平面磨床拖板燕尾导轨专用铣床的设计

研磨者

平面磨床拖板燕尾导轨专用铣床的设计

拖板是卧轴矩台平面磨床的关键零件之一。而燕尾导轨又是拖板上精度要求最高、加工难度最大、加 工耗时最多的部位。由于我厂平磨产品规格多,故拖板种类也多。尽管各类拖板结构相似,作用相 同,但尺寸却有较大差异。我厂过去小规格平面磨床拖板用卧式铣床加工,大规格的都是采用龙门 铣床加工。虽然用这些设备通过认真对刀、正确装夹也能达到工艺要求,但由于装夹、对刀操作烦 琐,技术要求高,不仅费工费时,加工质量也不易保证。为此我厂于2000年开始了平磨拖板燕 尾导轨专用铣床的研制,以解决全部平磨产品拖板燕尾导轨面以及相关面的粗、精铣加工的工艺瓶 颈问题。1拖板工艺分析拖板是卧轴矩台平面磨床主要零件之一,它的燕尾导轨和大面导轨(见图 1)又是精度要求高,加工难度大的两个部位。其加工质量直接影响整机性能和精度,故工艺过程 比较复杂。其主要工序为:铸造→粗刨大面导轨→粗铣燕尾导轨→人工时效→精刨大面导轨→精铣 燕尾导轨→精磨大面导轨→精磨燕尾导轨→精刮大面导轨→精刮燕尾导轨。可以看出,燕尾导轨的 铣削加工不仅工作量大,且它的加工质量好坏直接影响后续各工序的工时耗用量和加工精度,因此 选用工作效率和加工精度都高的专机来加工比较理想。2专用铣床的结构及设计难点为了降低制造 难度和生产成本,充分利用我厂产品现有铸坯件以及考虑加工制造习惯,在设计时选用了M715 0×16卧轴矩台平面磨床的床身、立柱、工作台的铸坯件以及部分其他零部件。由于本专机(见 图2)大量借用平磨主体结构件,使本铣床结构布局非常特殊。从加工特性来看属“卧铣”,但从 机床的总体结构和功能部件布局来看却与普通“卧铣”有着较大差异。由于结构布局的特殊性,在 很大程度上限制了主要功能零部件设计。因此充分利用机床外部结构和各主要零部件内部空间,满 足铣床功能要求,是本专机设计的重点和难点。3专用铣床的功能受机床整体结构制约,限制了铣 头、工作台纵向进给变速箱等主要零部件的设计空间和结构布局。这就决定了本铣床功能不能设计 得太多,功能太多会使各零部件结构复杂、体积庞大、铣床内部空间无法容纳;但功能也不能太少 ,功能太少又无法实现对拖板燕尾导轨铣削加工要求。因此本专机的功能部件设计,是在确保粗精 铣燕尾导轨、铣160mm开档面的精度和提高机床切削加工效率的前提下,尽可能对专机的功能 和结构进行全方位的优化设计,使其功能专一,结构紧凑。通过优化,本专机设有以下主要功能: (1)工作台纵向进给变速箱上设有两个变速操作手柄,可实现“三档和四级”变速。“三档”即 快进档、工进档、空档;“四级”即快进一级,速度为1600mm/min,工进三级,速度分 别为50mm/min、80mm/min、155mm/min。(2)通过电器换向开关可实 现工作台反向运转。(3)工作台两端设有限位开关,确保工作台运行安全。(4)铣头变速箱输 出的主轴转速有两级,速度分别为:106r/min、167r/min。(5)铣头上设有带 刻度盘的主轴横向手动进刀机构,使横向进刀非常方便、准确。(6)铣头设有手动和机动垂直进 给快速升降机构,以减少辅助时间,提高加工效率。(7)在立柱上端设有限位开关,确保铣头垂 直进给运行安全。4专用铣床结构的主要特点4.1铣头(1)铣头动力采用我厂生产的Y132 -45.5kW电动机。