具有讓刀功能的鏜孔及切端面裝置的研究

張洪濤 楊海軍

（洛陽理工學(xué)院機(jī)械工程系，河南洛陽471023）

1 問題的提出

在實際生產(chǎn)中，加工部分箱體類零件時，常需要完成某些較特殊的加工工藝，如在孔中切槽、加工孔的內(nèi)、外端面。完成這些加工過程，不但要刀具作縱向（進(jìn)給方向）運動，而且還要求刀具能作橫向（徑向）運動，實現(xiàn)切削。

通常，機(jī)床上可以有兩種方法使刀具作橫向（徑向）運動。一種方法是:鉆鏜削類機(jī)床加工時，由于動力部分本身沒有產(chǎn)生橫向（徑向）運動的輔助裝置，需要制作特殊裝置來實現(xiàn)刀具的橫向運動（徑向）。工作中，特殊裝置中的某一部分頂在工件或夾具上，因而停止其縱向運動，并與裝置其余部分產(chǎn)生相對運動，此相對運動經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)（如斜面、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、滑桿滑塊機(jī)構(gòu)等）使刀具作橫向（徑向）運動。第二種方法廣泛用于專用機(jī)床上，如在采用鏜孔車端面專用機(jī)床上，機(jī)床的動力頭配置有橫向（徑向）油缸及刀盤以加工工件的外端面。

相比較，第二種方法是專用機(jī)床，主要用于品種“單一”的大量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高，但是機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，機(jī)床的制造成本高，只有在大批量加工時，才能降低生產(chǎn)成本，因此在中小批量生產(chǎn)中，它有較大的局限性。而第一種方式，是用特制的裝置來完成孔端面及孔的加工，它不僅可以應(yīng)用于通用的鏜削類機(jī)床，也可以用于專用機(jī)床，有較廣的適用性。

2 工作原理

兩種特殊裝置的結(jié)構(gòu)特點及工作原理分別介紹如下:

2.1 加工孔端面裝置

該裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過聯(lián)接套與機(jī)床主軸相連接，其基本工作原理為:加工時，在隨機(jī)床主軸軸向移動的過程中，當(dāng)裝置的調(diào)位螺母4接觸到夾具的導(dǎo)向套端面時，裝置部分元件不再有軸向移動（軸向定位）;此時，如果機(jī)床主軸繼續(xù)沿軸向移動，驅(qū)動推桿2，使之產(chǎn)生與主軸同步的軸向移動;同時，推桿2前端的齒條驅(qū)動齒輪8轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動齒條滑動刀夾9滑動，產(chǎn)生橫向（徑向）移動，即徑向切削，從而滿足切削端面的工藝要求。伴隨著刀具作徑向切削過程中，裝置的彈簧7不斷地受壓縮，一旦端面切削加工結(jié)束后，當(dāng)機(jī)床主軸沿軸向后退時，在彈簧7的作用力下，裝置中的推桿2先隨主軸軸向后退，帶動齒輪8反轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動齒條滑動刀夾9橫向移動，實現(xiàn)徑向退刀;直到端面鏜刀徑向退刀完畢后，整個裝置才隨機(jī)床主軸一起沿軸向移動，完成加工。

從上述基本工作原理可知，顯然圖1裝置僅適合加工孔的外端面，而且在退刀過程中刀具是沿已經(jīng)加工好的孔端面經(jīng)過（加工過程刀具的軌跡如圖2a所示）。值得注意的是，當(dāng)被加工孔端面表面要求不高時，這樣的刀具運動軌跡是可以的，但在很多場合中，為了避免刀具劃傷已加工表面，需要端面加工后在軸線方向上刀具有讓刀運動，顯然該裝置就不適宜了。如果刀具的運動軌跡為圖2b所示，加工端面后有讓刀運動，就可以不劃傷已經(jīng)加工的表面。這就要求刀具縱向進(jìn)給到達(dá)切削端面開始徑向切削，然后再沿軸向后位移（讓刀量△），實現(xiàn)讓刀運動。裝置在完成“讓刀”運動后，刀具立即改為徑向移動退回，隨后再軸向移動退回。

2.2 具有“讓刀”功能的加工孔及端面的裝置

為提高加工表面質(zhì)量，在切削端面后，為使刀具有“讓刀”運動，就要改進(jìn)圖1裝置。圖3所示的裝置就是改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)原理圖。該裝置不僅可以實現(xiàn)“讓刀”運動，而且可將孔與端面一次加工，提高孔與端面的垂直度，而且生產(chǎn)效率較高。

