深孔鏜床一體化刀具對(duì)缸筒加工效率的影響
2015-8-5 來源：數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)網(wǎng) 作者：無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校秦文偉
摘 要:高效的鏜床加工技術(shù)是研究者關(guān)注的重點(diǎn)問題。 采用刀具和滾珠一體配合設(shè)計(jì),同時(shí)利用輔助液壓系統(tǒng)控制鏜刀伸縮設(shè)計(jì)的一體化刀具,加工時(shí)負(fù)載低緩平穩(wěn),平穩(wěn)時(shí)間區(qū)域較長(zhǎng),大大縮短了加工流程,減小了工件受力時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng),提高了精加工的穩(wěn)定性和可靠性,促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:鏜床;一體化刀具;加工效率
0 引 言
鏜削加工是機(jī)械加工過程中諸多加工方法的一種,它的加工過程就是把工件裝夾在鏜床的工作臺(tái)上或者固定在附近裝置上不動(dòng),讓刀具主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),并且使工作臺(tái)移動(dòng)做進(jìn)給運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)零件的鏜削加工。 對(duì)鏜床加工技術(shù)的研究,現(xiàn)在主要集中在電氣控制和機(jī)床性能改造兩個(gè)方面,其中李金瑩、陳輝通過對(duì)連桿加工前狀況的分析和工序加工后要達(dá)到的各項(xiàng)精度進(jìn)行分析,在保證加工效率和精度的同時(shí),設(shè)計(jì)出臥式高速高精度雙軸連桿鏜床,重點(diǎn)介紹了機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)[1]。 華滿香、凌志學(xué)利用三菱FX2N 系列 PLC 對(duì) T68 鏜床的改造, 采用順序功能流程圖的程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出梯形圖并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,并使編程更趨于規(guī)范化、 標(biāo)準(zhǔn)化[2]。 下企業(yè)實(shí)踐時(shí),企業(yè)利用鏜削加工深孔缸筒類零件是精加工中的重要工序,影響深孔加工質(zhì)量的影響因素主要有機(jī)床精度、操作不當(dāng)和刀輔具問題[3]。 針對(duì)刀輔具問題所引起的加工質(zhì)量問題,企業(yè)采用鏜頭一體化刀具實(shí)現(xiàn)了深孔的高效加工,大大提高了生產(chǎn)效率。
1 一體化鏜床刀具企業(yè)引進(jìn)的刮削滾光深孔鏜床,制造商為意大利塔基公司,設(shè)備型號(hào)為 FTSeries 450B500伊3000 CNC,主要技術(shù)參數(shù):鏜床的中心高為 500 mm、床身回轉(zhuǎn)直徑為 1 000 mm,最大鏜深3 000 mm,主軸的電機(jī)功率為 75 kW,主軸移動(dòng)速度范圍是 10 ~1 000 r/ min,刀具旋轉(zhuǎn)速度是 10 ~1 000 r/ min。 冷卻單元的最大流量為 1 600 lt/ min,鏜頭的電機(jī)功率為 100 kW。 刮削滾光深孔鏜床刀具的主要特點(diǎn)為:一次裝夾 9 把刀具先刮后削實(shí)現(xiàn)一次性鏜削作業(yè),鏜頭體與主軸的結(jié)合面加長(zhǎng)以提高整體剛性,鏜頭后端通過液壓控制刀具的伸張以實(shí)現(xiàn)刀具準(zhǔn)確讓刀,鏜孔直徑的微調(diào)是通過鏜頭前端的調(diào)節(jié)螺栓來實(shí)現(xiàn)的,每把鏜刀前端的導(dǎo)向塊實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀過程的導(dǎo)向。 并且大流量切屑液沖洗錐孔,避免鐵屑影響主軸的精度。
鏜床一體化刀具關(guān)鍵部件的主要功能為螺紋聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)鏜桿和鏜頭的螺紋鏈接,保證鏜桿和鏜頭液壓通孔準(zhǔn)確對(duì)中;彈簧收縮套桿在鏜削結(jié)束使刀具收縮實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讓刀,當(dāng)?shù)毒咄顺鰰r(shí),為避免刀具在工件已加工面上拉出刀痕,設(shè)置液壓裝置通過實(shí)現(xiàn)收縮刀具可以實(shí)現(xiàn)有效讓刀;刮削刀具實(shí)現(xiàn)對(duì)切削螺紋的依次刮削;滾珠實(shí)現(xiàn)切削面的強(qiáng)力滾壓;調(diào)節(jié)內(nèi)六方螺栓通過內(nèi)部錐面實(shí)現(xiàn)切削刀具的微量調(diào)節(jié)。 鏜床一體化刀具鏜削缸筒時(shí)的加工過程,如圖 1 所示。
由圖 1 可看出,使用一體化刀具進(jìn)行鏜削時(shí),鏜削的過程為“先削次刮后滾冶。 當(dāng)鏜桿實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),鏜頭隨著鏜桿在進(jìn)給電機(jī)的帶動(dòng)下沿導(dǎo)軌做直線水平運(yùn)動(dòng),三角切削刀具首先進(jìn)行比較厚的吃刀量,實(shí)現(xiàn)首次切削,扁平圓弧刮削刀具先后實(shí)現(xiàn)對(duì)鋸齒形的牙頂進(jìn)行中度和微度兩次刮削,滾珠在鏜桿公轉(zhuǎn)和自身旋轉(zhuǎn)的受壓情況下實(shí)現(xiàn)缸壁內(nèi)的表面滾光,成型速度比較完好。
