陳桂芳

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南三門峽 472000)

0 引言

鏟斗是裝載機(jī)、挖掘機(jī)工作裝置的主要構(gòu)件,形如斗型,結(jié)構(gòu)龐大,主體全部由鋼板焊接而成,其上有兩組平行孔系待加工,圖 1為裝載機(jī)鏟斗的工序圖,技術(shù)要求是通過鏜孔既要保證各孔的尺寸要求,又要保證兩組孔系間的平行度及各同組孔系的同軸度。

1 傳鏟斗產(chǎn)加工工藝分析

圖 1 被加工零件工序圖

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝為焊前進(jìn)行加工和整體組焊后加工兩種方式。

(1)鏟斗焊前加工

將鏟斗的后板、立板與加強(qiáng)板組焊后,作為小部件進(jìn)行加工,加工后再與其它部件總體拼焊。這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)在于小部件鏜孔易于找正、裝夾,同時(shí)也縮短了鏜桿的行程,使加工更方便,提高了生產(chǎn)效率,設(shè)備投資小,一般的臥式鏜床上就可以進(jìn)行加工。雖然鏟斗焊縫大多呈對(duì)稱狀態(tài)分布于兩側(cè),采用了合理的焊接工藝,盡可能地減少焊接變形對(duì)已加工孔系精度的影響,但仍難滿足越來(lái)越高的平行度和同軸度公差要求。

(2)整體組焊后加工

鏟斗組焊后整體加工最先是在落地鏜床上,用螺栓通過鏟斗支承板鉸接孔的工藝孔,把軸承支架分別固定在支承板外側(cè),把較長(zhǎng)的專用鏜刀桿穿進(jìn)兩側(cè)的軸承支架,軸承支架內(nèi)安裝向心關(guān)節(jié)軸承用于支承,鏜刀桿的另一端和機(jī)床主軸浮動(dòng)連接,然后進(jìn)行加工。這種加工方法由于軸承支架固定在鏟斗自身上,較好的解決了同組孔系的同軸度問題,屬于自定位、導(dǎo)套支承浮動(dòng)鏜孔工藝。但由于兩組孔系相互之間沒有關(guān)聯(lián),不能糾正因焊接定位誤差和焊接變形造成的兩組孔系不平行問題。

為了解決傳統(tǒng)加的鏟斗產(chǎn)加工工藝不能滿足關(guān)鍵的技術(shù)要求,我們開發(fā)設(shè)計(jì)了一種新的加工鏟斗鏜孔的專用機(jī)床。

2 鏟斗鏜孔專用機(jī)床工藝方案分析

由于鏟斗焊接完成后體積龐大,形狀復(fù)雜,不利定位裝夾,同時(shí)由于側(cè)板干涉,使得鏜桿行程過長(zhǎng),導(dǎo)致加工難度增加。為保證兩組孔系的平行度和同組孔系的同軸度,本機(jī)床采用有導(dǎo)向的兩面鏜孔工藝,也就是說(shuō)鏟斗兩組孔系的平行度和同組孔系的同軸度由三套相對(duì)位置固定的滑套式鏜模架保證,左鏜模架 5和右鏜模架 9的回轉(zhuǎn)軸線重合且與上鏜模架 8的回轉(zhuǎn)軸線平行。上鏜模架 8可因鏟斗不同而更換,提高了機(jī)床的加工柔性。機(jī)床兩面同時(shí)加工,提高了機(jī)床的加工效率。機(jī)床布局為臥式雙面結(jié)構(gòu)。鏜刀桿 7通過浮動(dòng)接頭 4分別與鏜削主軸箱的主軸 3和可變主軸箱的主軸 10相連接。鏟斗的定位夾緊采用手動(dòng)實(shí)現(xiàn),機(jī)床總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2所示。

機(jī)床動(dòng)作：人工將鏟斗正確安裝在機(jī)床上,定位夾緊——后兩端機(jī)械滑臺(tái)快進(jìn)(主軸啟動(dòng))、工進(jìn)、快退——主軸停轉(zhuǎn),松開夾具卸下鏟斗——進(jìn)入下一循環(huán)。

