顧其俊,陳光明,王君明,楊文強(qiáng)
(1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,杭州 310053;2.新昌大市聚職業(yè)中學(xué),浙江 新昌 312500 ;3.新昌縣錦程精密機(jī)械有限公司,浙江 新昌 312500)
為解決非標(biāo)軸承外圈徑向鉆孔的生產(chǎn)需求,前期已研發(fā)了一款全自動外球面軸承外圈徑向鉆孔機(jī)[1],實現(xiàn)了非標(biāo)軸承外圈的自動徑向鉆孔,但采用該鉆孔機(jī)鉆孔,徑向孔數(shù)和孔間角度受到限制,而且孔徑尺寸和孔壁表面質(zhì)量一般,鉆孔后產(chǎn)生的孔口內(nèi)部毛刺不易去除,需要人工反復(fù)手動刮除,容易刮傷表面,產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差,無法滿足現(xiàn)有市場中高精密軸承的生產(chǎn)需求,因此,又全新設(shè)計開發(fā)了一種高精密全自動軸承外圈徑向鉆孔機(jī)。
針對應(yīng)用需求,新的鉆孔機(jī)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計,包括用于軸承上料的自動分選檢測機(jī)構(gòu)和自動上料裝置,用于不同角度分度鉆孔的伺服主軸夾持分度裝置和伺服鉆孔裝置,以及用于軸承精加工的伺服倒角裝置和氣動鉸孔裝置等機(jī)械機(jī)構(gòu),并通過電氣控制系統(tǒng)中的PLC程序控制各種機(jī)械機(jī)構(gòu)相對運(yùn)動,實現(xiàn)了對工件的毛坯檢測、鉆孔加工、內(nèi)邊倒角及內(nèi)部鉸孔等工序的全自動化加工(圖1)。
1—氣動鉸孔裝置;2—伺服倒角裝置;3—自動下料機(jī)構(gòu);4—伺服鉆孔裝置;5—自動上料裝置;6—伺服主軸夾持分度裝置;7—自動分選檢測機(jī)構(gòu)
自動分選檢測機(jī)構(gòu)如圖2所示。工件自上料箱輸出后進(jìn)入送料檢測機(jī)構(gòu),檢測分選機(jī)構(gòu)對工件的毛坯尺寸進(jìn)行自動精度檢測,剔除不合格的工件毛坯,檢測合格的毛坯經(jīng)下料輸送通道輸送到工件上料裝置的進(jìn)料口,由進(jìn)料口處設(shè)置的感應(yīng)器觸發(fā)上料氣缸運(yùn)動,氣動推桿推動工件進(jìn)入伺服主軸夾持分度裝置的工件夾頭上,完成工件的自動上料。
1—廢品輸出通道;2—下料輸送通道;3—檢測分選機(jī)構(gòu);4—上料通道
伺服主軸夾持分度裝置如圖3所示,包括安裝支架、主軸座、主軸、主軸電動機(jī)以及工件夾持機(jī)構(gòu)。安裝支架安裝于床身頂面;主軸座安裝在安裝支架上;主軸兩端軸承支承安裝于主軸座上;主軸電動機(jī)與主軸通過皮帶傳動,驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)分度;工件裝夾機(jī)構(gòu)包括工件夾頭和夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu),工件夾頭為筒狀內(nèi)脹式,安裝于主軸前端,通過夾緊驅(qū)動機(jī)構(gòu)的夾緊氣缸帶動夾緊拉桿夾緊和松開工件。夾持部的前方作為工件加工區(qū),伺服鉆孔裝置和氣動鉸孔裝置分別相對設(shè)置于工件夾頭前方工件加工區(qū)的兩側(cè)。
伺服鉆孔裝置如圖3所示,包括安裝座、鉆頭、鉆桿、鉆桿支承座、X軸固定板、Y軸調(diào)節(jié)板、調(diào)節(jié)底座、鉆頭動力電動機(jī)以及鉆頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)。鉆桿通過軸承支承穿裝于鉆桿通孔內(nèi),鉆頭固定安裝于鉆桿前端,鉆桿后端與鉆頭動力電動機(jī)連接,鉆頭動力電動機(jī)配合安裝有減速器,驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn);調(diào)節(jié)底座通過調(diào)節(jié)螺釘安裝于床身上,Y軸調(diào)節(jié)板通過滑槽滑榫結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)的安裝于調(diào)節(jié)底座上,X軸固定板固定安裝于Y軸調(diào)節(jié)板上,安裝座通過滑槽滑榫結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)的安裝于X軸固定板上。
