高 榮 羅 剛 張青龍 嚴(yán)從勛

(①成都工業(yè)學(xué)院，四川 成都 611730;②重慶富川機(jī)電有限公司，重慶 401329;③成都光明光電股份有限公司，四川 成都 610100)

1 絲錐柄部四方的加工工藝分析

本專用機(jī)床需對(duì)絲錐刀柄上的四方進(jìn)行加工，加工工件規(guī)格范圍為M8～M22，如圖1 所示。工件的長度L 范圍為60～158 mm，所磨四方厚度a 的范圍為5.00～14.00 mm，L2的范圍為8～18 mm，d1的范圍為6.30～18.00 mm。

圖1 絲錐結(jié)構(gòu)及尺寸

絲錐四方在絲錐工作時(shí)用于傳遞扭矩，同時(shí)也作為絲錐的安裝定位基準(zhǔn)［1］。對(duì)絲錐四方的加工，要有一定的形狀、尺寸、表面粗糙度及形位誤差要求。加工絲錐方頭常用的加工方法是銑削或磨削。如用銑削的加工方法，加工后通常還需要安排其他工序(如熱處理、磨削等)來保證絲錐四方的精度和表面質(zhì)量等方面的要求;而采用直接磨削的方法來加工絲錐四方，其精度和表面質(zhì)量可以在一次加工中得到保證，而且磨削方法還可以加工經(jīng)過熱處理的高硬度絲錐刀柄，因此磨削加工四方，通常還可以安排為該種絲錐加工的最后一道工序［1-2］。對(duì)磨削量較小的小規(guī)格絲錐加工，生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)更加明顯。該專機(jī)所加工絲錐四方頭的每方加工余量為0.65～1.75 mm，加工余量小，故特別適用磨削加工。

2 絲錐磨方機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析及運(yùn)動(dòng)分配方案

磨削絲錐刀柄四方時(shí)，需保證四方的長度L2和四方的厚度a。其中，長度L2可以用砂輪厚度直接保證，厚度a 可用砂輪做徑向進(jìn)給保證。該機(jī)床需要五個(gè)運(yùn)動(dòng)，一是砂輪的旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)n，二是砂輪的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fr，三是工件的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fa，四是工件的四方分度運(yùn)動(dòng)na，五是適應(yīng)不同長度工件加工及修整砂輪時(shí)工作臺(tái)的縱向移動(dòng)fb。該運(yùn)動(dòng)方案的傳動(dòng)原理圖如圖2 所示。

圖2 絲錐磨方機(jī)傳動(dòng)原理圖

分配機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)考慮在滿足加工要求的前提下，簡化機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，便于操縱，降低成本，縮小機(jī)床占地面積等［3］。通過對(duì)各種運(yùn)動(dòng)分配方案的分析比較，最后確定主運(yùn)動(dòng)n 由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器傳給砂輪架完成，縱向運(yùn)動(dòng)fb和橫向運(yùn)動(dòng)fa由工作臺(tái)帶動(dòng)工件完成，分度運(yùn)動(dòng)na由分度頭帶動(dòng)工件完成，徑向運(yùn)動(dòng)fr通過砂輪架沿立柱導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)完成。

3 機(jī)床的總體設(shè)計(jì)

3.1 傳動(dòng)形式的選擇

機(jī)床的傳動(dòng)有機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、電氣及綜合等多種形式。選擇機(jī)床傳動(dòng)形式的基本要求是:(1)實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng);(2)滿足運(yùn)動(dòng)性能要求;(3)經(jīng)濟(jì)效益高［3-4］。

加工工件的尺寸對(duì)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fa沒有精度方面要求，但fa的進(jìn)給量大小不但影響著加工表面的表面質(zhì)量，而且自動(dòng)化程度要求較高，故此運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)形式選擇液壓傳動(dòng)。而縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fb是修整砂輪或加工不同規(guī)格工件時(shí)調(diào)整絲錐L2長度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，精度要求較高，但自動(dòng)化程度要求不是很高，因此此運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)形式選為絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。相比之下，徑向運(yùn)動(dòng)fr的精度決定著絲錐刀柄四方的厚度a 的尺寸和精度，要求較高，而且自動(dòng)化程度決定著生產(chǎn)率的高低，故要求也較高，因此選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副的傳動(dòng)形式，此滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有［5］:

(1)傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)95%以上，傳動(dòng)效率是滑動(dòng)絲杠的2～4 倍;

(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高，低速無爬行現(xiàn)象;

(3)可預(yù)緊，消除絲杠副的間隙，提高軸向的接觸剛度;

(4)使用壽命較長，一般為普通滑動(dòng)絲杠的4～10倍，甚至更高;

(5)定位精度和重復(fù)定位精度高。

3.2 支承形式的選擇

機(jī)床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁等，這些支承件單獨(dú)或組合使用，構(gòu)成臥式或立式機(jī)床的基礎(chǔ)件。