3 鏟斗專用鏜床關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)

3.1.1 導(dǎo)向形式與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的選擇

(1)導(dǎo)向形式的選擇

鏜孔工藝方法分為兩類：第一類為“剛性主”鏜削。類一,鏜桿與主軸“剛性”連接,不用導(dǎo)套、鏜模架導(dǎo)向。第二類為有導(dǎo)向的鏜孔。這類鏜孔鏜桿與主軸通過浮動(dòng)卡頭連接,鏜桿在導(dǎo)向套內(nèi)做進(jìn)給運(yùn)動(dòng),其導(dǎo)向形式為三種：?jiǎn)螌?dǎo)向懸臂鏜孔、前后雙導(dǎo)向鏜孔和多導(dǎo)向鏜孔。件由于剛性鏜削受鏜桿懸伸長(zhǎng)度的限制,考慮到工件外形尺寸大,加工部位難以接近的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),剛性鏜削方案被排除,由于加工部位為二層薄壁的同心孔,二壁相距較近,行程短,所以選擇了單導(dǎo)向懸臂的導(dǎo)向形式。

(2)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)選擇

選擇合理的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是保證鏜刀正常工作的前提。單導(dǎo)向懸臂鏜孔的導(dǎo)向,按旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)置的位置(鏜桿或鏜模架)有“外滾式”和“內(nèi)滾式”兩種。件加,綜合考慮鏜孔尺寸大小,鏜模架外型尺寸受限等因素,選擇“內(nèi)滾式”導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。

圖 2 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)示意圖

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)形式有滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承或兩種。裝有滑動(dòng)軸承的導(dǎo)向,在潤(rùn)滑很好時(shí),有較好的抗振性,一般用于精加工;裝有滾動(dòng)軸承的導(dǎo)向常用于擴(kuò)孔、锪沉孔、锪端面及鏜孔。在切削負(fù)荷較重、切削條件較惡劣、懸臂較長(zhǎng)時(shí)傳統(tǒng)的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為安裝滾錐軸承,隨著軸承技術(shù)的發(fā)展,成組的角接觸軸承其剛性和旋轉(zhuǎn)精度都超過單個(gè)的滾錐軸承。于剛為了確保鏜桿的剛度,選擇三組串聯(lián)角接觸軸承前支承的結(jié)構(gòu)形式。

3.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

(1)鏜桿直徑的確定

樓梯間內(nèi)隔墻應(yīng)滿足耐火極限2h，且沒有其他的保溫、隔聲或者設(shè)備安裝的特殊要求。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，設(shè)計(jì)采用輕鋼龍骨兩面釘耐火紙面石膏板隔墻，墻體構(gòu)造為：2×12 mm(耐火紙面石膏板)+75 mm(Z型鋼龍骨，內(nèi)填50 mm厚容重100 kg/m3的巖棉)+2×12 mm(耐火紙面石膏板)，墻體截面厚度約為123 mm。

鏜孔直徑 D、鏜桿直徑 d、鏜刀截面 B×B之間的關(guān)系：(D-d)/2=(1～1.5)B

設(shè)計(jì)時(shí)可按表 1選取。

表 1 鏜孔、鏜桿直徑與鏜刀截面(mm)

表中所列鏜桿直徑范圍在加工小孔時(shí)取大值;在加工大值徑孔時(shí)一般取中值,在導(dǎo)向不良切削負(fù)荷重時(shí)取大值。

根據(jù)待加工鏜孔直徑 D為 63～90mm,因此,鏜桿直徑選取 60mm。

(2)內(nèi)鏜桿上兩軸承間距離確定

鏜桿懸臂距離 L1由于受工件限制不能縮短,而鏜桿軸頸又受工件孔距、夾具導(dǎo)向及鏜桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)限制不能加大,此時(shí)合理選取支承距 L2非常重要。一般L2/L1大約取 1.5～2.5。

