□ 楊書根

江蘇高精機(jī)電裝備有限公司 江蘇鹽城 224053

目前，對(duì)于大型圓周內(nèi)腔弧面上孔加工還沒有更好的加工方法，特別是對(duì)于盲孔尤其如此。圖1所示為某大型5 MW風(fēng)電定子工件，重達(dá)幾十t，在加工過程中工件不易移動(dòng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能需要，要在其內(nèi)孔加工若干M12螺紋，M12螺紋孔對(duì)內(nèi)孔φ1 200H7有位置度要求，上層和下層之間是互相錯(cuò)開的。根據(jù)工藝要求，先鉆孔φ10.2，再加工M12螺紋孔。

圖1 工件簡圖

1 傳統(tǒng)加工方案

1.1 劃線定位加工

由于該5 MW風(fēng)電定子內(nèi)部空間比較大，人站在里面的空間，運(yùn)用最原始的方式，即人工在工件內(nèi)部運(yùn)用高度尺、劃針、圓規(guī)等劃線，然后用手槍鉆鉆孔，這樣的方式雖然能將φ10.2孔加工出來，但工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，定位不準(zhǔn)確，精度不能保證，且操作不方便，工作效率低，加工出來的零件不能滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。

1.2 簡易專機(jī)加工

制作一臺(tái)簡易的專機(jī)：以φ1 200H7內(nèi)孔定心，在定心軸上設(shè)計(jì)一回轉(zhuǎn)分度盤，在φ4 200端面上放置有萬向滾輪，用橫梁與回轉(zhuǎn)分度盤相連，橫梁前后端放在萬向滾輪上，通過手工轉(zhuǎn)動(dòng)分度盤，從而帶動(dòng)橫梁以φ1 200H7孔為圓心回轉(zhuǎn)，完成分度功能；在橫梁的下方安裝上下螺旋升降機(jī)構(gòu)和軸向?qū)蜉S，用以控制內(nèi)腔不同層的加工和鉆削機(jī)構(gòu)的軸向?qū)?，保證鉆削機(jī)構(gòu)軸向不旋轉(zhuǎn)。在螺旋升降機(jī)構(gòu)上裝有Z3725搖臂鉆床的手動(dòng)主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)，這樣通過手動(dòng)分度，手工控制螺旋升降，手工控制鉆孔機(jī)主軸的進(jìn)給，可以完成該工件的加工，但仍然擺脫不了工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、定位不準(zhǔn)確、精度不能保證、工作效率低的弊端。

1.3 數(shù)控機(jī)床加工

投資高、精、尖大型設(shè)備，如重型五面體加工中心或臥式鏜銑床。加工工藝需作如下修改。在加工中設(shè)備是不能移動(dòng)的，只能是工件移動(dòng)，在加工中將萬能銑削頭伸進(jìn)風(fēng)電定子內(nèi)部，通過X、Y軸的插補(bǔ)及Z軸的進(jìn)給，將φ10.2孔加工出來，這樣就顯現(xiàn)出設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高等不足之處。

2 新型圓周內(nèi)腔弧面的孔加工裝置的研制

根據(jù)以上3種加工方式的分析，為了有效地解決以上的諸多問題。開發(fā)研制了大型圓周內(nèi)腔弧面的孔加工裝置，以降低設(shè)備投入和工作強(qiáng)度，并能有效地提高生產(chǎn)效率和加工精度。

2.1 鉆孔機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理

考慮到該工件大、重、在加工中不易移動(dòng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研制了一種圓周內(nèi)腔弧面的鉆孔機(jī)構(gòu)，使工作時(shí)工件在工作地點(diǎn)保持不動(dòng)，而將圓周內(nèi)腔弧面的鉆孔機(jī)構(gòu)置于工件上，具體結(jié)構(gòu)與工作原理如下:

圖2為該鉆孔機(jī)構(gòu)的示意圖，在定位脹緊機(jī)構(gòu)的下端裝有接電滑盤，用于接通總電源，便于回轉(zhuǎn)、工件加工時(shí)的取電。在定位脹緊機(jī)構(gòu)的上端面上裝有底座，且通過4個(gè)液壓拉釘與定位脹緊機(jī)構(gòu)相固定,通過液壓拉釘?shù)淖饔昧κ沟鬃c定位脹緊機(jī)構(gòu)形成一體；底座上設(shè)有環(huán)形導(dǎo)軌，回轉(zhuǎn)臺(tái)置于環(huán)形軌道上，回轉(zhuǎn)臺(tái)通過外圓上的齒輪與裝在底座上的齒輪相嚙合，回轉(zhuǎn)臺(tái)伺服電機(jī)與底座上的齒輪相連，通過齒輪副的嚙合從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行精確分度（齒輪可以通過消隙工藝處理）；回轉(zhuǎn)臺(tái)上平面的兩側(cè)裝有導(dǎo)向柱，門形擺臂套置于兩導(dǎo)向柱上，并通過門形擺臂中部的螺母與絲杠相連接；絲杠的上端通過聯(lián)軸節(jié)與絲杠伺服電機(jī)相連，其下端裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，由于有導(dǎo)向柱的作用，使絲杠只能旋轉(zhuǎn)而不能進(jìn)行軸向移動(dòng)，而擺臂相對(duì)絲杠卻只能軸向（上下）移動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)。為保證上述擺臂的平衡，在回轉(zhuǎn)臺(tái)上平面的中間裝有平衡油缸，該平衡油缸的上端與擺臂下端面中心相接觸；其下端裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，在擺臂的兩側(cè)下端裝有數(shù)控滑臺(tái)，多軸鉆削頭裝于滑臺(tái)上，數(shù)控滑臺(tái)帶動(dòng)多軸鉆削頭前進(jìn)與后退，從而實(shí)現(xiàn)鉆削與退出。在數(shù)控滑臺(tái)的內(nèi)側(cè)裝有檢測刀具破損情況的刀具檢測裝置，在多軸鉆削頭上裝有攝像頭,可用于觀察孔的加工情況。本機(jī)構(gòu)可以用一個(gè)或多個(gè)剛性多軸鉆削頭對(duì)圓周內(nèi)腔進(jìn)行圓周方向和垂直方向進(jìn)行等分或不等分孔（螺紋孔）的鉆削。

