楊麗，楊興，宋建武

(張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口 075000)

深孔鏜專用機(jī)床的開發(fā)

楊麗，楊興，宋建武

(張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口 075000)

針對(duì)當(dāng)前深孔鏜床的缺點(diǎn)，開發(fā)了新一代深孔鏜專用機(jī)床。該機(jī)床采用配備低轉(zhuǎn)速大扭矩同步交流伺服電機(jī)的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用具有過載保護(hù)的液壓進(jìn)給系統(tǒng)，有效地克服了原機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、堵轉(zhuǎn)時(shí)易損壞工件和刀具的缺點(diǎn)，具有自動(dòng)化程度高、成本低、節(jié)能、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。

深孔鏜削;專用機(jī)床;交流伺服驅(qū)動(dòng);液壓驅(qū)動(dòng)

深孔鏜專用機(jī)床適應(yīng)于一次性加工完成圓柱體內(nèi)孔的鏜、滾壓，主運(yùn)動(dòng)為刀具 (刀桿)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為刀具進(jìn)給，鏜削方式采用推鏜。該機(jī)床不僅可以進(jìn)行鏜削，而且還可以進(jìn)行滾壓加工。目前，國(guó)內(nèi)其他同類設(shè)備有多種，但共同存在以下顯著缺點(diǎn):

(1)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主電機(jī)采用大功率普通三相異步交流電動(dòng)機(jī)，配有多級(jí)主軸傳動(dòng)箱，體態(tài)笨重，成本高，可靠性差，故障率高，主電機(jī)功率過大而能耗高;

(2)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用交流伺服電機(jī)帶進(jìn)給箱，滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)，無級(jí)調(diào)速，但屬剛性傳動(dòng)，無過載保護(hù)，一旦發(fā)生堵轉(zhuǎn)，將會(huì)損壞工件或刀具;

(3)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，一般售價(jià)在幾十萬，用戶難以接受。

針對(duì)以上設(shè)備存在的缺點(diǎn)，作者開發(fā)了新的深孔鏜床，完全克服了以上缺點(diǎn)，具有自動(dòng)化程度高、成本低、節(jié)能、可靠性好的特點(diǎn)，設(shè)備投放市場(chǎng)以來，深受用戶歡迎。

1 機(jī)床設(shè)計(jì)方案

如前所述，在現(xiàn)有深孔鏜專用機(jī)床上加工深孔時(shí)，存在3個(gè)缺點(diǎn)，考慮機(jī)床原有結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)關(guān)系，重新改造設(shè)計(jì)，提出下列設(shè)計(jì)方案，機(jī)床設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 機(jī)床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.1 床身部分

床身采用樹脂砂造型，優(yōu)質(zhì)鑄鐵鑄造，具有很好的外觀和強(qiáng)度，筋板布局合理，Π型加強(qiáng)筋使床身具有優(yōu)良的剛度、抗振性和抗斷面畸變能力。床身采用分體拼接結(jié)構(gòu)，下體采用焊接結(jié)構(gòu)，將內(nèi)設(shè)液壓站、冷卻泵站及各種油管;上體采用鑄造結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌采用雙平結(jié)構(gòu)、電火花表面淬火磨削工藝，使其承載能力大，導(dǎo)向精度、耐磨性及精度保持性好，根據(jù)鏜孔系列不同導(dǎo)軌寬度為520～680 mm。

1.2 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用低速大扭矩的交流同步伺服電機(jī)，根據(jù)鏜孔直徑系列φ32～500 mm，選用功率6～22 kW，同步轉(zhuǎn)速 500 r/min，如選用型號(hào) CTB-4022ZXE05電機(jī)，功率22 kW。主電機(jī)配有PX系列高精密行星齒輪減速器，減速比i=3～5，主要起增扭作用，它們之間采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接，變頻無級(jí)調(diào)速，轉(zhuǎn)速可達(dá)30～2 000 r/min，亦可根據(jù)用戶要求任意設(shè)置11級(jí)轉(zhuǎn)速，通過波段開關(guān)實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速。與同類產(chǎn)品相比，主電機(jī)功率小，節(jié)能明顯，機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

1.3 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2示。

圖2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖

采用液壓進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，過載保護(hù)功能強(qiáng)，有效克服了堵鏜時(shí)刀具與工件的報(bào)廢。在導(dǎo)軌凹槽中安裝有進(jìn)給油缸SG-80×3 000，工作壓力8 MPa，油缸帶動(dòng)托板，與主電機(jī)、減速器及鏜桿一起移動(dòng)，托板采用箱體式滑鞍結(jié)構(gòu)有效地提高了滑鞍的剛性，同時(shí)支撐導(dǎo)軌整個(gè)跨度，滑鞍及滑板為樹脂砂鑄造，并進(jìn)行人工時(shí)效處理，各導(dǎo)軌面為重要加工面。油泵電機(jī)選用三相交流異步電機(jī)5.5 kW，油泵選用齒輪泵CBTF320，對(duì)油液污染不敏感，工作可靠，壽命長(zhǎng)。進(jìn)給速度為無級(jí)調(diào)速，進(jìn)給速度范圍5～500 mm/min。夾緊油缸SG-250×100，工作壓力3 MPa，起到對(duì)工件的夾緊松開作用。