1—鉆頭;2—Y軸調(diào)節(jié)板;3—鉆桿支承座;4—鉆頭動力電動機(jī);5—鉆頭進(jìn)給電動機(jī);6—安裝座;7—X軸固定板;8—主軸電動機(jī);9—夾緊氣缸;10—安裝支架;11—主軸座;12—工件夾頭;13—調(diào)節(jié)底座
鉆頭進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括鉆頭進(jìn)給電動機(jī)、絲桿副和導(dǎo)軌副,導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌沿X軸方向固定安裝于安裝座上,鉆桿支承座固定連接于導(dǎo)軌副的滑塊,鉆桿支承座與絲桿副的螺母固定連接,絲桿副的絲桿軸安裝于螺母上,鉆頭進(jìn)給電動機(jī)與絲桿傳動連接,鉆頭進(jìn)給電動機(jī)驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn),帶動鉆桿支承座在X軸方向進(jìn)給鉆孔加工。
伺服倒角裝置如圖4所示,包括倒角刀、固定底座、動力刀桿、刀架座以及倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)。固定底座安裝于床身上。倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括X軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)和Y軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu),X軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括X向?qū)к壐?、滑塊、進(jìn)給拖板和X向驅(qū)動電動機(jī),X向?qū)к壐卑惭b于固定底座上,滑塊安裝于X向?qū)к壐鄙?,進(jìn)給拖板安裝于滑塊上,由X向驅(qū)動電動機(jī)絲桿驅(qū)動進(jìn)給拖板運(yùn)動;Y軸倒角進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括Y向?qū)к壐?、刀架座和Y向驅(qū)動電動機(jī),Y向?qū)к壐卑惭b于進(jìn)給拖板上,Y向驅(qū)動電動機(jī)通過絲桿副驅(qū)動運(yùn)動,刀架座安裝于Y方向?qū)к壐鄙?,隨Y向?qū)к壐盰向運(yùn)動。刀架座上安裝有動力刀桿,動力刀桿包括倒角電動機(jī)和傘齒輪傳動機(jī)構(gòu),倒角電動機(jī)固定安裝于刀架座上,傘齒輪傳動機(jī)構(gòu)一端與倒角刀的后端連接,另一端與倒角電動機(jī)的電動機(jī)軸連接,倒角電動機(jī)通過傘齒輪傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動倒角刀具旋轉(zhuǎn),鉆頭為復(fù)合鉆頭,具有倒角功能。
1—固定底座;2—X向?qū)к壐保?—進(jìn)給拖板;4—Y向?qū)к壐保?—刀架座;6—倒角刀;7—動力刀桿;8—倒角電動機(jī);9—Y向驅(qū)動電動機(jī);10—X向驅(qū)動電動機(jī)