本機(jī)床待加工孔需懸臂長(zhǎng)度 L1為 250mm,則支承距 L2應(yīng)為 375～625mm,選取 500mm。

(3)導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定

合理選取導(dǎo)向長(zhǎng)度確保導(dǎo)向剛性。一般懸臂鏜孔導(dǎo)向長(zhǎng)度 L與導(dǎo)向直徑 D1之比為 2～3。

根據(jù)支承距 L2設(shè)計(jì)懸臂孔的導(dǎo)向長(zhǎng)度,保證導(dǎo)向長(zhǎng)度 L與導(dǎo)向直徑 D1之比為 2～3。

3.1.3 鏜模架及鏜刀桿在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮的主要問題

鏟斗是龐大的結(jié)構(gòu)件,剛其加工部件留給導(dǎo)向裝置的空間尺寸有限,其外型尺寸及結(jié)構(gòu)剛度受到限制,每組的兩個(gè)孔跨距較大,鏜刀桿處于長(zhǎng)懸臂加工,極易產(chǎn)生振動(dòng),為確保鏜削的正常工作,在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮以下主要問題：

(1)在滿足加工孔行程的情況下,盡可能縮短鏜刀桿的懸伸長(zhǎng)度;

(2)在保證正常排屑的情況下,盡可能加大鏜刀桿直徑;

(3)允況,盡量加大鏜刀桿的導(dǎo)向長(zhǎng)度,并盡可能增強(qiáng)鏜刀桿的支承剛性;

(4)鏜刀桿采用減振結(jié)構(gòu);

(5)合理選擇切削參數(shù),避免共振現(xiàn)象發(fā)生。

(6)使用正前角刀片,以降低切削力;減小刀尖圓弧 R,以降低吃刀抗力;采用雙刃平衡鏜削,平衡徑向抗力。

3.1.4 鏜模架及鏜刀桿的設(shè)計(jì)

鏜模架是保證機(jī)床加工精度的主要部件,為消除主軸與鏜模架同軸的影響,采用浮動(dòng)卡頭連接,為保證鏜桿剛性,采用三組串聯(lián)角接觸球軸承兩端支承,合理選取鏜桿直徑、軸承跨距和導(dǎo)向長(zhǎng)度。圖 3為鏜模架及鏜刀桿結(jié)構(gòu)圖。

圖 3 鏜模架及鏜刀桿結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 可變主軸箱設(shè)計(jì)

機(jī)床的設(shè)計(jì)必須考慮加工柔性,體現(xiàn)可重配置機(jī)床設(shè)計(jì)的新理念,以適應(yīng)多品種加工的需要,提高設(shè)備利用率,并為生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的任務(wù)需求變化而需要對(duì)設(shè)備配置變更提供擴(kuò)展的空間。鏟斗規(guī)格型號(hào)較多,但均為兩組孔系,可以保持下面一組孔系位置不變(可通過調(diào)整下夾具定位面的高度實(shí)現(xiàn)),調(diào)整上面孔系的位置實(shí)現(xiàn)加工不同的鏟斗。這樣就要求主軸箱的主軸位置應(yīng)根據(jù)具體的鏟斗規(guī)格要求而變化?；谶@樣的設(shè)計(jì)理念,設(shè)計(jì)了主軸可變位置的主軸箱,圖 4為可變主軸箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 可變主軸箱結(jié)構(gòu)示意圖

調(diào)整方法：需要變動(dòng)位置的主軸 7安裝在支承套 6內(nèi),支承套 6在箱體上按鏟斗的品種有不同的安裝位置,定位采用一面兩銷,螺母壓緊在箱體前后面上,可變主軸通過萬(wàn)向節(jié)與齒輪箱輸出軸相連,實(shí)現(xiàn)主軸傳動(dòng)。當(dāng)改變鏟斗品種主時(shí)只需松開螺母,拔出定位銷,移動(dòng)到需要位置,插入定位銷,擰緊螺母即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

鏟斗兩組孔系的平行度和同組孔系的同軸度要求對(duì)于龐大的焊接結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō),易產(chǎn)生振動(dòng),加工工藝性差。經(jīng)過對(duì)各種加工工藝分析比較,確定合理的機(jī)床方案,開發(fā)出適宜鏟斗鏜孔加工的專機(jī)設(shè)備。

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