小孔距箱体零件精镗孔组合机床的设计

　　摘要　介绍了孔距小、孔径大、多孔的箱体零件在采用固定双导向镗孔加工中，利用液压滑台拖动工件(夹具)让刀的工艺设计方案。重点探讨了该方案在非加工和加工状态下，对镗孔精度的影响及解决方法。
　　关键词：组合机床　镗孔　小孔距　工件(夹具)让刀

1　引言

　　在组合机床精镗孔加工工艺中，一般均采用固定双导向加工工艺，同时，为了使镗刀杆退出工件以便装卸工件，均在后导向中开设让刀槽。笔者在负责如图1所示的箱体零件的精镗孔加工组合机床设计中，因工件结构的特殊性，难于直接采用此工艺方案。经过误差分析，采用了工件(夹具)让刀的工艺方案。

图1

　　本文基于固定双导向镗孔加工工艺的设计思想，介绍了一种利用液压滑台的移动性及滑台经辅助加工增加柱塞缸后可实现锁紧的功能，在导向套中不采用让刀结构的情况下，实现工件退出镗刀杆进行装卸，从而保证单向三孔同时镗削。

2　总体方案及误差分析与控制

2.1　总体方案
2.1.1　工艺方案
　　图1为工件示意图。材料：HT200，HB175～255。如前所述，因三孔的尺寸精度、位置精度、同轴度要求高，我们采用了固定双导向、单向镗孔加工工艺方案。切削参数：v＝80m/min,f=0.15mm/r,t=0.25mm。
2.1.2　总体方案
　　在机床总体布局时，若采用单向三孔同时加工，由于三孔间距小，固定导向中轴承直径的选择受到限制，镗刀刀尖位置已超过后导向中轴承内径，因而无法在导套中开设让刀槽，镗刀杆不能退出工件。若采用双向镗孔布局又难于保证三孔的位置精度要求，且占地面积大。
　　为了达到镗刀杆退出工件的目的，我们把前导向和夹具(工件)安装于一液控输送滑台上，由液控输送滑台拖动，沿镗刀杆轴线方向移动，使工件与镗刀杆脱离。同时，对输送滑台的压板进行补充加工，增加了柱塞缸，保证镗孔加工时，滑台被锁紧于滑台座上，处于刚性状态。设计时，柱塞缸锁紧力总和必须大于加工时的总切削力。机床总体布局如图2。

图2

　　机床工作循环如下：
　　上料——工件夹紧——输送滑台工进——夹具下降锁紧——输送滑台锁紧——主轴启动——进给滑台工进——主轴停止、周向定位——夹具抬升——进给滑台快退——输送滑台锁紧松开——输送滑台快退——工件松开——下料。
2.2　误差分析与控制
2.2.1　输送滑台重复定位引起的误差
　　影响镗孔精度的因素很多，本文仅讨论前导向、夹具安装于滑台上，以滑台的移动，实现装卸工位和加工工位的转换对加工精度的影响。
　　设镗刀杆轴线方向为X轴，轴线垂直面内的水平方向为Y轴，轴线垂直面内的垂直方向为Z轴。输送滑台每一次由装卸工位移至加工工位，靠死挡铁定位，在X向产生的误差不超过±0.01mm。该误差使Y向、Z向的误差在每一次定位产生不同值，而Y向、Z向误差对孔加工所造成的误差为正比复影关系，因而，必须加以控制。
　　由液压滑台精度标准可知，滑台移动在水平面内和垂直面内的直线度均不超过0.012mm(普通级，行程小于250mm)。如果该二项误差完全复影于镗孔加工中，就会造成0.034mm的孔径尺寸误差，使镗孔加工精度难于保证。由于该二项误差是存在于已加工完成的导轨之中，所以，我们在调定滑台死挡位置时，采用千分表将其调定于Y向、Z向误差值为零(或极小值)处，从而消除了输送滑台因加工位置不断重复定位产生的误差。
2.2.2　夹具、前导向的安装误差
　　装配调整时，输送滑台处于靠死挡铁定位、柱塞缸将滑台锁紧于滑座上，消除了导轨运动间隙的状态之下。在此状态下调整的夹具、前导向的安装误差对加工精度的影响，同安装于刚性底座上相一致，此处不作分析。
2.2.3　切削力作用下的误差
　　在镗孔加工中，作用于镗刀上的切削力，可分解为沿X、Y、Z三向的分力，即F_x、F_y、F_z。F_x轴向力由镗削进给产生，作用于滑台长度方向；F_y径向力作用于孔的径向，镗削中不做功，对工件有压迫作用。以上二力在精加工过程中，数值较小，此处忽略不计。F_z为主切削力，作用于孔的圆周方向，产生使“工件—夹具—滑台”系统反复沿镗刀杆圆周切向方向向外倾向的趋势。这种趋势对加工精度造成的影响，现分析如下。
　　加工过程中，滑台被柱塞缸消除了导轨处的运动间隙、锁紧于滑座体上，使滑台与滑台体构成刚性连接，从而形成“工件—夹具—滑台”刚性体。镗孔加工中，切削力对加工精度的影响，我们认为是由于在主切削力F_z的作用下，“工件—夹具—滑台”这一刚性体产生了弹性变形造成的。
　　根据切削参数可求得三孔同时镗削时的主切削力F_z约220N。如图3所示，当F_z作用于孔的顶点水平面内时，刚性体弹性变形量最大。由材料力学知，这一弹性变形量为：
　　　Y＝FL³／（3EJ）
该值由工件、夹具、滑台三部分弹性变形量组成。即
　　　　Y＝Y_工件＋Y_夹具＋Y_滑台
代入数值计算得：Y＜1×10^－4mm
　　这一变形量对加工精度的影响，完全可以不予考虑。因此，设计中只要充分考虑了夹具、滑台的刚性，即可获得满意的加工精度。这一分析结果与机床实际加工情况相吻合。

图3

3　结论

　　在精镗孔加工中，受工件结构限制，在固定导向的导向套中，无法开设让刀槽的情况下，采用刚性大并增加导轨锁紧装置的输送滑台，拖动工件(夹具)、前导向退出镗刀杆实现让刀，是完全可行的。并在满足加工精度的情况下，简化了机床结构。