圖 1 一體化刀具的鏜削過程
2 鏜削加工效率對(duì)比
以前在加工深孔缸筒時(shí),采用 TKA2140400 伊3000 mm 進(jìn)行鏜削,由于刀具采用分離式刀具,粗鏜與精鏜分離,精鏜時(shí)滾珠不會(huì)自動(dòng)退縮,依靠半環(huán)手動(dòng)調(diào)整前后位置實(shí)現(xiàn)讓刀,鏜床的動(dòng)作循環(huán)為間歇作業(yè)且僅有一把刀具,效率較低。 普通鏜床和刮削滾光深孔鏜床加工深孔缸筒類零件的完整工序如圖 2 和圖3 所示。
由圖 2 和圖 3 可知,相比較于普通鏜床,利用一體化刀具鏜孔時(shí)工序較少,依靠整體式刀具,鏜削深孔時(shí)僅使用一道工序,通過液壓自動(dòng)控制刀具伸張,縮短了更換刀具和半環(huán)的操作時(shí)間,自動(dòng)化程度很高,大大提高了工作效率。
經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,在鏜削 漬400伊2 000 mm 的缸筒時(shí),普通推鏜運(yùn)行時(shí),一般情況下轉(zhuǎn)速(S)為100 r/min,進(jìn)給速度(F) 為 55 mm/ min,一體化刀具鏜削時(shí),主軸轉(zhuǎn)速(S)為 100 r/ min,鏜軸轉(zhuǎn)速(S)為 80 r/min,進(jìn)給速度(F)175 mm/ min。 普通鏜床和一體化刀具鏜削過程總時(shí)間對(duì)比結(jié)果,如表 1 所列。
從表 1 可以看出,從鏜削加工計(jì)算總耗時(shí)可知,一體化刀具鏜削加工效率是普通鏜床加工效率的 3倍左右。 實(shí)際加工情況是,更換鏜頭時(shí)間和安裝刀具時(shí)間往往出現(xiàn)在批量生產(chǎn)加工之前,單件加工時(shí)不會(huì)重復(fù)操作,批量生產(chǎn)時(shí)間愈長(zhǎng),更換鏜頭時(shí)間和安裝刀具時(shí)間對(duì)加工效率的影響越小,實(shí)際的加工時(shí)間為技術(shù)加工時(shí)間和測(cè)量調(diào)整時(shí)間之和,此時(shí),一體化刀具鏜削實(shí)際加工加工效率是普通鏜床加工效率的 6倍左右。
3 鏜削加工負(fù)載對(duì)比
采用一體化刀具的刮削滾光深孔鏜床,它的滾光刮削機(jī)鏜刀、滾珠進(jìn)入和退出缸筒的時(shí)間為連續(xù)作業(yè),而普通鏜床則采用分離式刀具,鏜刀、滾珠進(jìn)入和退出缸筒的時(shí)間為間歇式操作,造成鏜削加工過程中兩種負(fù)載的差別較大。 刮削鏜床加工和普通鏜床加工負(fù)載是隨時(shí)間的變化而變化的,變化曲線如圖 4。
圖 4 負(fù)載變化曲線圖
由圖 4 可知,由于刮削鏜床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量比較大,和普通鏜削相比,加工工件的時(shí)間較短,同時(shí),采用一體化刀具使車床系統(tǒng)的負(fù)載較低,平穩(wěn)時(shí)段主要集中在中間,約占整個(gè)加工時(shí)間的 80%。
4 鏜床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬分析
目前利用計(jì)算機(jī)對(duì)刀具進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的研究很少,數(shù)值模擬理論分析主要集中于鏜桿、軸承、中心架和底座的流場(chǎng)與動(dòng)態(tài)特性研究。 其中邵俊鵬通過計(jì)算流體力學(xué)有限體積的方法對(duì)重型臥式鏜床靜壓中心架流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真,得到了靜壓支承的油腔壓力在整個(gè)油腔面積上是均勻分布的,并且油腔的面積占到總有效面積的2/3 以上[4]。 所以,支承件和被支承件的局部壓力都不會(huì)承受的較大,這有助于提高支承的耐用性。 王洪玉對(duì)精鏜床結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,通過模態(tài)分析得到模型的基頻呈現(xiàn)出非線性增大的變化趨勢(shì),而且是隨著鏜桿軸套外圓直徑的增大出現(xiàn)的;鏜桿受力時(shí),它的模態(tài)分布是呈一定規(guī)律的[5]。 因此借鑒鏜床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析結(jié)果,得到了鏜床主要構(gòu)件的各種模態(tài)參數(shù),為鏜削加工時(shí)鏜床的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及一體化鏜削刀具優(yōu)良的加工效率提供了理論依據(jù)。
5 結(jié) 語
鏜床采用一體式刀具進(jìn)行鏜削,刀具功能較多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,結(jié)合操作系統(tǒng)參數(shù)化智能操作,減少了退刀、換刀、測(cè)量時(shí)間,大大縮短了加工流程,同時(shí)鏜削時(shí)負(fù)載低緩平穩(wěn),減小了工件受力時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng),當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到了 175 ~ 250 r/ min 時(shí),所加工孔的光潔度達(dá)到了 Ra0. 8,圓度達(dá)到了 0. 02 滋m,提高了精加工的穩(wěn)定性和可靠性,促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量。
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