福建南電股份有限公司 (南平 353001) 應(yīng)恒晶
我公司的中、小型水輪發(fā)電機(jī)主軸的生產(chǎn)類型屬單件、小批量生產(chǎn),安排在臥式車床上進(jìn)行機(jī)械加工。有幾種規(guī)格主軸的一端,需鉆一個與主軸線重合的引出線孔(圓柱盲孔),其直徑在36~80mm,深度在600~1 600mm,是長徑比為13~26的中等深孔。這一深孔的鉆削是主軸機(jī)械加工中的一個難題。
我們對不同結(jié)構(gòu)的外排屑和內(nèi)排屑深孔鉆進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果分析后,決定在臥式車床上設(shè)置一套扁鉆裝置來鉆這一深孔,它具有結(jié)構(gòu)簡單,操作方便等特點(diǎn)。如圖1所示,扁鉆裝置由裝配式扁鉆、走刀機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)組成。以下分別介紹它的結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)和使用要點(diǎn)。
如圖2所示,裝配式扁鉆由扁鉆頭1和鉆桿3組成,用圓柱頭螺釘2將扁鉆頭壓緊在鉆桿的夾頭上。切削液通過鉆桿內(nèi)孔從鉆桿夾頭的兩個小孔噴向切削區(qū)域,起著冷卻和排屑作用。
圖1 扁鉆裝置
如圖3所示,扁鉆頭外形成板狀。由板狀的兩個大平面、一端面和該端面方向上的圓柱面作為定位表面與鉆桿對定,以保證扁鉆頭在鉆桿上對正對中。為夾持可靠,兩個大平面制成1∶500錐面較好。
圖2 裝配式扁鉆
圖3 扁鉆頭
扁鉆頭的切削部分由對稱分布的兩條主切削刃和兩條副切削刃構(gòu)成。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),加工鋼材?。喉斀?φ=130°;前角γo=12°;第一主后角α1=6°~8°;第二主后角α2=12°~14°;副偏角kp=2°~5°;副后角αp=7°~10°。副切削刃應(yīng)留有寬度為ba1=1.6~4mm的刃帶,鉆削時起著導(dǎo)向作用。
減小扁鉆橫刃的長度,對改善切削條件效果顯著。為此,將橫刃附近的主切削刃向鉆尖傾斜,僅保留2~5.5mm橫刃長度即可。如圖4所示。
圖4 扁鉆的橫刃和分削槽
扁鉆主切削刃較長,切屑寬度較大,排屑困難。在兩主切削刃上交錯布置了數(shù)個分屑槽,就可以將較寬的切屑分成幾條,順利排出。分屑槽間距約8mm;分屑寬度0.8~1.3mm;深度應(yīng)大于進(jìn)給量。
扁鉆頭材料選用高性能高速鋼,具有良好的綜合性能,切削部分要求淬火64~66HRC,表面涂層NAlTi。
鉆桿由夾頭、桿和冷卻管接頭三件焊接而成。設(shè)計鉆桿主要是確定鉆桿的內(nèi)徑d1、外徑d0和長度L。
內(nèi)徑d1:根據(jù)切削液的壓力、流量選取。
外徑d0:所鉆孔的半徑與d0/2之差為排屑空間,鉆削所需的排屑空間與切屑寬度有關(guān),而切屑寬度又與扁鉆分屑槽間距有密切關(guān)系。確定外徑d0的原則是在保證順利排屑的前提下取盡量大值,以獲得盡量大的鉆桿強(qiáng)度和剛度。
附表為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)供設(shè)計參考。
經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 (單位:mm)
長度L:鉆桿最小長度應(yīng)大于所鉆深孔長度、夾持長度、切入與切出長度之和。粗估鉆桿長度后還需對鉆桿進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。驗(yàn)算時,軸向載荷可借用麻花鉆軸向力計算公式,壓桿穩(wěn)定系數(shù)η取20.2。
