霍蘇萍，徐長群

(1.三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000;2. 三門峽合鑫機(jī)床有限公司，河南 三門峽472100)

0 引言

鏟斗是裝載機(jī)工作裝置的主要構(gòu)件，屬于結(jié)構(gòu)龐大的斗形焊接結(jié)構(gòu)件，主體為鋼板焊接，通過兩組平行孔系采用銷軸結(jié)構(gòu)分別與動(dòng)臂和斗桿連接，圖1 為某型號(hào)裝載機(jī)鏟斗銷孔加工工序圖。鏟斗加工中，與動(dòng)臂和斗桿連接孔系間的同軸度和平行度要求高，否則會(huì)直接影響鏟斗的平衡、導(dǎo)致銷孔及銷軸磨損嚴(yán)重。所以鏟斗銷孔加工中，既要保證各孔的尺寸要求，又要保證兩組孔系間的平行度及各同組孔系φ80D9 的同軸度［1］。

目前鏟斗加工方法主要有焊前加工、焊后用落地鏜床加工和設(shè)計(jì)專機(jī)加工。焊前加工工裝復(fù)雜，且焊接變形難以避免，很難滿足孔系精度要求;焊后落地鏜床加工能滿足同組孔系精度要求，但加工時(shí)間長，生產(chǎn)效率低;相對于焊前加工和焊后落地鏜床加工，專機(jī)加工采用相對位置固定的三組鏜模架來保證兩組平行孔系的平行度和同組孔系的同軸度［2］。但存在鏜模架設(shè)計(jì)復(fù)雜，在工作臺(tái)上對鏟斗這樣的大型組件定位調(diào)整困難，同時(shí)難以適應(yīng)多種規(guī)格鏟斗的加工，柔性差，設(shè)備投入成本高，不利于產(chǎn)品的升級換代。

裝載機(jī)鏟斗銷孔雙頭數(shù)控鏜床是校企合作，基于山東某企業(yè)鏟斗的生產(chǎn)工藝需求而開發(fā)的。機(jī)床采用全數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)銷孔加工定位準(zhǔn)確，有效地保證了兩組平行孔系的平行度和同組孔系的同軸度，兩端雙動(dòng)力頭同時(shí)加工，提高了鏟斗加工效率。能滿足30 系列、50 系列、953 系列和956 系列等多種規(guī)格鏟斗的加工。

圖1 鏟斗銷孔加工工序圖

1 機(jī)床設(shè)計(jì)方案及工作循環(huán)

1.1 機(jī)床設(shè)計(jì)方案及工作原理

機(jī)床采用臥式單面布局，5 軸數(shù)控加工定位，由主機(jī)、電控系統(tǒng)組成［3］。主機(jī)由數(shù)控工作臺(tái)一套，左右立柱數(shù)控滑臺(tái)兩套，專用數(shù)控滑臺(tái)一套，專用鏜削頭兩套，潤滑，防護(hù)，排屑等部分組成。機(jī)床整體布局如圖2 所示。

工作時(shí)，數(shù)控工作臺(tái)用于鏟斗的支撐定位，并帶動(dòng)夾具及工件在X 軸方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏟斗各銷孔水平方向的定位。左右立柱數(shù)控滑臺(tái)用于安裝專用鏜削頭，帶動(dòng)專用鏜削頭在Y 軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各銷孔的垂直方向定位。專用數(shù)控滑臺(tái)采用雙滑板及雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式，用于安裝左右立柱數(shù)控滑臺(tái)，并帶動(dòng)立柱數(shù)控滑臺(tái)及專用鏜削頭在Z 軸運(yùn)動(dòng)，完成鏟斗銷孔加工時(shí)專用鏜削頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

圖2 機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 機(jī)床技術(shù)參數(shù)

裝載機(jī)鏟斗銷孔雙頭數(shù)控鏜床主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)

1.3 機(jī)床工作循環(huán)

鏟斗裝夾定位于數(shù)控工作臺(tái)4，啟動(dòng)機(jī)床、調(diào)用數(shù)控程序→數(shù)控工作臺(tái)4 移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)孔系的X 軸定位，專用立柱數(shù)控滑臺(tái)帶動(dòng)專用鏜削頭Y 軸快進(jìn)，定位于下位孔系φ80D9，主軸啟動(dòng)→工進(jìn)，專用鏜削頭左右兩面加工下位孔系→快退，完成同組孔系φ80D9 的加工;左右立柱數(shù)控滑臺(tái)帶動(dòng)鏜削頭向上移動(dòng)，準(zhǔn)確定位于上位孔φ85D9→工進(jìn)→快退→完成平行孔系φ85D9的加工，數(shù)控工作臺(tái)退回原位，機(jī)床停止→松卡，卸工件-進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與選型