为减少铣头体积和质量,电动机采取内置式安装。(2)设置了具备两级 变速功能三级齿轮变速箱。因铣头变速箱内部空间狭小,常用的拨叉式变速操纵机构无法采用,为 此设计了一种独创的推杆式变速操纵机构(见图3)。该机构结构简捷,空间占用小,工作可靠。 (3)主轴前轴承为D3182120双列向心短圆柱滚子轴承和D8120推力球轴承,后轴承 为E2214单列向心滚子轴承,以保证主轴刚性好,回转精度高,精度保持性好。(4)由于本 专机立柱采用的是平磨立柱,用在本铣床上稍显单薄。为减小铣头自重和切削力产生的力矩造成立 柱在垂直方向的变形,本专机为铣头设计了配重装置,使铣头重心内移,大大增强了机床的整体刚 性,同时也减轻了铣头垂直升降负荷,使铣头垂直升降更轻松。4.2工作台纵向进给变速机构( 1)工作台纵向驱动丝杠螺母机构由于受所借用的M7150×16磨床的床身、工作台结构限制 ,工作台纵向进给变速箱只能安放在床身内部,由于床身内部空间狭小,外部也无安装位置,铣床 工作台进给机构常用的丝杠旋转驱动螺母的传动方式无法采用。为此在本铣床上设计了一种独创的 外滑动轴承式螺母(见图4)。该螺母丝杠副的工作原理是:由变速箱输出端的齿轮带动螺母旋转 ,驱动紧固在工作台上的丝杠左右移动,从而实现工作台的纵向进给运动。其特点是,结构紧凑、 装配方便、丝杠结构简单,由于整个传动链传输距离短,解决了纵向进给驱动装置安装空间狭小的 一大难题。(2)工作台纵向进给变速箱同样是受床身结构限制,工作台纵向进给变速箱只能悬挂 在床身中心部位一个非常狭小的空间内。这在一定程度上决定了变速箱体积不能太大,速度级数不 能太多,功能也不能太复杂。由于齿轮变速系统布置是否合理,齿轮变速比的分解是否恰当,都将 直接影响变速箱的尺寸大小和铣床功能的实现,因此在有限的空间里设计出满足铣削加工要求的变 速箱是设计中的一大难点。针对上述问题主要采取了:一是在齿轮变速传动中采用了双传动链,即 :工进为一条齿轮变速链;快进又是另一条齿轮变速链,这样变速箱在确保一定功能的情况下,使 结构更紧凑;二是对每个齿轮进行精确计算,在保证齿轮强度和功能的前提下,尽可能压缩各齿轮 的体积,以便使整个变速箱体积更小;三是根据拖板被加工面的切削用量和加工要求,将功能确定 为“三档和四级”变速。(3)纵向进给变速箱变速操纵机构由于变速箱在床身内部,使得安装在 床身外侧的变速操纵手柄距变速箱较远,因此采用机床常用的典型拨叉机构很难保证将外部的操纵 力矩通过远距离传递后拨动变速箱内的滑移齿轮平稳、可靠地滑动。对此我设计了一种独创的“齿 轮驱动滑移式拨叉机构”(见图5)。该拨叉机构是将装在齿轮轴上的手柄的旋转运动转换为齿条 的直线运动,从而带动拨叉拨动滑移齿轮变速。该机构具有以下特点:①由于在齿轮、齿条上分别 采用双支撑结构,尽管变速操纵手柄距变速箱较远,但运动稳定性好,使变速箱内的滑移齿轮滑动 平稳、可靠,变速时不易卡死;②拨叉机构大部分安装在变速箱外壁,占用变速箱内部空间小;③ 由于齿轮轴较长,两轴颈一端与拨叉座配合,另一端与床身壁配合(见图5),这就要求与之相配 的拨叉座孔与床身壁孔的同轴度要求较高。