展海瑜

(天水星火機(jī)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(guò)10倍孔徑的孔時(shí)優(yōu)先采用的方法。在鉆削時(shí)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(guò)程中，根據(jù)工件不同精度要求，選擇不同的機(jī)加設(shè)備。如圖1所示，采用不同的加工方式，對(duì)孔的直線度有特別明顯的影響。最佳直線度是由相對(duì)旋轉(zhuǎn)得到的，即鉆頭和工件以相反的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn);較好的直線度是由工件旋轉(zhuǎn)而得到的;單獨(dú)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(jìn)行鉆削較小孔時(shí)，選用鉆頭和工件相對(duì)旋轉(zhuǎn)來(lái)加工;當(dāng)進(jìn)行鏜削擴(kuò)孔時(shí)，選用工件旋轉(zhuǎn)，鉆頭不旋轉(zhuǎn)的方式;單獨(dú)的刀具旋轉(zhuǎn)在深孔加工生產(chǎn)過(guò)程中使用較少。

無(wú)論采用何種方式及設(shè)備加工深孔，鉆頭及鉆桿的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是必不可少的，其傳動(dòng)系統(tǒng)的精度對(duì)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(tái)深孔鉆鏜機(jī)床在它的生命期限內(nèi)所用之刀具的資金成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)備本身的價(jià)格;加之在加工過(guò)程中刀桿、刀具又是易損之件，于是合理地保護(hù)深孔加工的刀具，盡可能地延長(zhǎng)刀具使用壽命成了各種深孔加工機(jī)床設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)考慮的除精度之外的又一新的著眼點(diǎn)。本文中設(shè)計(jì)的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖2所示，專門(mén)用于在數(shù)控深孔鉆鏜床上加工最大長(zhǎng)度規(guī)格為2 m，最大孔徑為200 mm的深孔。

2 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理

首先根據(jù)工件加工過(guò)程進(jìn)行受力分析，當(dāng)拖板上固定的鉆桿箱帶動(dòng)鉆桿向前進(jìn)行切削時(shí)，刀具的進(jìn)給力F由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)扭矩限制器、減速機(jī)、滾珠絲杠傳給了拖板。相應(yīng)的滾珠絲杠受到一個(gè)與進(jìn)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(gè)較大規(guī)格的端面止推軸承14和向心球軸承15組合來(lái)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(lái)支承絲杠，且左端為絲杠的游動(dòng)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(shí)現(xiàn)預(yù)拉伸［1］。由于滾珠絲杠在工作時(shí)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(bǔ)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(qiáng)，適用于較大工作負(fù)載傳動(dòng)。

在傳動(dòng)圖中，伺服電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間專門(mén)設(shè)有進(jìn)口德國(guó)的扭矩限制器，其功用為:(1)當(dāng)機(jī)床在加工過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)載，如工件中出現(xiàn)個(gè)別硬點(diǎn)或切屑堵塞致使排屑不暢等，導(dǎo)致刀具瞬時(shí)力矩加大，扭矩限制器會(huì)在驅(qū)動(dòng)扭矩超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)進(jìn)給，避免損壞刀桿、刀具及各機(jī)械傳動(dòng)件，保護(hù)進(jìn)給傳動(dòng)精度不受影響;(2)由于深孔加工過(guò)程中，鉆頭的直徑與進(jìn)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(jìn)行加工時(shí)，需設(shè)置不同大小的額定進(jìn)給扭矩，以此來(lái)保護(hù)刀具，以防過(guò)載損壞。

3 進(jìn)給傳動(dòng)的扭矩設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)中，最大切削負(fù)載不得超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。折算到電動(dòng)機(jī)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(jìn)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(jī)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(cè)，N·m;T2為滾珠絲杠軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩，可查樣本手冊(cè)，N·m;i為傳動(dòng)比。

根據(jù)圖3和上述公式以及機(jī)床加工參數(shù)規(guī)格，估算出導(dǎo)軌摩擦力，就可以計(jì)算出加工不同規(guī)格的深孔，所需的刀具轉(zhuǎn)速及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的額定扭矩的大小。參照此值選擇減速機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)和扭矩限制器的規(guī)格大小，按照絲杠強(qiáng)度計(jì)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(yǔ)

本文介紹的深孔鉆鏜床的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用滾珠絲杠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，利用單軸數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同孔形的加工，如盲孔、階梯孔等，且傳動(dòng)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(duì)刀具進(jìn)給的扭矩加以限制，有效保護(hù)了刀桿的安全使用。本裝置在我公司深孔加工機(jī)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(dòng)系統(tǒng)［Z］.

［2］ISCAR公司.ISCAR深孔鉆［Z］.

［3］戴曙.金屬切削機(jī)床［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.