□ 谭德宁 □ 赵荣荣 □ 张燕红

山东华宇工学院 机械工程学院 山东德州 253034

1 设计背景

镗模是一种机床专用复杂夹具,适用于相对固定、有精度要求的批量生产。加工某些箱体内孔时,镗杆长径比为8∶1,镗模能够保证镗杆前后双支承,避免镗杆弯曲。目前,重型镗模没有现成图例和样品可参考借鉴,只能进行全新设计。

箱体的主要精度要求包括孔与孔之间距离精度、同一轴线上各孔同轴度、孔端面对轴线垂直度,如果出现精度超差,会使轴和轴承装配到箱体内产生歪斜,造成轴径向跳动超差,加剧轴承磨损,严重影响轴承寿命,同时会加剧齿轮副磨损,严重影响齿轮啮合质量,缩短齿轮寿命。

镗模法主要用于加工箱体、支承座等零件上的孔和孔系,各企业根据实际情况设计制造了不同的镗孔专机。通常布置镗套以引导镗杆进行镗孔,能够保证达到箱体孔的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度要求,形位精度一般可达0.01～0.03 mm,尺寸精度一般可达±0.03 mm。

笔者以CK61160G重型数控车床的床头箱体生产为例,对重型镗模的结构进行设计。

2 床头箱结构

CK61160G重型数控车床的床头箱体外形尺寸约为2 m×1.9 m×1.7 m,所设计的重型镗模外形尺寸约为2.7 m×2.1 m×2.2 m。床头箱结构如图1所示,在不影响镗杆、镗刀安装和加工的基础上,选择底面、左侧面、后侧面定位,标有定位、夹紧符号。在底面采用多块等高长方体支承板定位,在左侧面采用一块挡板定位,在后侧面采用两块小挡板定位,由此实现六点定位。考虑床头箱的刚性,夹紧时必须可靠、牢固、稳定,尽量减小床头箱的变形和振动。上部采用两块压板压紧床头箱,下部空腔处由多块螺钉压板压紧床头箱,右侧面受到空间的限制,采用一个顶紧螺钉顶紧床头箱,前侧面采用两个顶紧螺钉顶紧床头箱,由此实现床头箱的夹紧。

3 重型镗模结构

所设计的重型镗模结构如图2所示。底座是安装重型镗模其它零件的基础件,承受加工中的切削力和夹紧的反作用力,需要有足够的强度和刚度。底座上设置找正基面,以找正重型镗模在镗孔专机上的正确工作位置。底座与镗孔专机工作台连接,底座上固定有多块等高长方体支承板,实现定位。左镗模和右镗模安装在底座上,吊架由V形块在左镗模和右镗模上定位夹紧,可以实现床头箱中间隔板内孔的镗削。由图2可以明显看出定位和夹紧的具体结构。上部的两块压板依靠夹紧杆、长螺柱实现夹紧,下部由多块螺钉压板压紧。前侧面的顶紧螺钉依靠定位座与底座连接,定位柱上有螺孔,两个顶紧螺钉与两个定位块在同一位置,不会受偏心力的作用。右侧面的顶紧螺钉很长,顶紧螺钉六方头在镗模外侧,方便操作,顶紧螺钉与定位挡板在同一位置,不会受偏心力的作用。这一重型镗模在设计时考虑装刀、卸刀的空间问题,在左镗模、右镗模与床头箱之间留有一定的距离,方便装刀和卸刀。

▲图1 床头箱结构

▲图2 重型镗模结构

4 主轴孔镗杆组件

原主轴孔镗杆组件如图3所示。为了防止切削过程中镗杆左右窜动,在镗杆的两端安装推力轴承,由压盖通过螺钉与左镗模、右镗模连接,实现压紧。精镗刀和刮面刀比较长。精镗刀采用调整螺钉调整刀头的径向走刀,为单面刃加工,刀体依靠挡块和螺钉实现压紧和定位。刮面刀的刀头由螺杆棘轮连接,通过拨臂拨动棘轮旋转实现径向走刀。实际加工时发现,镗杆的直径为φ250 mmg6、φ300 mmg6,与镗套采用H7/g6配合,配合间隙为0.07 mm,配合间隙过小,无法转动,导致床头箱上孔端面垂直度和孔距平行度无法保证。另一方面,镗杆既旋转又轴向运动,滑套磨损较快。

针对以上问题,对主轴孔镗杆组件进行改进,如图4所示。采用滚动导套加左镗模、右镗模两点支承的通杆结构,适用于滚动线速度大于20 m/min的高精度镗孔加工场合,可以减小滑套的磨损。滚动导套采用四组向心球轴承组合,中间由内外隔套连接,并由压盖调隙、预载压紧。镗杆与滚动导套形成一个整体,满足大孔镗削的要求。镗杆与镗套采用0.02 mm配合间隙,只进行轴向移动,既可保证加工精度,又能防止滑套磨损。

5 安装

传统镗模大都设计为通用型结构,笔者在通用型结构的基础上进行革新,设计得到重型镗模,保证床头箱定位准确、夹紧安全。

用于镗削主轴孔的镗杆长约3.5 m,直径为250 mm,壁厚为40 mm,质量约210 kg,人工无法搬动,需要用吊车起吊,从一端插入镗套。镗杆与镗套为H7/g6配合,安装非常不方便,需要两三人配合,耗时20～30 min才能基本完成安装。针对安装问题,采用开盖式镗模支架,如图5所示。将镗杆、镗套用吊车起吊,从床头箱的大孔中插入,合盖,由螺钉拧紧即可。这样不仅省时,而且只需要一人即可完成安装。

▲图5 开盖式镗模支架

6 磨损

镗杆的直径为250 mm,镗削时转速为220～600 r/min,镗杆与镗套之间存在滑动摩擦,会产生大量热量。运转10～30 h后,镗套会被刮伤,并且磨损剧烈,导致镗杆定位精度超差,出现废品。

针对磨损问题,采用镗杆通过滚动轴承与镗套连接的结构,避免镗杆与镗套之间滑动摩擦产生大量热量,保证镗套的使用寿命。

7 工作精度

镗杆与镗床主轴采用双十字轴接头式联轴器连接。联轴器虽然可以消除镗杆与重型镗模主轴的不同轴现象,但是也带来一定的负面影响,如镗杆在轴向有2 mm以内的往复窜动,这在端面镗削中是不允许的。

针对工作精度问题,在镗杆的两端安装推力轴承,通过螺栓、螺母将压盖与左镗模支架、右镗模支架连接,实现压紧,使镗杆与左镗模支架、右镗模支架连为一体,避免产生轴向窜动。

8 结束语

笔者对重型镗模的结构进行了设计,针对实际镗削加工中存在的问题,在保证重型数控车床床头箱定位准确、夹紧安全可靠的基础上,进行结构改进,降低制造成本,提高加工精度。采用所设计的重型镗模,可以避免齿轮轴歪斜,降低齿轮啮合过程中噪声对人体的影响,床头箱的尺寸精度、形位公差、表面粗糙度全部合格,达到图纸的技术要求。