镗杆、自动进给装置、刀架滑动装置、滚动支撑轴承装置等组成，如图1所示。

图1 轴系镗孔设备结构示意图

由于齿轮副齿隙累积误差及齿轮传动本身吸振能力较弱的原因还使得现场镗孔时容易振刀、损伤刀具并影响镗孔精度及粗糙度［4］。设计镗孔设备的动力减速机构时，采用摆线式变速箱，该变速箱输出功率大，工作稳定。同时应用变频器，随切削量大小调节运转速度，使设备运转更稳定，获得较高的表面精度。

(2)设计支撑轴承及传动装置的结构，提高镗孔设备运转的稳定性

将原有的铸铁衬套支撑形式改进为封闭式滚动轴承箱体支撑形式，内部锥形衬套与镗杆滑动配合，当需在某处固定时，紧固衬套螺母即可，这样使镗孔设备安装拆卸方便，并且滚动轴承摩擦因数远比铸铁衬套摩擦因数小，使镗杆平稳运转，不产生蹦刀现象。轴承内部加油脂润滑，并使用骨架油封密封，防止杂物进入轴承内，使轴承始终处于良好状态，既避免了因铸铁衬套夹杂异物而卡滞导致损坏加工表面的质量事故，又提高了生产效率。

(3)设计镗杆结构，提高镗杆定位精度

改进镗杆的工作方式，由原来镗杆在铸铁衬套内轴向滑动方式改为镗杆原地旋转方式，铣出一道凹槽，凹槽内安装传动丝杆及传动螺母。设计一套分体式刀架装置，套合在镗杆内，将传动螺母固定在刀架装置内，再将分体刀架装置用螺栓固定牢靠。设计增加一套封闭的齿轮进给装置，该装置通过齿轮系传动，以一定速比与镗杆同步自动进给，传动丝杆带动刀架装置在镗杆上移动，进行不间断连续切削。由于刀架与镗杆配合精度较高，并采用封闭设计，使刀条切削加工精度较高并同时计算进给量与转速的匹配，通过更换进给装置内的齿轮来达到最佳速比，保证加工表面的精度。

(4)设计镗杆中心定位方式

设计一种空心镗杆，将照光仪器的接收光靶直接安装在镗杆中心孔内，将望远镜与空心镗杆相结合进行轴系照光找中。轴系找中程序分两步:第一步是粗车程序。在粗车定位前，在各轴承孔内安装接收光靶，通过测微准直望远镜确定轴承孔中心，按中心用划归线，将加工线、检查线印在轴承孔加工端面上。再安装空心镗杆，按端面上所划的检查线进行对中调整，粗车完毕后留有加工余量;第二步是精车程序。空心镗杆不再拆卸掉，而是原地将接收光靶安装到空心镗杆的中心孔内，其中心孔安装接收光靶处中心与镜杆外颈的中心保证同心，这样，接收光靶的中心就代替了镗杆中心;然后，通过测微准直望远镜再对空心镗杆进行调整，使其与轴系中心线重合，保证各轴承孔内镗杆的同轴度在要求精度范围内并固定，再进行轴承孔的精车加工，将镗杆确认为放大的中心线，镗杆在中心线上原地旋转。这样，减少了测量、划线、调整等环节的误差。精加工后的各轴承孔同轴度能够保证满足要求，也无需再复线，且提高了加工精度和工作效率，镗杆中心定位示意图如图2所示。

图2 镗杆中心定位结构示意图

(5)改进各镗杆连接方式，提高镗杆对中效率，同时改善运转平稳性

镗孔设备如采用镗杆轴向整体移动，多个轴承孔加工时，各镗杆连接需使用刚性连接，对中要求较高，偏差较大时，设备产生较大振动，影响镗孔精度。而且安装拆卸费时费力，工作效率低。改进后的镗杆设备为镗杆原地旋转，进行多个轴承孔加工时，各镗杆使用万向连接器连接，并结合花键套管安装，使镗杆处于自由对中状态，减少额外受力，运转平稳无振动，且使安装、对中、拆卸灵活方便，降低劳动强度。将传动装置采用双面油封防护，避免金属屑进入传动装置增加磨损。万向连接轴与法兰不采用固定长度以防止拆卸不方便，而是采用键槽形式并用螺栓固定，在拆卸安装时将万向轴缩短，方便操作。