唐道旭，行志剛，趙鐵，金賢宗 ,李忠良

（1.南京安諾電梯有限公司，南京 211102；2.河南理工大學(xué) 機(jī)械廠，河南 焦作 454000）

0 引言

鼓輪作為煙草機(jī)械濾嘴接裝機(jī)上的一種重要零件，其性能對(duì)整臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行起到關(guān)鍵作用［1］。該零件的特點(diǎn)是在內(nèi)圓面圓周方向均勻分布2 排、每排28 個(gè)錐孔，材料為HT250。該零件作為薄壁圓筒狀零件，在內(nèi)圓面上加工錐孔就成為加工中的難點(diǎn)。如何利用工廠的現(xiàn)有機(jī)加工設(shè)備，設(shè)計(jì)出一套錐孔加工工裝，是擺在面前的亟待解決的關(guān)鍵問題。

機(jī)械傳動(dòng)有多種形式，主要可分為兩類［2］：1）靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的摩擦傳動(dòng)，包括帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等。摩擦傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動(dòng)場(chǎng)合，過載打滑還能起到緩沖和保護(hù)傳動(dòng)裝置的作用，但這種傳動(dòng)一般不能用于大功率的場(chǎng)合，也不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。2）靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)，包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。嚙合傳動(dòng)能夠用于大功率的場(chǎng)合，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，但一般要求較高的制造精度和安裝精度。齒輪傳動(dòng)作為機(jī)床設(shè)備上廣泛采用的傳動(dòng)形式，其特點(diǎn)是：傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。綜合考慮，本文確定使用齒輪傳動(dòng)來設(shè)計(jì)鼓輪內(nèi)圓面錐孔鉆削工裝。

1 錐孔鉆削工裝的設(shè)計(jì)與制造

1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用立式升降臺(tái)銑床X5025，根據(jù)鼓輪零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和空間限制，設(shè)計(jì)一套齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠齒輪傳動(dòng)來完成錐孔的加工。該鉆削工裝的整體外形三維圖如圖1 所示。該鉆削工裝的詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。焊接箱體替代銑床主軸的法蘭盤，其連接尺寸要與原法蘭盤尺寸相同，材料為Q235 鋼，箱體進(jìn)行焊接時(shí)，注意上下箱蓋孔處采用插裝工藝心軸的方法，控制焊接尺寸精度，減少焊接變形，焊后采用去應(yīng)力退火的方法來消除焊接件殘余應(yīng)力，然后在鏜床上加工相應(yīng)的孔使其達(dá)到尺寸要求。Ⅰ軸齒輪為齒輪軸，用于替代原銑床刀桿，與銑床主軸錐孔的連接錐度為7：24，下端延長加工成直齒輪；Ⅱ軸齒輪為惰輪，其內(nèi)孔鑲嵌銅套，采用耐磨性能較好的錫青銅加工，與Ⅱ軸之間為滑動(dòng)配合，同時(shí)與Ⅱ軸相配合的箱體上蓋孔處也鑲嵌銅套。Ⅲ軸為空心軸，用于安裝錐孔鉸刀。

圖1 鉆削工裝外形圖

圖2 鉆削工裝剖切圖

莫氏錐度是一個(gè)錐度的國際標(biāo)準(zhǔn)，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，利用摩擦力的原理，可以傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，又因?yàn)槭清F度配合，所以可以方便拆卸。在同一錐度的一定范圍內(nèi)，工件可以自由拆裝，在工作時(shí)又不會(huì)影響到使用效果。同時(shí)，由于鉸刀的齒數(shù)影響鉸孔精度、表面粗糙度、容屑空間和刀齒強(qiáng)度，其值一般按鉸刀直徑和工件材料確定。鉸刀直徑較大時(shí)，可取較多齒數(shù)；加工韌性材料時(shí)，齒數(shù)應(yīng)取少些；加工脆性材料時(shí)，齒數(shù)可取多些。為了便于測(cè)量鉸刀直徑，齒數(shù)應(yīng)取偶數(shù)。所以Ⅲ軸上安裝的鉸刀采用2 號(hào)莫氏錐度成型鉸刀，選用鉸刀齒數(shù)為4 齒，齒槽采用直齒槽，材料為合金工具鋼9SiCr［3］。同時(shí)，Ⅲ軸上角接觸球軸承采用面對(duì)面安裝的方法。

Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸齒輪皆為直齒輪，模數(shù)皆為2 mm，嚙合部分的齒寬皆為b=12 mm，齒數(shù)分別為Z1=Z2=28、Z3=20，采用45 鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度28～32HRC，采用滾齒機(jī)滾齒或者利用齒形數(shù)據(jù)交換文件即dxf 文件導(dǎo)入線切割機(jī)床加工的方法皆可。

1.2 支撐部分設(shè)計(jì)

采用中心高為100 mm 的萬能分度頭FW100 來進(jìn)行分度，利用分度頭卡盤夾持工件的一端，由于此零件為薄壁零件，而要加工的錐孔端離卡盤夾持端距離較遠(yuǎn)，處于懸臂狀態(tài)，故采用對(duì)稱可調(diào)支撐楔形塊來支撐，如圖3 所示，利用M10×120 內(nèi)六角圓柱頭螺釘來調(diào)整二者間距以達(dá)到可靠支撐鼓輪大圓面外側(cè)，并且支撐楔形塊還帶有凸臺(tái)，既可以支撐錐孔所在小圓面外側(cè)，還可以起到軸向定位作用。

圖3 對(duì)稱可調(diào)支撐楔形塊裝配

1.3 限位裝置設(shè)計(jì)

Ⅰ軸端蓋下側(cè)和限位裝置調(diào)節(jié)螺母上側(cè)都加工有錐形孔，用來放置鋼球進(jìn)行加工的限位，極大地提高了尺寸精度和加工效率，保證了加工尺寸的一致性。

2 錐孔鉆削工裝的應(yīng)用

由于此零件為小批量生產(chǎn)，本工裝采用鋰基潤滑脂進(jìn)行齒輪嚙合的潤滑。利用分度頭分度逐個(gè)進(jìn)行錐孔鉆削加工，先加工一排，再加工另外一排，完成了該零件的錐孔加工工序。加工過程中，要選擇冷卻性能較好的切削液，最終達(dá)到了要求的尺寸精度和公差要求，為零件保質(zhì)保量按時(shí)交付給客戶提供了保證。

3 結(jié)語

利用工廠現(xiàn)有機(jī)加工設(shè)備，設(shè)計(jì)一套鉆削工裝來完成鼓輪零件內(nèi)圓面上的錐孔的加工，為類似零件的錐孔加工提供了一個(gè)借鑒。利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具，如三維設(shè)計(jì)軟件，可以將設(shè)計(jì)理念快速轉(zhuǎn)化成虛擬樣機(jī)，完成CAD、CAE、CAM、PDM 連續(xù)相關(guān)的工作，利用軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及有限元分析，完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使虛擬樣機(jī)性能最優(yōu)、經(jīng)濟(jì)效益最佳，最終加工生產(chǎn)出成品，極大地提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率，縮短了研發(fā)周期并降低了產(chǎn)品成本。

［1］姚二民，儲(chǔ)國海.卷煙機(jī)械［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.5 版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［3］袁哲俊.金屬切削刀具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.