介紹了在標(biāo)準(zhǔn)臥式車(chē)床基礎(chǔ)上僅增加銑鉆動(dòng)力頭的局限性，將臥式車(chē)床改造成車(chē)銑鉆復(fù)合加工專(zhuān)機(jī)，增加分度裝置和銑削鉆削裝置，改造機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，并介紹其加工方案。

1.序言

各種機(jī)械加工零件中，有一類(lèi)工件（見(jiàn)圖1）外形尺寸較大，質(zhì)量較重，在外圓和端面上均布銑削和鉆削的加工要素，例如，2×660MW超臨界燃煤空冷機(jī)組的空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子中心筒，直徑約1500mm，長(zhǎng)度約5000mm，工件質(zhì)量約20t，不僅需要車(chē)削加工外圓和端面，還要加工外圓和端面上均布的鍵槽和通孔。目前加工此類(lèi)工件比較經(jīng)濟(jì)的方法是先在臥式車(chē)床上車(chē)削外圓及端面，然后人工劃線，再二次裝夾，由專(zhuān)用銑床和鉆床加工鍵槽和通孔，精度差，效率低。重型數(shù)控車(chē)削中心加工精度和效率高，但使用成本很高，所以需要一個(gè)既能提高精度和加工效率，又能實(shí)現(xiàn)使用成本較低的加工方案。

圖1　工件示意

2.臥式車(chē)床的結(jié)構(gòu)及局限性

臥式車(chē)床車(chē)削加工時(shí)，主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸箱為工件提供切削時(shí)所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，掛輪系統(tǒng)聯(lián)接主軸箱和進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)源來(lái)自于與主軸箱傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)相聯(lián)的光杠及絲杠，使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)速直接關(guān)聯(lián)，以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量表示出來(lái)。

在臥式車(chē)床上僅增加一套銑鉆動(dòng)力頭，只能夠完成單一位置通孔的鉆削加工，原因如下：首先，臥式車(chē)床無(wú)法進(jìn)行分度，加工第一個(gè)通孔后，無(wú)法定位后續(xù)孔的位置，無(wú)法完成后續(xù)孔的加工；其次，銑鉆動(dòng)力頭的進(jìn)給依靠機(jī)床床鞍和小滑板的進(jìn)給，臥式車(chē)床床鞍進(jìn)給的動(dòng)力來(lái)源于主電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)主軸，主軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)掛輪系統(tǒng)、進(jìn)給箱、光杠和溜板箱帶動(dòng)床鞍進(jìn)給，而銑削鍵槽時(shí)，主軸不允許旋轉(zhuǎn)，造成床鞍不能進(jìn)給，鍵槽無(wú)法加工。綜上所述，在臥式車(chē)床上僅增加一套銑削動(dòng)力頭是不能完成銑削和鉆削加工的。

3.臥式車(chē)床改造成車(chē)銑鉆復(fù)合加工專(zhuān)機(jī)

3.1 總體布局

臥式車(chē)床改造成車(chē)銑鉆復(fù)合加工專(zhuān)機(jī)的總體布局如圖2、圖3所示。其中加工外圓圓周上均布的鍵槽和通孔時(shí)參照?qǐng)D2進(jìn)行，加工端面上通孔時(shí)參照?qǐng)D3進(jìn)行。

圖2 總體布局1示意

1—進(jìn)給箱　2—掛輪　3—主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置　4—主軸箱　5—銑鉆動(dòng)力頭　6—卡盤(pán)　 7—工件　8—尾座　9—伺服電動(dòng)機(jī)　10—小滑板　11—溜板箱　12—光杠

圖3 總體布局2示意

1—進(jìn)給箱　2—掛輪　3—主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置　4—主軸箱　5—卡盤(pán)　6—工件　 7—銑鉆動(dòng)力頭　8—尾座　9—伺服電動(dòng)機(jī)　10—小滑板　11—溜板箱　12—工件托架　13—光杠

圖2中，件1是進(jìn)給箱，銑鉆加工時(shí)進(jìn)給箱處于空擋脫開(kāi)狀態(tài)；件2是掛輪，聯(lián)接主軸箱與走刀箱；件3是主軸分度裝置和液壓鎖緊裝置，對(duì)工件進(jìn)行手動(dòng)分度和液壓鎖緊；件4是主軸箱，內(nèi)部安裝有主軸，為工件加工提供所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；件5是銑鉆動(dòng)力頭，可安裝不同刀具，并為銑鉆加工提供切削力；件6是卡盤(pán)，用于裝夾工件；件8是尾座，用于支撐工件；件9是伺服電動(dòng)機(jī)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)與光杠聯(lián)接，可在主軸不旋轉(zhuǎn)的情況下，帶動(dòng)光杠和溜板箱提供進(jìn)給動(dòng)力；件10是小滑板，小滑板上加工有 圓形T形槽，銑鉆動(dòng)力頭可以沿圓形T形槽整體旋轉(zhuǎn) 90°并鎖緊，完成外圓和端面加工要素的加工；件11是溜板箱，可以控制進(jìn)給方向；件12是光杠，將進(jìn)給力傳遞至進(jìn)給系統(tǒng)。

圖3中，件12為工件托架，可對(duì)工件進(jìn)行支撐，與工件接觸為滾輪式結(jié)構(gòu)。加工端面上的通孔時(shí)，銑鉆動(dòng)力頭可沿小滑板的圓形T形槽旋轉(zhuǎn)90°并鎖緊。

3.2 改造內(nèi)容

改造的內(nèi)容主要分為4部分，分別為增加分度和鎖緊裝置、伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給裝置、銑鉆動(dòng)力頭以及電氣控制的改造。

