用于加工內鍵槽的數控銑床附件機構設計
2023-8-7 來源：- 作者：潘建新 何文學
摘要：針對普通立式數控銑床不能加工零件內孔軸向鍵槽的問題，設計了用于加工內鍵槽的數控銑床附件機構。 介紹了兩種附件機構的設計方案與工作原理，將所設計的附件機構與現有立式數控銑床相配合，能夠方便地加工出零件內孔軸向鍵槽，并且加工速度快，效率高，質量好。
關鍵詞：數控銑床 內鍵槽 加工 附件機構 設計
１、設計背景
普通立式數控銑床安裝的立式銑刀只能銑削工件外形輪廓、型腔、槽、平面、曲面，對于齒輪、皮帶輪、飛輪等工件的內鍵槽，卻無法銑削，由此限制了立式數控銑床銑削加工的應用范圍。
為了解決上述問題，筆者根據現有立式數控銑床主軸端部的結構，設計了一種用于加工工件內鍵槽的數控銑床附件機構，將只能在豎直方向進刀的立式銑刀改變方向，成為在水平方向也能進刀的立式銑刀，這樣可以加工出工件內鍵槽，滿足工件內鍵槽銑削加工
的需要。
２、方案一
２.１ 結構
方案一為使用直柄立式銑刀的數控銑床附件機構，如圖1所示。 在方案一附件機構中，彈性聯軸器上半部的頂端采用莫氏錐柄結構，工作時與銑床主軸固連。 彈性聯軸器上半部通過彈性體與彈性聯軸器下半部相連。 彈性聯軸器下半部與主動錐齒輪軸通過平鍵連接，并由緊固螺母緊固。 主動錐齒輪軸與主動錐齒輪為整體結構。 彈性聯軸器下半部、主動錐齒輪軸分別通過上軸承、下軸承安裝在上殼體內。 在下殼體內安裝從動軸、左軸承、右軸承、從動錐齒輪、鎖緊螺母。
從動軸左右兩端分別通過左軸承、右軸承安裝在下殼體內，從動錐齒輪固定在從動軸上，從動軸左端內孔安裝直柄立式銑刀。 下殼體左右兩端分別安裝蓋板和封堵螺母。 主動錐齒輪和從動錐齒輪嚙合，上殼體與下殼體通過連接螺栓連接。 上殼體通過連接螺栓與銑床主軸箱的主軸法蘭相連，改變連接孔位，可以改變直柄立式銑刀在水平方向上的軸向方位。 將直柄立式銑刀尾部圓柱面的一邊磨成一偏平面，套裝在從動軸內孔中，并用沉頭螺釘緊定。 方案一外形如圖 ２ 所示。
２．２ 工作原理
方案一附件機構在殼體內安裝有主動錐齒輪軸、主動錐齒輪、從動軸、從動錐齒輪，主動錐齒輪軸通過彈性聯軸器與數控銑床輸出軸連接，主動錐齒輪與從動錐齒輪嚙合，從動軸輸出端連接直柄立式銑刀，數控銑床輸出軸通過兩錐齒輪的嚙合改變方向，銑刀不再是豎直向下進刀，而是旋轉了 ９０°，成為水平橫向進刀，這樣就可以實現工件內鍵槽的銑削加工。 方案一的優點為結構合理，能使立式銑刀水平安裝，當機床豎直向下運動時，與輸出軸相連的附件機構隨之向下運動，這樣就可以在工件孔內加工豎直方向的鍵槽。 方案一的缺點為下殼體體積大，只能在工件較大孔徑中加工鍵槽，若孔徑小于下殼體外形尺寸，則無法進入孔內加工鍵槽。 另外，如果鍵槽尺寸較大，立式銑刀又為錐柄，那么無法將錐柄立式銑刀尾部圓錐面的一邊磨成一偏平面，錐柄立式銑刀無法安裝固定。
３、方案二
３．１ 結構
方案二為使用錐柄立式銑刀的數控銑床附件機構，如圖3所示。 方案二與方案一的不同之處是，將從動軸改為空心軸，從動軸左端做成錐孔，能夠安裝錐柄立式銑刀。 拉緊螺栓從從動軸右端伸入，將錐柄立式銑刀拉緊固定。
３.２ 工作原理
方案二與方案一的工作原理一致，也是在殼體內安裝有主動錐齒輪軸、主動錐齒輪、從動軸、從動錐齒輪，主動錐齒輪軸通過彈性聯軸器與數控銑床輸出軸連接，主動錐齒輪與從動錐齒輪嚙合，從動軸輸出端安裝銑刀。 數控銑床的輸出軸通過兩錐齒輪的嚙合而改變方向，銑刀不再是豎直向下進刀，而是旋轉90°，成為水平橫向進刀，這樣就可以實現工件內鍵槽的銑削加工。 方案二的優點是采用錐柄立式銑刀，能夠銑削大型工件內鍵槽，改變方案一只能采用小型直柄立式銑刀的結構，更方便加工大孔徑工件中的鍵槽。 方案二的缺點是下殼體體積大，只能在工件較大孔徑中加工鍵槽，若工件孔徑小于下殼體外形尺寸，則無法加工鍵槽。
４、傳動設計
在上述用于加工內鍵槽的數控銑床附件機構中，聯軸器的設計比較簡單，可以采用彈性聯軸器方案，也可以采用剛性連接方案。 采用剛性連接方案時，可將聯軸器的一端做成孔，另一端做成軸，將軸伸入孔中，中間用平鍵連接。 聯軸器只受扭力，設計簡單。錐齒輪傳動則相對復雜，主要考慮以下六點：①錐齒輪傳遞的功率大小，以及錐齒輪的轉速范圍；②采用不同輸出軸方式時錐齒的輪受力大小與方向；③錐齒輪輪對的設計壽命；④ 錐齒輪的齒形結構與錐齒輪的材料、熱處理、加工精度；⑤ 錐齒輪的齒數與錐齒輪輪對的傳動比；⑥ 錐齒輪的冷卻潤滑方式。
上述六點確定以后，就可以方便地設計出錐齒輪輪對。對于主動軸與從動軸上的軸承，主要基于各軸的受力情況來選擇合適的尺寸與型號。
５、應用效果
在確定用于工件內鍵槽的數控銑床附件機構方案以后，基于筆者單位現有VM850 立式數控銑床的主軸端部外形結構，按方案一設計了一套用于加工內鍵槽的數控銑床附件機構。
考慮外形尺寸及質量，在設計時不能按VM850 立式數控銑床的全功率負荷來設計附件機構。 考慮密封方便，不能采用潤滑油潤滑，而是采用鋰基潤滑脂潤滑，轉速按1500ｒ／min 來考慮。
按設計圖紙制作出用于加工內鍵槽的數控銑床附件機構，安裝直徑為14mm 的立銑刀后，對內孔直徑為 140mm 的皮帶輪內鍵槽進行加工，效果良好。
來源：
１． 長沙職業技術學院 智能制造工程學院 潘建新
２． 湖南科技職業學院 智能裝備技術學院 何文學
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