1.4 授油器部分

授油器的作用是:(1)向加工工件輸入冷卻液并密封;(2)支承鏜桿;(3)鏜頭導(dǎo)向;(4)支承頂緊工件及工件定位;(5)對(duì)床身固定。在授油器的背面，有一個(gè)從冷卻泵來的輸液管，冷卻液通過授油器送入工件切削區(qū)。在授油器的頭部，有一個(gè)錐盤，起支承和頂緊工件作用，它與工件以30°、45°或60°錐面結(jié)合，靠裝在授油器內(nèi)部液壓缸產(chǎn)生的力對(duì)工件頂緊。在錐盤內(nèi)，有一導(dǎo)向套，是用于鏜頭導(dǎo)向的，更換刀具必須更換此套。

在授油器的尾部，有一軸承內(nèi)套，內(nèi)有導(dǎo)套，是支承鏜桿用的，更換鏜桿時(shí)，需要更換相應(yīng)的導(dǎo)套。在授油器內(nèi)部的液壓缸，與授油器做成一體，錐盤即為活塞。液壓泵啟動(dòng)后，按下夾緊按鈕，就可實(shí)現(xiàn)錐盤伸出頂緊，按下松開按鈕，則錐盤退開，工件另一端由排屑座的錐盤頂緊。在規(guī)定的加工范圍內(nèi)，用戶可以根據(jù)需要自行選擇鉆鏜桿直徑尺寸，自制與工件和鏜桿有關(guān)的零件。

1.5 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)主要由冷卻液箱、泵站、輸液管、儲(chǔ)屑車和回液槽組成。冷卻液的作用是冷卻及排屑。鏜孔時(shí)，正常采用推鏜方式，冷卻液由冷卻液箱經(jīng)冷卻泵從授油器后側(cè)輸入到切削區(qū)，帶著切屑排往床頭排屑座，然后到儲(chǔ)屑車，冷卻液過濾后回冷卻液箱。冷卻泵站由一個(gè)電機(jī)帶冷卻泵組成，電機(jī)功率1.5 kW，系統(tǒng)工作壓力2.5 MPa，流量200 L/min。

1.6 鏜桿支架

鏜桿支架為上下兩半瓦結(jié)構(gòu)，便于鏜桿更換。主要起到支撐鏜桿、控制鏜桿的運(yùn)動(dòng)方向、吸收鏜桿震動(dòng)的作用。

1.7 電氣系統(tǒng)

由操作面板、電氣控制柜、交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置及電氣控制系統(tǒng)組成，使得機(jī)床的操作和使用更具合理化、人性化。其機(jī)床主電路如圖3所示，控制電路略。

圖3 機(jī)床主電路圖

2 機(jī)床的性能指標(biāo)

2.1 機(jī)床的加工精度

粗鏜時(shí)，孔徑精度IT9～10，表面粗糙度不大于Ra6.3μm;

精鏜時(shí)，孔徑精度IT7～8，表面粗糙度不大于Ra3.2μm，圓度不大于0.03 mm;

滾壓時(shí)，孔徑精度IT7～8，表面粗糙度不大于Ra0.4μm，圓度不大于0.03 mm;

加工孔的直線度不大于0.15 mm/1 000 mm;加工孔的出口偏斜不大于0.3 mm/1 000 mm;加工孔的同軸度不大于0.25 mm/1 000 mm。

2.2 機(jī)床的加工效率

切削速度。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)、材料和工件材質(zhì)確定，一般為50～100 m/min;

進(jìn)給速度。根據(jù)工件加工直徑、工件材質(zhì)、熱處理狀況和工藝情況確定，一般在40～100 mm/min;

鏜孔時(shí)最大加工余量。根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)、材料和工件情況確定，一般不大于30 mm。

3 結(jié)論

該機(jī)床可用于加工機(jī)床的主軸孔，各種機(jī)械液壓油缸、汽缸圓柱形通孔、盲孔及階梯孔等，具有質(zhì)量可靠、價(jià)格低、自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。

【1】袁建亭，崔瑞強(qiáng)，李震，等.深孔鏜滾復(fù)合加工的研究［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2011(3):67 －68.

【2】林毅.專用鏜床的電氣控制系統(tǒng)［J］.機(jī)床與液壓，2004(1):100－101.

【3】張樂平，楊迎新.專用鏜床的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2005(11):205－206.

【4】江慶輝.深孔鏜削工藝的分析［J］.機(jī)械制造，1986(2):5－7.

【5】黃軍.油(氣)缸筒滾壓加工［J］.機(jī)械制造，1998(8):29.

【6】張斌.深孔加工的幾種工藝方法［J］.機(jī)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

楊麗 (1967—)，女，工學(xué)學(xué)士，副教授，主要從事數(shù)控技術(shù)及CAD/CAM的教學(xué)與研究工作。E－mail:sjw4066@sina.com。