【技術(shù)淺析】數(shù)控螺旋槽銑床設(shè)計(jì)
2021-1-18 來源：1.中航航空高科技股份有限公司等 作者：趙 霞、趙玉鳳
摘 要: 針對現(xiàn)在從事數(shù)控螺旋槽銑床生產(chǎn)的廠商很少，現(xiàn)有的機(jī)床剛性差、噪音大、加工效率低下、故障率高等問題，設(shè)計(jì)一種數(shù)控螺旋槽銑床，主要從床身結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)部分、進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分闡述，通過相關(guān)參數(shù)計(jì)算選擇合適的切削參數(shù)，經(jīng)過測試，符合生產(chǎn)要求，設(shè)備使用效果良好。
關(guān)鍵詞: 數(shù)控; 螺旋槽銑床; 傳動(dòng)
一、目的和意義
受近幾年國家經(jīng)濟(jì)大環(huán)境及普通機(jī)床行業(yè)發(fā)展趨勢下行的影響，我公司的生存面臨著越來越嚴(yán)峻的考驗(yàn)。機(jī)床行業(yè)現(xiàn)在為了降低人工成本，提高加工效率，都在向數(shù)控化、智能化深化結(jié)構(gòu)調(diào)整，并且發(fā)展態(tài)勢迅猛，從而使得普通機(jī)床的銷售量下滑; 我公司原有產(chǎn)品市場占有率，又受南通地區(qū)越來越多機(jī)床制造廠家的大力沖擊，機(jī)床的價(jià)格大幅降低，導(dǎo)致通機(jī)產(chǎn)品普通立臥銑床市場占有率越來越少。
為使我公司盡快實(shí)現(xiàn)減虧、止虧并進(jìn)入良好的發(fā)展，必須開發(fā)適應(yīng)現(xiàn)有市場需求的、有競爭優(yōu)勢性價(jià)比的數(shù)控類產(chǎn)品已迫在眉睫。
銷售業(yè)務(wù)人員通過對市場需求的分析及調(diào)研，結(jié)合我公司生產(chǎn)設(shè)備和人員的情況，提出開發(fā)生產(chǎn)數(shù)控螺旋槽銑床。該機(jī)床是專業(yè)加工工業(yè)用沖擊鉆頭對稱螺旋槽的專用機(jī)床，市場用量大，僅浙江一家用戶就需 200 臺該類型機(jī)床，年產(chǎn)沖擊鉆頭 8 千萬支。
目前，從事數(shù)控螺旋槽銑床生產(chǎn)的廠商很少，僅在浙江溫州地區(qū)，機(jī)床售價(jià)很便宜，但存在機(jī)床剛性差、噪音大、加工效率低下、故障率高等問題，用戶急需進(jìn)行升級換代。
我司多年來主要從事銑削加工行業(yè)，技術(shù)底蘊(yùn)深厚，機(jī)加設(shè)備和人員都有相當(dāng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，充分利用現(xiàn)有設(shè)備和人員，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控螺旋槽銑床專業(yè)化生產(chǎn)，優(yōu)化機(jī)床專業(yè)設(shè)計(jì)，改善及提高機(jī)床性能，進(jìn)一步達(dá)到用戶使用要求，并逐步實(shí)現(xiàn)自我產(chǎn)品數(shù)控轉(zhuǎn)型升級，保持南通機(jī)床品牌優(yōu)勢，保證企業(yè)良性循環(huán)、科技進(jìn)步，以適應(yīng)愈加激烈的市場競爭。
二、主要研究、試驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵
數(shù)控螺旋槽銑床的刀架與工件主軸間有形成螺旋槽所必需的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系。數(shù)控螺旋槽銑床適于用盤形銑刀加工標(biāo)準(zhǔn)螺距和增大螺距的絲杠和多頭蝸桿，數(shù)控螺旋槽銑床的布局與普通車床類似，工件支承作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀架安放在溜板上，刀架作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，同時(shí)刀架與溜板一起作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控螺旋槽銑床適于用盤形銑刀加工短外螺旋槽，用于成批大量生產(chǎn)。數(shù)控螺旋槽銑床要配備專門型式的刀具。
( 一) 主要基礎(chǔ)部分
床身結(jié)構(gòu): 床身材料采用 HT200 整體鑄件，它的剛性、穩(wěn)定性比焊接框架結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)越性。床身底部裝有可調(diào)節(jié)螺栓及墊塊，方便調(diào)節(jié)床身水平。同時(shí)將氣動(dòng)三元件、潤滑泵、下料窗口、排屑窗口均整體鑄在床身上，減少震動(dòng)源。增加了潤滑機(jī)構(gòu)，提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。
( 二) 傳動(dòng)部分
電機(jī)與動(dòng)力頭同時(shí)裝在升降滑板上，采用多楔帶傳動(dòng)，①采用多楔帶傳動(dòng)比普通 V 帶的傳動(dòng)功率的高 30%，同時(shí)不多占空間。②在傳遞功率相同的情況下，采用多楔帶傳動(dòng)所占空間比普通 V 帶小 25%，結(jié)構(gòu)更緊湊。③采用多楔帶傳動(dòng)，也可用于基準(zhǔn)直徑小的帶輪的傳動(dòng)，帶速可達(dá) 40m/s，振動(dòng)小，發(fā)熱少，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。④采用多楔帶傳動(dòng)，材料具有耐熱、耐油、耐磨，使用伸長小、壽命長等特點(diǎn)。
( 三) 進(jìn)給系統(tǒng)
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由氣動(dòng)卡盤夾緊鉆桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)采用 BT40 動(dòng)力頭，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到 3000r/min，根據(jù)不同的導(dǎo)程要求，設(shè)置合適的旋轉(zhuǎn)速度和進(jìn)給速度完成加工，工作過程中運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，刀具裝卸采用拉桿夾緊。