按常规方法将齿轮轴直接装在两孔中几乎不可能,因此 在设计中采用了法兰盘座过渡的办法,解决了5专用夹具的结构特点和功能从第一节的拖板工艺分 析可以得知:本专机既要粗、精铣拖板燕尾导轨,又要精铣1∶100斜面和粗铣160mm开档 面,并要求上述各加工面与大面导轨垂直(见图1)。为保证上述加工要求,设计了本专机的专用 铣夹具(见图6)。本夹具结构简单,定位可靠,装夹方便。当粗、精铣拖板燕尾导轨面和粗铣1 60mm开档面时,可将工件直接安装在夹具上;精铣1∶100斜面时,将0.82∶100斜 面左、右垫板加垫在夹具安装面上(见图6),使加工55°燕尾导轨上的1∶100斜面变得非 常容易。6结语该专机经检测各项性能和精度指标均达到设计要求。投入使用后,解决了我厂拖板 燕尾导轨的加工瓶颈问题,缓解了其他骨干设备的加工压力。经试用期间的初步测算,与原加工方 法相比,铣削拖板的效率提高50%以上,能耗降低150%以上,铣加工综合成本降低80%以 上。平面磨床拖板燕尾导轨专用铣床的设计@李兴榕$四川磨床厂机电研究所!四川成都6100 83拖板导轨;;铣床结构;;专用夹具介绍平磨拖板燕尾导轨专用铣床的设计,在设计中除对铣 床的功能和结构进行优化设计外,还独创设计了三种变速操纵和传动机构,确保了专机工作的高效 率和拖板燕尾导轨的加工精度。针对上述问题主要采取了:一是在齿轮变速传动中采用了双传动链 ,即:工进为一条齿轮变速链;快进又是另一条齿轮变速链,这样变速箱在确保一定功能的情况下 ,使结构更紧凑;二是对每个齿轮进行精确计算,在保证齿轮强度和功能的前提下,尽可能压缩各 齿轮的体积,以便使整个变速箱体积更小;三是根据拖板被加工面的切削用量和加工要求,将功能 确定为“三档和四级”变速。(3)纵向进给变速箱变速操纵机构由于变速箱在床身内部,使得安 装在床身外侧的变速操纵手柄距变速箱较远,因此采用机床常用的典型拨叉机构很难保证将外部的 操纵力矩通过远距离传递后拨动变速箱内的滑移齿轮平稳、可靠地滑动。对此我设计了一种独创的 “齿轮驱动滑移式拨叉机构”(见图5)。该拨叉机构是将装在齿轮轴上的手柄的旋转运动转换为 齿条的直线运动,从而带动拨叉拨动滑移齿轮变速。该机构具有以下特点:①由于在齿轮、齿条上 分别采用双支撑结构,尽管变速操纵手柄距变速箱较远,但运动稳定性好,使变速箱内的滑移齿轮 滑动平稳、可靠,变速时不易卡死;②拨叉机构大部分安装在变速箱外壁,占用变速箱内部空间小 ;③由于齿轮轴较长,两轴颈一端与拨叉座配合,另一端与床身壁配合(见图5),这就要求与之 相配的拨叉座孔与床身壁孔的同轴度要求较高。按常规方法将齿轮轴直接装在两孔中几乎不可能, 因此在设计中采用了法兰盘座过渡的办法,解决了5专用夹具的结构特点和功能从第一节的拖板工 艺分析可以得知:本专机既要粗、精铣拖板燕尾导轨,又要精铣1∶100斜面和粗铣160mm 开档面,并要求上述各加工面与大面导轨垂直(见图1)。为保证上述加工要求,设计了本专机的专用铣夹具(见图6)。本夹具结构简单,定位可靠,装夹方便。当粗、精铣拖板燕尾导轨面和粗铣160mm开档面时,可将工件直接安装在夹具上;精铣1∶100斜面时,将0.82∶100斜面左、右垫板加垫在夹具安装面上(见图6),使加工55°燕尾导轨上的1∶100斜面变

杨凯喜

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