鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備的應用

□ 成興麗 □ 張 艷

1.中國電子科技集團公司第二十二研究所 河南新鄉(xiāng) 453003 2.洛陽軸承研究所有限公司 河南洛陽 471039

1 應用背景

隨著石油勘探技術(shù)的進步,井下儀器也在更新?lián)Q代。鋼筒是井下儀器電路短節(jié)的常用件,鋼筒內(nèi)壁大多都有盲孔,用于儀器之間的定位防轉(zhuǎn)。這類盲孔依靠現(xiàn)有設備無法直接加工,對此,筆者基于現(xiàn)有機床設備設計了一種通用的鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備[1]。

▲圖1 鋼筒零件

2 現(xiàn)狀分析

井下儀器電路短節(jié)中有許多品種的鋼筒,這些鋼筒內(nèi)腔有盲孔。某鋼筒零件如圖1所示,圖中的盲孔為圓孔,直徑為11.5 mm,深度為3.8 mm,孔位置距端面121.5 mm。筆者結(jié)合05Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼、TC4鈦合金、TC11鈦合金等的實際情況,設計了這一通用鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備。

3 工作原理

鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備用于擴展銑床功能,如圖2所示,由與銑床連接的撥叉裝置和鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工裝置組成。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工裝置由安裝盤、殼體、壓蓋、軸承套、中間齒輪、銑刀軸、銑削頭等零件組成。在與銑床連接的撥叉裝置中,撥叉安裝在立式銑床主軸孔內(nèi)拉緊,輸入軸上裝有銷。將鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備安裝在銑床上時,撥叉的槽正好被輸入軸上的銷卡住。銑床主軸旋轉(zhuǎn)時,撥叉帶動輸入軸轉(zhuǎn)動,經(jīng)過各級齒輪傳動,使銑刀軸旋轉(zhuǎn),即可進行銑削加工[2]。鋼筒裝夾在銑床工作臺上,盲孔的銑削深度由銑床工作臺上下移動距離進行控制,盲孔的定位由銑床工作臺水平面移動距離進行控制。

▲圖2 鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備

使用時,只需將鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備安裝在普通立式銑床上,就可以實現(xiàn)鋼筒內(nèi)壁盲孔的銑削加工,簡便易行。

4 設備特點

(1) 整體剛性高。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備中,主要零件銑削頭、殼體、安裝盤等定位準確可靠,連接牢固。銑刀軸和輸入軸直徑較大,能傳遞的力矩和功率大[3]。設計時,盡可能增大前端伸出部分的截面慣性矩,并適當縮短伸出長度。這些措施使鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備整體剛性大大提高,減小了受切削力影響而產(chǎn)生的變形,對于加工鈦合金等比強度高且加工硬化現(xiàn)象嚴重的材料很有益處[4]。

(2) 銑刀軸處支承穩(wěn)定可靠,可加工長圓形盲孔。因銑刀軸處會受到較大的切削力作用,銑刀軸采用兩個軸承支承,軸向定位準確,可同時承受較大的徑向力和軸向力,抗振動能力強。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備可以加工多種長圓形盲孔,擴大了加工范圍。與此同時,軸承和齒輪的使用壽命也大大延長。

(3) 傳動鏈簡單,易于拆裝維修,安裝調(diào)整容易。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備采用制造方便、成本低、傳動穩(wěn)定可靠的圓柱直齒輪傳動,傳動鏈簡單,并可實現(xiàn)自主制造。安裝時不需要調(diào)整齒輪中心距,調(diào)整容易,并易于拆裝維修。齒輪處采用脂潤滑,日常維護簡便。

(4) 采用撥叉?zhèn)鲃?更易于安裝。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備與銑床連接處用撥叉?zhèn)鲃?撥叉裝置安裝于銑床主軸孔內(nèi)。當鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備與銑床主軸套筒連接時,輸入軸和機床主軸的回轉(zhuǎn)中心必然有安裝誤差,采用撥叉?zhèn)鲃?可以避免產(chǎn)生附加動載荷和振動,進而避免造成軸和軸承損壞。

(5) 封閉結(jié)構(gòu),安全可靠。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備的銑削頭為封閉結(jié)構(gòu),伸入鋼筒內(nèi)腔部分,兩側(cè)裝有擋板,避免加工時鐵屑、切削液對鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備內(nèi)部齒輪和軸承產(chǎn)生影響,使齒輪和軸承能夠始終保持良好的潤滑狀態(tài),保證傳動穩(wěn)定,并延長使用壽命。

(6) 銑刀安裝更換簡便。銑刀安裝在銑刀軸下端蓋孔中,采用螺釘鎖緊,拆裝簡單方便,節(jié)約輔助時間。銑刀可為專門定制,也可采用標準鍵槽銑刀改造而成。

5 實際應用

鋼筒內(nèi)壁圓形盲孔銑削加工如圖3所示,鋼筒內(nèi)壁長圓形盲孔銑削加工如圖4所示,f為進給方向,銑刀種類為圓柱形鍵槽銑刀。銑削加工時,機床主軸旋轉(zhuǎn),經(jīng)過鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備內(nèi)部齒輪的傳動,使銑刀同向旋轉(zhuǎn)。當銑刀僅向下進給時,可在工件內(nèi)腔表面銑出圓形盲孔。當銑刀先向下進給后向左或右兩個方向進給時,可銑出長圓形盲孔。銑削加工中,銑刀所受的軸向及徑向切削力通過銑刀軸傳遞至軸承[5]。兩個軸承分布于銑刀軸的兩端,均安裝在殼體孔中,軸向用端蓋固定,軸承的承載狀況良好[6]。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備實物如圖5所示,鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備安裝至銑床上的狀態(tài)如圖6所示。

▲圖3 鋼筒內(nèi)壁圓形盲孔銑削加工示意圖▲圖4 鋼筒內(nèi)壁長圓形盲孔銑削加工示意圖▲圖5 鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備實物▲圖6 鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備安裝至銑床狀態(tài)

▲圖7 零件加工現(xiàn)場▲圖8 加工后零件

6 加工效果

通過上述分析及實際應用可知,鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備很好地解決了鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削的工藝難題,保證了設計圖紙中盲孔的尺寸精度和位置精度,使加工能按期保質(zhì)保量完成。鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備日常維護成本低,僅需要根據(jù)刀具磨損情況更換銑刀即可。零件加工現(xiàn)場如圖7所示,加工后的零件如圖8所示。

7 結(jié)束語

鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備可用于加工鋼筒中孔徑不小于φ68 mm、 位置深度不大于150 mm的圓形盲孔及長圓形盲孔。針對鋼筒內(nèi)壁盲孔直徑10.5 mm和11.5 mm,盲孔深度3～4.5 mm,且長圓形盲孔長度不大于20 mm的情況,鋼筒內(nèi)壁盲孔銑削加工設備能很好地完成加工,具有較強的通用性,應用效果良好。