氣動鉸孔裝置如圖5所示,包括固定座、調(diào)節(jié)螺釘、調(diào)節(jié)支架、支承架、導(dǎo)軌副、進(jìn)給氣缸、刀具安裝座和主軸。固定座安裝于機(jī)床床身上;調(diào)節(jié)支架燕尾配裝于固定座上,由安裝于固定座上的調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)前后位置,調(diào)節(jié)支架上安裝支承架,并通過調(diào)節(jié)支架上的滑槽實現(xiàn)刀具的高度調(diào)節(jié),支承架上安裝有導(dǎo)軌副和進(jìn)給氣缸,刀具座安裝于導(dǎo)軌副上的滑塊上,在進(jìn)給氣缸的驅(qū)動下進(jìn)行直線運(yùn)動;主軸安裝于刀具座上,由安裝于刀具座上的電動機(jī)驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn)。
1—導(dǎo)軌副;2—鉸刀;3—主軸;4—刀具座;5—驅(qū)動電動機(jī);6—進(jìn)給氣缸;7—支承架;8—調(diào)節(jié)支架;9—調(diào)節(jié)螺釘;10—固定座
電氣控制系統(tǒng)包括數(shù)控系統(tǒng)和伺服電動機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)通過程序協(xié)調(diào)控制自動上下料、檢測、裝夾、進(jìn)給鉆孔、伺服倒角等機(jī)械部件的運(yùn)行。根據(jù)實際動作需求共配置了6個伺服進(jìn)給電動機(jī),通過設(shè)置6個伺服驅(qū)動模塊分別控制主軸分度、伺服鉆孔裝置的轉(zhuǎn)動和移動、伺服倒角裝置的刀具轉(zhuǎn)動和位置移動等相對運(yùn)動,控制系統(tǒng)選用廣數(shù)-DA98B系列[5]。該系統(tǒng)配置有多個輸入、輸出點,可實現(xiàn)多軸控制功能,DA98B系列數(shù)控系統(tǒng)外部接線如圖6所示。
圖6 DA98B系列數(shù)控系統(tǒng)接線圖
工件由自動分選檢測機(jī)構(gòu)中的上料箱上料,經(jīng)過檢測機(jī)構(gòu)檢測,輸送到自動上料裝置輸送通道中,由自動上料裝置中的推料機(jī)構(gòu)將工件安裝到主軸上;工件夾緊后伺服鉆孔裝置直線移動,進(jìn)行鉆孔加工;鉆孔完成后鉆頭退回,伺服倒角裝置驅(qū)動倒角刀具伸進(jìn)工件內(nèi)腔中,使倒角刀具對準(zhǔn)徑向通孔的內(nèi)孔口,倒角電動機(jī)驅(qū)動倒角刀具旋轉(zhuǎn)對鉆孔的內(nèi)孔口進(jìn)行倒角加工;倒角完成后,主軸電動機(jī)驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)分度,使工件夾頭帶動工件旋轉(zhuǎn)到指定的加工位置,然后由氣動鉸孔刀具對準(zhǔn)徑向通孔,進(jìn)給氣缸驅(qū)動鉸刀進(jìn)給鉸孔加工。實現(xiàn)了一次裝夾,完成徑向鉆孔、內(nèi)倒角以及鉸孔等多工序。
設(shè)備試制成功后在某企業(yè)進(jìn)行了試生產(chǎn),通過一段時間的生產(chǎn)運(yùn)行后,統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)表明,該鉆孔機(jī)工作穩(wěn)定可靠,加工精度高,產(chǎn)品品質(zhì)較傳統(tǒng)自動化鉆孔機(jī)得到明顯提升。
表1 外圈鉆孔機(jī)數(shù)據(jù)對比
新設(shè)計的高精密全自動軸承外圈徑向鉆孔機(jī),解決了傳統(tǒng)自動鉆孔加工存在孔壁表面質(zhì)量差、內(nèi)邊孔口毛刺多等技術(shù)難題。通過數(shù)控系統(tǒng)程序與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的相互控制,實現(xiàn)了毛坯檢測、上料、分度鉆孔、內(nèi)邊孔口倒角、孔壁鉸孔等工序的自動化生產(chǎn),大幅提高了產(chǎn)品的加工品質(zhì)和加工精度。該設(shè)備還可應(yīng)用于各類圓環(huán)類、套類等機(jī)械零件圓周徑向精密鉆孔加工,其加工最大孔徑可達(dá)16 mm,最大鉆深可達(dá)40 mm,且分度方便,具有一定的推廣價值。