( 四) 數(shù)控系統(tǒng)
系統(tǒng)配置: 目前最好的國產(chǎn)系統(tǒng)——廣州數(shù)控，三軸全部配置伺服電機(jī)，提高機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止加工尺寸出現(xiàn)誤差，同時(shí)該系統(tǒng)廠家售后服務(wù)也是全國一流的。
( 五) 配置防護(hù)罩
定位機(jī)構(gòu)位置增加防護(hù)罩，防止鐵屑飛濺，同時(shí)可起到隔音效果。
( 六) 加工路徑
刀具原來的加工軌跡如圖 1 所示，工件快速退刀轉(zhuǎn)角度，刀具退刀，工件進(jìn)刀，改進(jìn)后的加工軌跡如圖 2 所示，減少了工件退回再進(jìn)刀的工作路徑，縮短了加工時(shí)間，提高加工效率。
圖 1 原來的加工軌跡
圖 2 改進(jìn)后的加工軌跡
三、主要技術(shù)指標(biāo)
( 一) 主運(yùn)動(dòng)
( 1) 刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng): BT40 切削動(dòng)力頭;
( 2) 電機(jī)功率: 3KW 三相異步電動(dòng)機(jī);
( 3) 三面刃銑刀: 齒數(shù) 4∽6—直徑 Φ80mm。
( 二) 主軸升降運(yùn)動(dòng)
( 1) 升降電機(jī): 6N·M 伺服電機(jī)( 帶抱閘) ;
( 2) 升降絲桿直徑: Φ25mm;
( 3) 升降絲桿螺距: 5mm;
( 4) 軸承: 角接觸球軸承 7204CP4;
( 5) 行程: 100mm。
( 三) 工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
( 1) 彈簧夾頭: 工件直徑可以在 Φ5—Φ20 之間;
( 2) 旋轉(zhuǎn)電機(jī): 6N·M 伺服電機(jī);
( 3) 工件夾緊方式: 氣壓夾緊，壓力控制在 5MP 之內(nèi)。
( 四) 工件切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)
( 1) 彈簧夾頭: 工件直徑可以在 Φ5—Φ20 之間;
( 2) 進(jìn)給電機(jī): 6N·M 伺服電機(jī);
( 3) 縱向進(jìn)給絲桿直徑: Φ30mm;
( 4) 縱向進(jìn)給絲桿螺距: 5mm;
( 5) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副: JSA-LG30K;
( 6) 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副快移速度: 12m/min;
( 7) 軸承: 角接觸球軸承 7005CP4。
四、擬采用的標(biāo)準(zhǔn)
( 1) GB 5226．1-2008 機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備 第 1部分: 通用技術(shù)條件;
( 2) GB/T 21948．1-2008 數(shù)控升降臺銑床檢驗(yàn)條件精度檢驗(yàn)第 1 部分: 臥式銑床。
五、工藝設(shè)計(jì)
( 1) 根據(jù)產(chǎn)品試制圖紙，對產(chǎn)品零件進(jìn)行工藝性分析，盡可能使零件用料和毛坯件的加工制造經(jīng)濟(jì)合理，對零件的加工、裝配等工藝的可行性進(jìn)行分析，選擇合理的加工制造方法，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和目標(biāo)成本要求;
( 2) 根據(jù)公司現(xiàn)有的加工條件及設(shè)備，確定產(chǎn)品的試制工藝方案。按照公司現(xiàn)有設(shè)備的加工能力和精度，大件的精加工安排在大件車間，采用通用可調(diào)工裝對工件進(jìn)行裝夾;
( 3) 編制主關(guān)大件床身和其他零件的試制加工工藝、工藝過程卡片以及必備的工藝裝備。
六、產(chǎn)品圖樣、設(shè)計(jì)文件驗(yàn)證情況
數(shù)控螺旋槽銑床裝配圖如圖 3 所示，經(jīng)過樣機(jī)試制，證明圖樣及設(shè)計(jì)文件基本正確，能指導(dǎo)生產(chǎn)，在試制過程中對部分零部件的結(jié)構(gòu)和要求及時(shí)地進(jìn)行了改進(jìn)，樣機(jī)試制后對全套圖樣進(jìn)行了整改。經(jīng)試制及用戶考核，沒有發(fā)現(xiàn)原則性的問題。
圖 3 數(shù)控螺旋槽銑床裝配圖
七、總結(jié)
整機(jī)裝配質(zhì)量和幾何精度均符合 GB5226．1-2008 機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分: 通用技術(shù)條件和GB/T21948．1-2008 數(shù)控升降臺銑床檢驗(yàn)條件精度檢驗(yàn)第 1 部分:臥式銑床的要求。根據(jù)不同的切削參數(shù)選擇，加工時(shí)間和噪聲分貝分別如下表所示。
切削參數(shù)選擇表
經(jīng)過多次試驗(yàn)，現(xiàn)將切削參數(shù)規(guī)定為: 轉(zhuǎn)速 1700r/min，進(jìn)給速度8000m/min，在客戶現(xiàn)場用最新的刀具連續(xù)切削直至工件加工面光潔度出現(xiàn)稍微沾刀現(xiàn)象，才將設(shè)備停下來，計(jì)時(shí) 4 小時(shí)一共加工了 730 個(gè)工件，在運(yùn)行過程中機(jī)床未出現(xiàn)任何故障，噪聲分貝達(dá)到協(xié)議要求，零件表面光潔度和尺寸穩(wěn)定性也均達(dá)到客戶要求。綜上所述，設(shè)計(jì)出的銑床開發(fā)設(shè)計(jì)符合客戶要求認(rèn)定開發(fā)成功，設(shè)備使用效果良好。
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