（1）增加分度、鎖緊裝置[1]如圖4所示，工件所需分度的度數(shù)與主軸定位用的齒輪的齒數(shù)相關(guān)聯(lián)，例如12或24等分，齒輪齒數(shù)便為12的整數(shù)倍，通過(guò)螺釘固定在主軸鎖緊用的剎車(chē)盤(pán)上，剎車(chē)盤(pán)通過(guò)脹套固定在主軸上。主軸定位用的齒條在導(dǎo)向柱上移動(dòng)，齒條通過(guò)螺釘控制與齒輪嚙合或分開(kāi)，并通過(guò)螺釘固定在底座上，底座通過(guò)螺釘固定在床頭箱上。主軸鎖緊用的剎車(chē)片通過(guò)螺釘固定在液壓缸上，液壓缸通過(guò)活塞實(shí)現(xiàn)剎車(chē)片的夾緊與松開(kāi)。

圖4 分度、鎖緊裝置

1—導(dǎo)向柱　2—齒條　3—主軸　4—齒輪　5—?jiǎng)x車(chē)盤(pán)　6—脹套　 7—活塞　8—?jiǎng)x車(chē)片　 9—液壓缸　10、12、14—螺釘　 11—床頭箱　13—底座

（2）伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給裝置改造（見(jiàn)圖5）在床身后端增加伺服電動(dòng)機(jī)，通過(guò)支架固定在床身 上。小齒輪通過(guò)脹套與伺服電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，大齒輪通過(guò)銷(xiāo)子與光杠聯(lián)接，通過(guò)小齒輪與大齒輪嚙合或脫開(kāi)來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)與光杠的聯(lián)接與斷開(kāi)[2]。

圖5 伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)給裝置改造

1—大齒輪　2—小齒輪　3—床身　4—光杠　5—銷(xiāo)子 6—支架　7—伺服電動(dòng)機(jī)

（3）銑鉆動(dòng)力頭改造（見(jiàn)圖6）床鞍5沿床身進(jìn)行Z向進(jìn)給，小滑板1沿床鞍5進(jìn)行X向進(jìn)給，銑鉆動(dòng)力頭通過(guò)加高墊安裝在小滑板1上，通過(guò)小滑板1上的圓形T形槽及螺釘鎖緊。銑鉆動(dòng)力頭和加高墊可在小滑板1上的圓形T形槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°。

圖6 銑鉆動(dòng)力頭改造

1—小滑板　2—加高墊　3—銑鉆動(dòng)力頭　 4—工件　5—床鞍　6—床身

（4）電氣控制的改造增加可編程控制器、觸摸屏及伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器[3]。通過(guò)觸摸屏控制可編程控制器輸出脈沖信號(hào)，其中，單位時(shí)間內(nèi)輸出脈沖信號(hào)的數(shù)量決定進(jìn)給速度，總輸出脈沖信號(hào)的數(shù)量決定進(jìn)給長(zhǎng)度，脈沖信號(hào)的正負(fù)值決定進(jìn)給方向。

操作面板按鍵布局如圖7所示。按鍵功能簡(jiǎn)介如下。加工行程：設(shè)定工件加工的長(zhǎng)度及方向，例：輸入數(shù)值“-100”代表工件向負(fù)方向加工100mm。軸位置：反饋當(dāng)前的位置。軸速度：設(shè)定進(jìn)給的速度，例如輸入數(shù)值“100”代表以每分鐘100mm的速度進(jìn)給。位置復(fù)位：清空軸位置顯示的 數(shù)據(jù)并恢復(fù)為零。速度加/減：對(duì)進(jìn)給速度的加減進(jìn)行微調(diào)。X軸選擇：X向進(jìn)給時(shí)選定該按鍵。Z軸選擇：Z向進(jìn)給時(shí)選定該按鍵。

圖7 操作面板按鍵布局

改造后，聯(lián)接伺服電動(dòng)機(jī)的齒輪以及聯(lián)接光杠的齒輪之間脫開(kāi)，進(jìn)行車(chē)削加工，車(chē)削工序加工完成后，拆下車(chē)削用刀架，安裝銑鉆動(dòng)力頭，脫開(kāi)進(jìn)給箱與光杠的聯(lián)接后，聯(lián)接伺服電動(dòng)機(jī)與光杠，進(jìn)行銑削加工。例如，一個(gè)工件需要車(chē)削外圓并在外圓上等分加工12個(gè)鍵槽或通孔，分度齒輪的齒數(shù)為72。加工步驟如下：將分度鎖緊裝置中的小齒條與分度齒輪嚙合，記錄好嚙合的第一個(gè)齒，并通過(guò)液壓鎖緊裝置鎖緊主軸，銑鉆動(dòng)力頭加工第一個(gè)鍵槽；加工完成后，脫開(kāi)小齒條與分度齒輪，松開(kāi)液壓鎖緊裝置，數(shù)6個(gè)齒后再次嚙合，采用液壓鎖緊裝置鎖緊，加工第2個(gè)鍵槽，依此類(lèi)推。

4.結(jié)束語(yǔ)

本裝置經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，可以加工出合格的工件，穩(wěn)定性好，很好地解決了臥式車(chē)床無(wú)法分度銑鉆加工的問(wèn)題。不僅改造價(jià)格低，難度小，效率和精度高，而且為此類(lèi)工件的機(jī)械加工開(kāi)辟了新思路。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王先逵. 機(jī)械加工工藝手冊(cè)第2卷[M]. 2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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

本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2022年第5期第84~86頁(yè)，作者：山東普利森集團(tuán)有限公司　張鵬，王振宇，盧傳杰，劉林強(qiáng).

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