臥式機(jī)床和立式機(jī)床各有優(yōu)缺點(diǎn)。立式機(jī)床占地面積小，且立式機(jī)床的執(zhí)行部件可在縱向、橫向和垂直3 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，而臥式機(jī)床的執(zhí)行部件一般只能在縱向和橫向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。操作立式機(jī)床時(shí)，操作者可以站在機(jī)床的前面、左面或右面，而操作臥式機(jī)床時(shí)，一般只能站在機(jī)床的前面。但加工工件要求機(jī)床上下移動(dòng)量較大時(shí)，則立式機(jī)床重心位置較高，機(jī)床易于產(chǎn)生振動(dòng)。

因?yàn)榧庸そz錐四方時(shí)，徑向加工余量較小，故垂直方向的移動(dòng)量較小，因此選用立式支承形式時(shí)機(jī)床重心不會(huì)很高，機(jī)床抗振性較好，加工絲錐四方需要縱向、橫向和垂直3 個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，故機(jī)床的支承形式選擇為立式，具體布置為:工作臺(tái)裝在床身上，帶動(dòng)工件作橫向及縱向進(jìn)給，立柱支承磨頭部件作垂直徑向進(jìn)給。本來此支承形式可以在一次裝夾時(shí)同時(shí)完成多個(gè)工件的加工，但因受到空間和分度頭結(jié)構(gòu)的限制，本機(jī)床選擇了一次裝夾后同時(shí)加工兩個(gè)工件的方案。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 所示。

3.3 操縱部件的布置

機(jī)床總體布局應(yīng)保證操作者與工件之間有合適的相對(duì)位置，以便于裝卸工件、調(diào)整刀具、觀察加工情況以及測(cè)量工件尺寸等，常用的操縱手柄、手輪、按鈕、數(shù)顯表等應(yīng)盡可能布置在操作者近身處，使操作方便、省力。有時(shí)為了簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，允許將不常用的手柄就近布置在被操作部件上［3-5］。本機(jī)床的操縱部件布局依據(jù)是操作者視覺的觀察范圍和人手的工作區(qū)域特點(diǎn)［6］，取機(jī)床手輪的高度為800 mm，裝料高度為1 100 mm，按鈕箱的高度為1 300 mm，這些高度的選擇能很好地滿足操作者的肢體舒適度要求。

4 絲錐磨四方加工流程

圖3 絲錐磨方機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

裝卸工件時(shí)，按下按鈕箱上的裝卸按鈕，此時(shí)裝卸液壓缸通過進(jìn)出壓力油來帶動(dòng)分度頭上的兩個(gè)頂尖前后移動(dòng)，以此來夾緊或松開工件。

工件裝夾后，按下啟動(dòng)按鈕，磨頭部件在立柱上作等差間歇進(jìn)給，對(duì)工件進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨加工。工作臺(tái)采用了滾柱交叉導(dǎo)軌，在進(jìn)給液壓缸的帶動(dòng)下作橫向往復(fù)進(jìn)給。當(dāng)一個(gè)方加工完成時(shí)，由立柱上的檢測(cè)裝置發(fā)出信號(hào)，磨頭部件回到安全位置。磨頭部件回到安全位置后，再由立柱上另一個(gè)檢測(cè)裝置發(fā)出信號(hào)，分度頭在分度液壓缸的帶動(dòng)下自動(dòng)拔銷、分度、插銷以完成分度動(dòng)作，由分度頭上的檢測(cè)裝置發(fā)出信號(hào)，之后，磨頭部件繼續(xù)作等差間歇進(jìn)給，工作臺(tái)件作橫向往復(fù)進(jìn)給，以此循環(huán)。

當(dāng)四方中的每一方都加工完成后，由分度頭上的檢測(cè)裝置發(fā)出信號(hào)，磨頭部件回到初始位置，工作臺(tái)停止進(jìn)給，完成一個(gè)工作循環(huán)(即完成兩個(gè)絲錐四方的磨削)。

5 結(jié)語

針對(duì)絲錐四方頭的加工特點(diǎn)，采用磨削加工工藝來加工絲錐四方，設(shè)計(jì)了該立式絲錐磨方機(jī)。同原來的絲錐四方加工機(jī)床相比，該專用機(jī)床加工精度和表面質(zhì)量高，能同時(shí)加工兩個(gè)工件，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分動(dòng)，自動(dòng)檢測(cè)，提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。磨頭部件在立柱上通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠作等差間歇進(jìn)給，進(jìn)給量大小可調(diào)，因此本專用機(jī)床能夠?qū)ぜM(jìn)行粗磨、半精磨、精磨加工，工件的精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了很大的提高。工作臺(tái)采用了滾柱交叉導(dǎo)軌副和液壓驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，發(fā)熱量小，精度保持性好。在操縱部件的布置上遵循了機(jī)床宜人學(xué)，為操作者提供了良好的工作條件和環(huán)境，以保證操作者能夠高效率、高可靠性地操作機(jī)床。

［1］陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］鄭修本.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］許曉旸.專用機(jī)床設(shè)備設(shè)計(jì)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2003.

［4］顧維邦.金屬切削機(jī)床概論［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［5］隋秀凜，高安邦.實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［6］陳心昭.現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.