數(shù)控深孔鉆鏜床進給機構(gòu)的設(shè)計

展海瑜

(天水星火機床有限責(zé)任公司，甘肅天水 741024)

深孔是指有大的深徑比的孔。深孔鉆削是鉆削孔深超過10倍孔徑的孔時優(yōu)先采用的方法。在鉆削時能使切屑碎裂，并排除出去，而不堵塞和影響鉆削的表面質(zhì)量，這樣甚至可以切削孔深大于100倍直徑的孔。

1 深孔加工的方法

切削加工過程中，根據(jù)工件不同精度要求，選擇不同的機加設(shè)備。如圖1所示，采用不同的加工方式，對孔的直線度有特別明顯的影響。最佳直線度是由相對旋轉(zhuǎn)得到的，即鉆頭和工件以相反的方向進行旋轉(zhuǎn);較好的直線度是由工件旋轉(zhuǎn)而得到的;單獨的刀具旋轉(zhuǎn)將使直線度變差。通常，當(dāng)選用專用深孔鉆鏜床進行鉆削較小孔時，選用鉆頭和工件相對旋轉(zhuǎn)來加工;當(dāng)進行鏜削擴孔時，選用工件旋轉(zhuǎn)，鉆頭不旋轉(zhuǎn)的方式;單獨的刀具旋轉(zhuǎn)在深孔加工生產(chǎn)過程中使用較少。

無論采用何種方式及設(shè)備加工深孔，鉆頭及鉆桿的進給傳動系統(tǒng)是必不可少的，其傳動系統(tǒng)的精度對深孔的加工質(zhì)量及刀具的合理使用都至關(guān)重要。在深孔加工設(shè)備中，各種刀桿及刀具占有相當(dāng)大的投資成本。一臺深孔鉆鏜機床在它的生命期限內(nèi)所用之刀具的資金成本遠遠大于設(shè)備本身的價格;加之在加工過程中刀桿、刀具又是易損之件，于是合理地保護深孔加工的刀具，盡可能地延長刀具使用壽命成了各種深孔加工機床設(shè)計研發(fā)時對進給傳動系統(tǒng)考慮的除精度之外的又一新的著眼點。本文中設(shè)計的進給傳動機構(gòu)，如圖2所示，專門用于在數(shù)控深孔鉆鏜床上加工最大長度規(guī)格為2 m，最大孔徑為200 mm的深孔。

2 進給傳動機構(gòu)的工作原理

首先根據(jù)工件加工過程進行受力分析，當(dāng)拖板上固定的鉆桿箱帶動鉆桿向前進行切削時，刀具的進給力F由伺服電動機通過扭矩限制器、減速機、滾珠絲杠傳給了拖板。相應(yīng)的滾珠絲杠受到一個與進給力方向相反的作用力，于是絲杠右端成為了主受力端。如B放大圖所示，選用2個較大規(guī)格的端面止推軸承14和向心球軸承15組合來支承滾珠絲杠，而左端為輔助受力端，選用端面止推軸承12和向心球軸承13的組合形式來支承絲杠，且左端為絲杠的游動端。當(dāng)絲杠右端的鎖緊螺母16螺緊后，再調(diào)整左端絲杠端頭的鎖緊螺母11，就可以使絲杠實現(xiàn)預(yù)拉伸［1］。由于滾珠絲杠在工作時難免要發(fā)熱，其溫度將高于床身。絲杠的熱膨脹將使導(dǎo)程加大，影響定位精度。為了補償熱膨脹，必須將絲杠預(yù)拉伸。這樣的支承組合既滿足滾珠絲杠的受力需要，又保證了絲杠的旋轉(zhuǎn)精度。拖板與螺母座的聯(lián)結(jié)靠楔形塊定位，螺釘緊固聯(lián)結(jié)，定位可靠、可調(diào)整性強，適用于較大工作負(fù)載傳動。

在傳動圖中，伺服電動機與減速機之間專門設(shè)有進口德國的扭矩限制器，其功用為:(1)當(dāng)機床在加工過程中出現(xiàn)過載，如工件中出現(xiàn)個別硬點或切屑堵塞致使排屑不暢等，導(dǎo)致刀具瞬時力矩加大，扭矩限制器會在驅(qū)動扭矩超過設(shè)定范圍時，自動斷開進給，避免損壞刀桿、刀具及各機械傳動件，保護進給傳動精度不受影響;(2)由于深孔加工過程中，鉆頭的直徑與進給力有如圖3所示的關(guān)系［2］，所以當(dāng)選用不同直徑規(guī)格的鉆頭進行加工時，需設(shè)置不同大小的額定進給扭矩，以此來保護刀具，以防過載損壞。

3 進給傳動的扭矩設(shè)計計算

機床進給傳動中，最大切削負(fù)載不得超過電動機額定轉(zhuǎn)矩。折算到電動機軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩為［3］

式中:Fmax為絲杠上的最大軸向載荷，等于最大軸向進給力加導(dǎo)軌摩擦力，N;Ph為絲杠導(dǎo)程，m;η為滾珠絲杠的機械效率;T1為因滾珠絲杠螺母預(yù)加載荷引起的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，可查樣本手冊，N·m;T2為滾珠絲杠軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩，可查樣本手冊，N·m;i為傳動比。

根據(jù)圖3和上述公式以及機床加工參數(shù)規(guī)格，估算出導(dǎo)軌摩擦力，就可以計算出加工不同規(guī)格的深孔，所需的刀具轉(zhuǎn)速及進給電動機的額定扭矩的大小。參照此值選擇減速機、伺服電動機和扭矩限制器的規(guī)格大小，按照絲杠強度計算及轉(zhuǎn)速可以確定絲杠的規(guī)格大小，在此不再贅述。

4 結(jié)語

本文介紹的深孔鉆鏜床的進給傳動機構(gòu)，采用滾珠絲杠進行驅(qū)動，利用單軸數(shù)控系統(tǒng)進行控制，可實現(xiàn)對不同孔形的加工，如盲孔、階梯孔等，且傳動平穩(wěn)精確、深孔加工精度較高。由于在不同規(guī)格孔加工中對刀具進給的扭矩加以限制，有效保護了刀桿的安全使用。本裝置在我公司深孔加工機床上推廣使用后，得到用戶的一致認(rèn)可。

［1］REXROTH公司.滾珠絲杠傳動系統(tǒng)［Z］.

［2］ISCAR公司.ISCAR深孔鉆［Z］.

［3］戴曙.金屬切削機床［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1996.