2.1 鏜削頭外形及尺寸的確定

為了滿足30 系列、50 系列等多品種多規(guī)格鏟斗的加工，應(yīng)避免加工時(shí)鏜削頭與工件發(fā)生干涉，通用鏜削頭不能滿足該機(jī)床加工要求，需要設(shè)計(jì)專用鏜削頭。設(shè)計(jì)專用鏜削頭時(shí)，根據(jù)鏟斗的具體尺寸確定專用鏜削頭外形及尺寸。鏟斗干涉圖如圖3 所示，約束條件為:加工斗桿銷孔時(shí)，專用鏜削頭不能與裝載機(jī)動(dòng)臂銷孔加強(qiáng)肋干涉;加工動(dòng)臂銷孔時(shí)，專用鏜削頭不能與鏟斗端部的加強(qiáng)肋干涉。根據(jù)此原則，以30 系列鏟斗為準(zhǔn)確定專用鏜削頭外形尺寸，考慮到鏟斗為大型焊接件，外形尺寸不規(guī)整，誤差大，必須保證專用鏜削頭外形與工件之間的間隙在10mm 以上，依此確定的專用鏜削頭加工30 規(guī)格以上鏟斗時(shí)不存在與工件發(fā)生干涉的問題。專用鏜削頭外形尺寸確定如下:加工30 系列鏟斗斗桿銷孔時(shí)，斗桿銷孔中心到動(dòng)臂銷孔加強(qiáng)肋的距離為90.1mm，留間隙15.1mm，確定專用鏜削頭外圓弧尺寸R75mm;加工30 系列鏟斗動(dòng)臂銷孔時(shí)，動(dòng)臂銷孔中心到鏟斗端部加強(qiáng)肋的距離為80.48mm，留間隙10.48mm，需將專用鏜削頭外形圓弧上部削邊。最終確定專用鏜削頭如圖3 所示的外形尺寸。

2.2 專用鏜削頭

為使動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)床鏜削頭采用傳動(dòng)箱與主軸箱一體式結(jié)構(gòu)，主軸傳動(dòng)采用電機(jī)通過齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，裝配圖如圖4 所示。

圖4 專用鏜削頭裝配圖

2.2.1 主軸轉(zhuǎn)速選擇

鏟斗材料為Q235，銷孔孔徑范圍為φ80-φ85mm，表面粗糙度為Ra6.3um，加工精度為IT9，銷孔鏜孔加工方案為粗鏜-精鏜。通過對零件加工工藝分析，查《機(jī)械加工工藝手冊》，選取刀具材料為YG6A，取切削深度為ap=3mm，走刀量f =0.5mm/r，粗加工時(shí)切削速度V =70m/min，精加工時(shí)切削速度V=120m/min［4］。

根據(jù)允許的切削速度計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速:

選取主軸轉(zhuǎn)速為250rpm。

2.2.2 電機(jī)功率選擇

(1)切削力計(jì)算

(查手冊可得:CP=300，XP=1，YP=0.75，np=－0.15，KP=1.1)。

(2)切削功率計(jì)算

機(jī)械傳動(dòng)效率取0.9，N電=3.6 ×0.9 =3.24(kW)

根據(jù)計(jì)算，選取電機(jī)功率:N=5.5kW。

考慮所加工銷孔的直徑變化及粗精加工時(shí)轉(zhuǎn)速的變化，選用交流變頻調(diào)速電機(jī)。電機(jī)型號(hào)及規(guī)格如下:

電機(jī)功率:5.5kW，基準(zhǔn)頻率:50HZ

基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速:1500rpm 變頻范圍:5 ～100HZ，

電機(jī)型號(hào):YVF2 -132S-4-B5。

2.2.3 主軸組件

專用鏜削頭主軸前軸承采用精密級雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承，后軸承采用精密級雙列圓柱滾子軸承，既增加了主軸的剛性，又保證了主軸的精度。主軸頭部采用莫氏5#標(biāo)準(zhǔn)錐柄結(jié)構(gòu)，方便更換刀具。

3 結(jié)束語

裝載機(jī)鏟斗銷孔雙頭數(shù)控鏜床安裝調(diào)試使用后，設(shè)備運(yùn)行良好，在目前鏟斗銷孔加工設(shè)備中具有一定的優(yōu)勢。

(1)生產(chǎn)效率提高。本機(jī)床采用全數(shù)控控制，銷孔定位快速、準(zhǔn)確，操作簡便，提高了加工效率。

(2)銷孔加工精度大幅提高。機(jī)床采用數(shù)控技術(shù)，避免了人工操作誤差，平行孔系定位準(zhǔn)確，兩端鏜削頭同時(shí)加工，既保證了同組孔系的同軸度，又保證了兩組孔系的平行度，銷孔加工精度大幅提高。

(3)實(shí)現(xiàn)了鏟斗銷孔加工的自動(dòng)化和柔性化。機(jī)床設(shè)計(jì)中源于柔性設(shè)計(jì)理念，可實(shí)現(xiàn)30 系列、50 系列、953 系列和956 系列等多種規(guī)格鏟斗的銷孔加工。是鏟斗銷孔加工的理想設(shè)備。為鏟斗銷孔高效、高精度、高質(zhì)量的加工提供了設(shè)備保障，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］郭鵬飛，高福舉.裝載機(jī)鏟斗鏜孔工藝的改進(jìn)［J］.工程機(jī)械，2001，32(10):38.

［2］陳桂芳.鏟斗鏜孔專用機(jī)床的設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010(1):69－71，74.

［3］大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)［M］.北京.機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

［4］孟少農(nóng)，機(jī)械加工工藝手冊［M］. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［5］徐薄滋，張舒勃.專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造［M］.北京.機(jī)械工業(yè)出版社，1978.