摘要：提出研制葉輪型面半自動(dòng)成形銑床的必要性，并介紹了整機(jī)和主要部件的結(jié)構(gòu)。采用成形銑削加工葉輪型面，保證了加工精度，提高了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：半自動(dòng) 葉輪型面 粗成形精銑機(jī)床
1 問題的提出及方案的制定
1.1 問題的提出
葉輪是羅茨風(fēng)機(jī)上的關(guān)鍵零件，其型面為漸開線曲面。傳統(tǒng)的加工方法采用仿形銑或數(shù)控單刀刨削加工，存在以下缺點(diǎn)：
（1）加工后的葉輪型面表面粗糙度和尺寸精度低。
(2)葉輪型面的一致性和型面對(duì)軸心線的對(duì)稱度達(dá)不到產(chǎn)品圖紙的要求。
(3)加工效率低。單件工時(shí)35～40min，一臺(tái)機(jī)床不能加工L3～L5三個(gè)品種、18個(gè)規(guī)格尺寸及年產(chǎn)7400臺(tái)套的需求。
(4)走刀次數(shù)多，刀具磨損快，壽命短，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。
針對(duì)上述情況，提出了研制半自動(dòng)葉輪型面成形銑床。
葉輪型面上的任一素線對(duì)軸心線的平行度：L3：0.08；L4：0.06;L5：0.06。葉輪型面對(duì)軸心線的對(duì)稱度：L3：0.05;L4：0.05;L5：0.06。
1.2 方案的制定
葉輪零件的材質(zhì)為HT250，硬度180～220HB。形狀為橢圓形，單邊余量為5～6mm,兩面均需加工，要保證零件的加工精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，只能采用成形銑削的方法，并且粗、精分開在兩臺(tái)機(jī)床上完成，結(jié)合用戶的需求，以及能達(dá)到的技術(shù)要求制定了以下技術(shù)方案。
(1)粗精加工分開。粗銑機(jī)床加工的單邊余量為5mm左右，精銑機(jī)床加工的單邊余量為0.75mm左右。
(2)能適應(yīng)L3～L5三個(gè)品種18個(gè)規(guī)格尺寸。
(3)用成形銑刀，粗精銑一次走刀完成整個(gè)單面型面的加工，單件工時(shí)≤6min。
(4)在精銑機(jī)床上設(shè)置了磁柵數(shù)顯測(cè)量系統(tǒng)，用于檢測(cè)刀具上下調(diào)整的位置，保證型面對(duì)軸心線的對(duì)稱度。
由于一次走刀漸開線型面加工成形，加工的深度達(dá)5mm以上，且加工面積又大。經(jīng)計(jì)算切削的圓周力達(dá)20000N，需要專門研制專用的成形銑刀和高剛度的機(jī)床。經(jīng)過一年多的試制，最終完成了JX2005C和JX2005J半自動(dòng)葉輪型面粗、精銑機(jī)床各一臺(tái)，投入使用兩年多，收到良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
2 機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 JX2005C粗銑機(jī)床
機(jī)床結(jié)構(gòu)形式如圖所示。
JX2005C粗銑機(jī)床結(jié)構(gòu)
1.主軸尾座總成 2.滑枕總成 3.主軸箱 4.操縱盒 5、9.側(cè)座 6.工作臺(tái)
7.床身 8.夾具 9.側(cè)座
機(jī)床的整體布局為框架式，主軸箱3固定不動(dòng)，支承刀具的尾座1可以軸向移動(dòng)，調(diào)好后固定不動(dòng)，主軸箱3和尾座1用滑枕連成一體。裝有成形銑刀的刀桿一端裝在主軸孔內(nèi)并由拉桿拉緊，另一端裝在帶有滾動(dòng)軸承的尾座內(nèi)。尾座和主軸箱裝在機(jī)身上，使它們成為一個(gè)整體，這種結(jié)構(gòu)形式大大提高了機(jī)床的剛度和抗振性。主軸尾座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 尾座機(jī)構(gòu)
1.調(diào)整裝置 2.后龍門架 3.夾緊機(jī)構(gòu) 4.橫梁
5.尾座 6.外套 7.內(nèi)套 8.成形刀 9.刀桿
尾座用來支撐回轉(zhuǎn)的刀桿，它對(duì)于提高主軸刀桿的剛度和抗振性至關(guān)重要。在尾座的前支撐處裝有內(nèi)外套，外套有滾動(dòng)軸承支撐，其內(nèi)孔和內(nèi)套有1∶10的錐度，并在內(nèi)套的圓周上對(duì)稱開有三個(gè)2mm寬的軸向不通的長(zhǎng)槽，刀軸裝入內(nèi)套后，由后端的螺母將內(nèi)套軸向拉動(dòng)，用以調(diào)整刀軸支撐處和套之間的間隙，達(dá)到提高刀桿支撐剛度的目的。在機(jī)床工作時(shí)，尾座在滑板上固定，其上部用絲桿頂緊，這樣使滑枕尾座和小滑板成為一個(gè)整體。當(dāng)換刀時(shí)，將上述夾緊部位全部松開，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)小絲杠將尾座退出刀軸支撐端，以便完成換刀。
