普通銑床螺旋槽銑削自動(dòng)化改造
2019-11-13 張鵬飛 李正生 石海林 付浩
（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 332005）
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，螺旋槽銑削已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)向數(shù)控加工，然而單純用普通三軸數(shù)控銑床是無法加工螺旋槽的，必須是要帶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的四軸機(jī)床才可以完成螺旋槽的加工，這種設(shè)備通常只有大型企業(yè)才會(huì)配備，中小微型機(jī)械加工企業(yè)幾乎很少配備，主要原因在于這些設(shè)備價(jià)格昂貴，而我國機(jī)械產(chǎn)品零件三軸加工占有率非常大，四軸機(jī)床成本收回周期較長，中小微型機(jī)械加工企業(yè)幾乎很少會(huì)去投入，基于此，我們站在降低投入成本的角度，針對中小微型機(jī)械加工企業(yè)設(shè)備配置特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研發(fā)了一種“全自動(dòng)螺旋分齒工作臺(tái)”，在普通銑床上也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工螺旋槽。
1 普通銑床傳統(tǒng)加工工藝問題分析
在普通銑床上加工螺旋槽，傳統(tǒng)的方法主要是通過分度頭與銑床縱向工作臺(tái)掛輪，使工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)分度頭旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)螺旋運(yùn)動(dòng)（見圖1），完成螺旋槽的加工，這種方法有些缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
圖1 分度頭掛輪
?。?）掛輪計(jì)算繁瑣，安裝調(diào)整麻煩。此方法首先需要進(jìn)行繁瑣的掛輪計(jì)算，再進(jìn)行掛輪安裝，需要較多的輔助時(shí)間，導(dǎo)程不同的零件，需要重新計(jì)算掛輪，并安裝調(diào)整，效率較低，而且只有較高水平的銑工技術(shù)工人才掌握此項(xiàng)螺旋槽加工技術(shù)，所以螺旋槽的加工費(fèi)用也較高。
優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：螺旋分齒運(yùn)動(dòng)采用電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工螺旋槽，加工螺旋槽導(dǎo)程不同的零件，只需在控制系統(tǒng)中修改X軸直線運(yùn)動(dòng)距離和Y軸旋轉(zhuǎn)角度即可（見圖2），減少了輔助時(shí)間，而且對銑工技術(shù)工人技術(shù)水平?jīng)]有過高要求，操作簡單，一般技術(shù)工人經(jīng)過短期培訓(xùn)就能輕松操作，控制系統(tǒng)采用與機(jī)械部分分離即插即用設(shè)計(jì)，安裝時(shí)，可先將機(jī)械部分安裝在銑床工作臺(tái)上，校正好后，再將電動(dòng)機(jī)連線插頭與控制柜對應(yīng)接口相連，便于裝卸。
圖2 電動(dòng)機(jī)控制柜
?。?）間隙較大、進(jìn)給不流暢，加工尺寸精度及表面質(zhì)量差。由于掛輪之間的間隙及銑床絲桿間隙綜合因素，容易形成積累誤差，導(dǎo)致加工尺寸精度較差，較難確保零件的加工精度。通過掛輪聯(lián)接后，進(jìn)給會(huì)出現(xiàn)不流暢現(xiàn)象，尤其是導(dǎo)程值較小時(shí)，進(jìn)給阻力非常大，造成進(jìn)給不均勻，加工后的表面不平滑，容易出現(xiàn)波浪形振紋，工件表面質(zhì)量較差。
優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用精度較高的滾珠絲桿和高強(qiáng)度直線導(dǎo)軌進(jìn)行傳動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用軸承傳動(dòng)（見圖3），確保進(jìn)給運(yùn)動(dòng)流暢穩(wěn)定和裝置的精度。
圖3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
1.軸承座；2.滾珠絲桿；3.直線導(dǎo)軌
2 改造裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理
本裝置主要由直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩大機(jī)構(gòu)組成，由程序控制兩軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)螺旋運(yùn)動(dòng)（見圖4）。
圖4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
1.銑床工作臺(tái)；2.滾珠絲桿副；3.支撐尾座；4.零件；5.旋轉(zhuǎn)軸主軸；6.旋轉(zhuǎn)軸軸承座；7.主軸電動(dòng)機(jī)安裝架；8.旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；9.絲桿軸承座；10.絲桿電動(dòng)機(jī)安裝架；11.絲桿驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；12.固定底板；13.直線導(dǎo)軌；14.輔助支撐；15.工作臺(tái)面；16.導(dǎo)軌滑塊
直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要由絲桿軸承座9、滾珠絲桿副2、直線導(dǎo)軌13、導(dǎo)軌滑塊16、工作臺(tái)面15、絲桿電動(dòng)機(jī)安裝架10、絲桿驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11、固定底板12及輔助支撐14等部件組成。
旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要由旋轉(zhuǎn)軸軸承座6、旋轉(zhuǎn)軸主軸5、主軸電動(dòng)機(jī)安裝架7、旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)8、支撐尾座3及零件4等部件組成。
工作原理：通過固定底板12將本機(jī)固定在銑床工作臺(tái)17上，再將絲桿驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11和旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)8的插頭，插到電動(dòng)機(jī)控制柜對應(yīng)接口，根據(jù)零件螺旋槽導(dǎo)程，進(jìn)行程序編輯，即可進(jìn)行對刀，開始自動(dòng)加工螺旋槽。
3 切削試驗(yàn)
根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖，我們試制了一個(gè)縮放樣機(jī)（見圖5），進(jìn)行了切削試驗(yàn)，功能實(shí)現(xiàn)效果良好，后期將根據(jù)各類常用銑床型號(hào)規(guī)格，制造出實(shí)物樣機(jī)，進(jìn)行市場推廣。
圖5 縮放樣機(jī)切削試驗(yàn)
4 市場定位
本裝置的市場定位主要面向小微型機(jī)械加工企業(yè)，在國家推行“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的背景下，全國小微型機(jī)械加工企業(yè)越來越多，四軸加工中心能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋槽的高精度加工，但由于這些設(shè)備價(jià)格昂貴，根據(jù)我國機(jī)械產(chǎn)品市場結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這種設(shè)備成本收回周期較長，這些企業(yè)基本上很少會(huì)去投入這些設(shè)備，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，投入成本較低，可解決這一市場空白，具有較廣闊的市場應(yīng)用價(jià)值。
5 結(jié)語
經(jīng)過對螺旋槽加工的現(xiàn)狀分析，站在降低投入成本的角度，針對普通銑床螺旋槽銑削傳統(tǒng)方法問題解析，制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，研發(fā)出一種“全自動(dòng)螺旋分齒工作臺(tái)”自動(dòng)化輔助夾具，通過樣機(jī)試制及切削試驗(yàn)，能夠較好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求，成功實(shí)現(xiàn)了普通銑床螺旋槽銑削自動(dòng)化改造。
來源：《金屬加工（冷加工）》2017年23期
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