圖3所示裝置的基本工作原理為:開始加工時，鏜孔刀先鏜孔，待孔加工結(jié)束且端面切刀到達(dá)切端面位置（圖中的調(diào)位螺母2與夾具的導(dǎo)向套接觸）時，推桿3隨主軸繼續(xù)前進(jìn)（軸向移動），一面壓縮彈簧1，同時通過齒輪帶動齒條滑動刀夾徑向走刀，實現(xiàn)端面切削。在切削端面后，裝于主軸箱上的壓桿7通過壓杠桿6而推動讓刀楔塊5移動，迫使調(diào)位螺母2帶動切削刀具后退一段距離（實現(xiàn)讓刀量）。而后主軸箱剛開始（軸向）后退時，楔塊5由于彈簧1的壓力仍壓在夾具導(dǎo)向套端面上，直到端面刀具徑向退刀完畢，整個裝置再沿軸向方向退回，楔塊5離開夾具導(dǎo)向套端面，在楔塊復(fù)位彈簧4的作用下復(fù)位。

與圖1所示裝置相比，該裝置顯著的優(yōu)點在于，在加工過程中，通過一次裝夾工件，將孔及其端面加工成形，這不僅是提高了生產(chǎn)效率，而且有利于保證被加工的孔與端面的垂直度要求;對孔與端面垂直度要求高的零件，這一點是十分有益的。

3 幾點說明

兩套裝置結(jié)構(gòu)剛性較好，在切削端面過程中，可以承受較大的切削力，但要特別注意刀具的徑向進(jìn)刀速度與主軸的軸向移動速度有關(guān)，直接影響孔端面的表面粗糙度，在加工中應(yīng)根據(jù)要求適當(dāng)控制進(jìn)給速度。

零件孔端面的加工位置，是由裝置圖中的調(diào)位螺母實現(xiàn)的，因此在制造中要特別注意該螺母端面與孔的垂直度。

裝置的驅(qū)動是由機(jī)床主軸實現(xiàn)的，機(jī)床主軸與裝置之間的連接，是通過相應(yīng)的套筒夾頭實現(xiàn)的，要進(jìn)行調(diào)整，保證裝配后的同軸度。通常要把套筒夾頭設(shè)計成浮動形式，使得裝置與相應(yīng)機(jī)床主軸聯(lián)接時，可以避免機(jī)床主軸位置與夾具導(dǎo)套不同軸而使刀桿“別勁”，影響加工。

雖然兩套裝置的結(jié)構(gòu)有很多地方相似，但是也有不同之處。不論在制造、裝配及使用上均要注意以下幾點:

（1）圖1裝配中的零、部件的加工精度與裝配質(zhì)量對切削振動有很大的影響，特別是套筒5與定位套筒6的加工要采用配磨方式，用著色法檢查，保證錐面的接觸面積為70% ～75%。另外，推桿2中與套筒5的配合也要特別注意，否則會影響齒輪齒條的嚙合精度及切削平穩(wěn)性。

（2）圖3具有讓刀裝置的讓刀量是通過調(diào)節(jié)裝置中的壓桿7實現(xiàn)的，因此在設(shè)計時要考慮結(jié)構(gòu)調(diào)整的可靠性，最好能實現(xiàn)微調(diào)。

（3）圖3鏜孔端面的刀具是裝在推桿3中的齒條滑動刀夾8中，滑動刀夾尺寸的大小對推桿3前部鏜孔部分的剛度有很大影響，在設(shè)計中要引起足夠的重視。

4 結(jié)語

針對箱體類零件的內(nèi)孔及孔端面的加工，本文開發(fā)與設(shè)計的兩種特制裝置不但可用于通用機(jī)床，而且還適用于專用機(jī)床。在中、小批量生產(chǎn)中，裝置的應(yīng)用提高了通用機(jī)床的加工效率，滿足了生產(chǎn)的需求。在大量生產(chǎn)中，裝置的應(yīng)用大大地降低了專用機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)性。在實際應(yīng)用中，因裝置結(jié)構(gòu)特點突出、簡單合理，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的實用性，能夠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王先逵.機(jī)械加工手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］戴曙.金屬切削機(jī)床［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］張洪濤，李彬.孔端面加工特種裝置的設(shè)計與開發(fā)適［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2011（5）:108 －110.