圖2 鉆孔機(jī)構(gòu)示意圖

圖3為定心脹緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。工作時(shí),將圖3所示的定位脹緊機(jī)構(gòu) （即圖2中的定位脹緊機(jī)構(gòu)1）安裝在工件的中心φ1 200H7圓孔中。

圖3 定位脹緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

定心脹緊機(jī)構(gòu)工作原理如下：3個(gè)脹緊銷分裝于定位脹緊盤內(nèi)腔圓周上等分的通孔中，其內(nèi)端坡面與裝于定位脹緊盤內(nèi)腔的圓錐盤的下端錐面相接觸，在脹緊銷與通孔之間設(shè)有壓縮彈簧，壓縮彈簧的兩端分別由螺母及臺(tái)階所限位；螺桿的下端通過梯形螺紋與圓錐盤相連接，其上端穿過與定位脹緊盤相鄰的起導(dǎo)向作用的定位環(huán)，并裝有鎖緊套以軸向定位，從而保證其能旋轉(zhuǎn)而不產(chǎn)生軸向移動(dòng)，使圓錐盤只能作軸向移動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)。工作時(shí)，手工扳動(dòng)螺桿，使圓錐盤向下移動(dòng)，通過其錐面推動(dòng)脹緊銷向外移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)定位脹緊機(jī)構(gòu)的固定；卸下定位脹緊機(jī)構(gòu)時(shí)，手工扳動(dòng)螺桿，使圓錐盤向上移動(dòng)，通過其脹緊銷在壓縮彈簧的作用下向內(nèi)移動(dòng)，從而使定位脹緊機(jī)構(gòu)與工件脫開。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）總體結(jié)構(gòu)新穎，布局合理，具有加工制造方便、安裝容易等特點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)分為兩部分，一是定位脹緊機(jī)構(gòu)，二是鉆孔機(jī)構(gòu)。兩者是分開安裝，工件置于原地不動(dòng)。安裝時(shí)，先將定位脹緊機(jī)構(gòu)置于工件內(nèi)孔中脹緊固定，然后通過4個(gè)液壓拉釘快速定位夾緊鉆孔機(jī)構(gòu)。

（2）該機(jī)構(gòu)定位脹緊機(jī)構(gòu)操作靈活，定位可靠。定位脹緊機(jī)構(gòu)是通過3只脹緊銷分裝于定位脹緊盤內(nèi)腔圓周上等分的通孔中，通過梯形螺紋帶動(dòng)圓錐盤，使鉆孔機(jī)構(gòu)能夠快速定位。

（3）該機(jī)構(gòu)設(shè)有平衡裝置。為保證上述擺臂的平衡，在回轉(zhuǎn)臺(tái)上裝有平衡油缸，較好地保證了擺臂的平衡。

（4）該機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)的數(shù)控裝置，加工調(diào)整靈活。擺臂的上下移動(dòng)是由伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)的，從而可以保證孔之間的Z向尺寸；回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)是通過伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪副運(yùn)動(dòng) （齒輪可以通過消隙工藝處理），從而可以保證同層孔之間的精確分度； 在擺臂的兩下端裝有數(shù)控滑臺(tái)，多軸鉆削頭裝于滑臺(tái)上，通過數(shù)控滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)多軸鉆削頭前進(jìn)與后退，從而保證鉆孔的深度；通過以上的數(shù)控裝置的控制，實(shí)現(xiàn)圓周內(nèi)腔弧面的鉆削與退出。

（5）該機(jī)構(gòu)加工過程可控。為及時(shí)有效地觀測、檢測加工過程及加工質(zhì)量，在數(shù)控滑臺(tái)的內(nèi)側(cè)裝有檢測刀具破損情況的刀具檢測裝置，一旦刀具破損，可及時(shí)發(fā)出警示。同時(shí)在多軸鉆削頭上還裝有攝像頭，以便隨時(shí)觀察加工的情況。

（6）該機(jī)構(gòu)同時(shí)可進(jìn)行攻絲。它只需將多軸鉆削頭改為多軸攻絲頭。其加工過程和鉆孔是一致的。

（7）該鉆孔機(jī)構(gòu)與脹緊機(jī)構(gòu)定位夾緊可靠。鉆孔機(jī)構(gòu)與脹緊機(jī)構(gòu)通過4個(gè)定位夾緊缸定位夾緊，可以保證兩者之間零間隙。

總之，通過實(shí)踐證明，該裝置結(jié)構(gòu)合理，有效地降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，操作方便，定位準(zhǔn)確，工作效率高，同時(shí)又保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

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