2.2 JX2005J精銑機(jī)床
機(jī)床結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。主軸箱1通過步進(jìn)電機(jī)—減速器(i=1∶17)—滾珠絲杠螺母副在立柱3上做上下移動(dòng)，在加工過程中主軸箱1通過操縱手柄，牢固的鎖緊在立柱3的導(dǎo)軌面上，而由工作臺(tái)4作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸箱1上下的移動(dòng)，用于調(diào)整吃刀深度和適應(yīng)葉輪品種變化。刀桿6通過主軸箱1、立柱3、滑枕9、尾架8、支架7及床身構(gòu)成一個(gè)框架，大大提高了主軸刀具系統(tǒng)的剛度。
圖4 JX2005J精銑機(jī)床結(jié)構(gòu)形式
1.主軸箱 2.磁柵尺 3.立柱 4.工作臺(tái) 5.床身
6.刀桿 7.支架 8.尾架 9.滑枕總成
2.3 粗、精銑主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖5所示。主軸前端的錐孔是7∶24，直徑為69.85mm，主軸前端有兩個(gè)定位鍵25.415mm，用于傳遞扭矩，主軸后端有拉桿，用于拉緊刀軸。
圖5 主軸部件的結(jié)構(gòu)
粗銑機(jī)床主軸前端的直徑為150mm，精銑為100mm，其前支撐均為C3182100和C2268100雙向推力向心球軸承，后支撐為D3182000雙列向心短圓柱滾子軸承，中間有輔助支撐單列向心球軸承。這樣配置在有預(yù)緊力的情況下，不僅保證了主軸的回轉(zhuǎn)精度，同時(shí)可承受大的徑向載荷和軸向載荷，提高了主軸的支撐剛度和精度。
在主軸的前支撐處的大齒輪均采用β=10°的斜齒輪，使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
2.4 專用夾具的設(shè)計(jì)
L3、L4、L5三個(gè)品種的葉輪粗精銑夾具各有三套，夾具構(gòu)成如圖6所示。
圖6 工件夾具
1.滑塊 2.底座 3.斜塊 4.定心軸 5.形塊
6.調(diào)整桿 7.壓板
夾具裝在機(jī)床上，由工作臺(tái)上的中間T型槽定位。工件裝在夾具上用定心軸4插入端面孔進(jìn)行定位。定心軸4一頭的四方放在形塊5上，用以保證葉輪左右限位。葉輪的兩面靠在定心軸4兩端的端面上，保證前后限位。手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，使帶有斜面的滑塊1和斜塊3作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整工件上下位置，以便調(diào)整余量的大小。
在粗銑時(shí)，切削余量平均5mm，一次切削切削力和切削面積都大，因而夾具設(shè)計(jì)關(guān)鍵是零件的夾緊點(diǎn)和夾緊力的選擇。夾緊點(diǎn)選為葉輪的內(nèi)孔，每孔兩點(diǎn)(圖7)，用四個(gè)壓板和M20的螺栓將葉輪壓在工作臺(tái)面上，工件由四個(gè)支撐板支撐。由于孔壁厚，工件不易變形。每個(gè)點(diǎn)的夾緊力，經(jīng)計(jì)算均在10kN以上，實(shí)踐證明夾緊力是足夠的。
圖7 夾具調(diào)整位置圖
1.支撐板 2.定心軸 3.工件端面
2.5 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
粗銑用的刀具為外250mm，內(nèi)60mm，刀體材料用45鋼，切削部分采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片。精銑用的刀具為外220mm，內(nèi)50mm，采用W18Cr4V整體高速鋼材料，每個(gè)品種各有一組刀。刀具設(shè)計(jì)分成兩半，便于制造，將漸開線刀刃分成若干段用圓弧逼近。實(shí)踐證明加工后的精度完全符合零件圖紙的要求。
本機(jī)床于1996年3月在天津市鼓風(fēng)機(jī)總廠投入使用至今兩年多，效果很好。加工零件的表面粗糙度和尺寸精度均提高一級(jí)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率8.5倍。兩年多為該廠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益349萬元。