由于臥式車床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度承受不了用扁鉆鉆削所產(chǎn)生的軸向力,需專門設(shè)計一套簡單的走刀機(jī)構(gòu)。如圖5所示,走刀機(jī)構(gòu)由滑板組件和后座組件兩部分組成。
圖5 走刀機(jī)構(gòu)
扁鉆7由V形塊6定位壓緊在滑板箱8上面,扁鉆軸線與車床軸線重合。走刀機(jī)構(gòu)可作三種運(yùn)動:
(1)進(jìn)給運(yùn)動 后座13由止退擋塊15和螺栓14固緊在車床導(dǎo)軌上,WB100-LD-35-550/6減速器18通過裝在后座上的蝸桿16、蝸輪17帶動絲桿11轉(zhuǎn)動,絲桿通過螺母10推動滑板12作進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給量的調(diào)節(jié)是采用變頻器改變減速器電動機(jī)的電源頻率來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的,進(jìn)給范圍為8~24mm/min。
(2)手動 后座和絲桿固定不動,在限位開關(guān)斷開(快速電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動),齒輪副3、4嚙合狀態(tài)下?lián)u動手輪1,通過滑板箱8里的蝸桿9、蝸輪(螺母)10轉(zhuǎn)動,帶動滑板12沿車床導(dǎo)軌運(yùn)動。
(3)快速移動 后座和絲桿固定不動,將手輪1向外拉出,使齒輪副3、4脫離嚙合且擋塊2壓住限位開關(guān)(見圖6),按下快速電動機(jī)起動按扭,電源通過限位開關(guān)接通Y7124-4快速電動機(jī)5,電動機(jī)帶動滑板箱8里的蝸桿9、蝸輪(螺母)10轉(zhuǎn)動,使滑板作600mm/min的快速移動。
圖6 走刀機(jī)構(gòu)
滑板12用45鋼板制作,其軌道用灰鑄鐵HT200制作,很容易地在車床導(dǎo)軌上直接裝配成滑板組件。絲桿為T55×8,其長度除滿足鉆孔深度需要外,也必須經(jīng)壓桿穩(wěn)定性校核合格方可。整個走刀機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊,重量不大,電氣、冷卻系統(tǒng)接頭都采用快換接頭,在車床上裝、卸很方便。
冷卻系統(tǒng)的作用有兩方面,一是潤滑和冷卻扁鉆的切削區(qū)域,二是排屑。經(jīng)驗(yàn)估算系統(tǒng)壓力需要0.25~0.30MPa,流量約12.6L/min。車床自身的冷卻泵不能滿足需要,有必要設(shè)置專用的冷卻系統(tǒng)。
圖7為扁鉆冷卻系統(tǒng)原理圖。選用CB-B32齒輪泵,Y-63溢流閥,泵站到鉆桿的管路用高壓軟管聯(lián)接,鉆桿與軟管聯(lián)接用快換接頭,水箱容積為350L。
圖7 冷卻系統(tǒng)原理圖
如圖8所示,鉆頭切入前用中心架支撐鉆桿前端,打開切削液閘閥進(jìn)行預(yù)鉆,待鉆深30~50mm后可卸去中心架繼續(xù)鉆削。需退刀時,先停止進(jìn)給,車床空轉(zhuǎn)3~5轉(zhuǎn)后,手動退刀,待鉆頭脫離加工表面后再快速退出。在鉆削過程中,應(yīng)注意觀察,適量調(diào)節(jié)切削液流量。
圖8 主軸軸端深孔鉆削
圖8為在MAZAK34臥式車床上鉆水輪發(fā)電機(jī)主軸引出線孔。工件材料為45鋼;孔徑50mm;孔深1 300mm。車床轉(zhuǎn)速105r/min;走刀量0.18mm/r。切削液壓力2.5MPa;額定流量32L/min。機(jī)動時間僅用69min,比以前采用接長的麻花鉆頭鉆削提高工效4倍以上,并大大減輕了勞動強(qiáng)度。