立式車床球面加工仿形治具設(shè)計(jì)

中國(guó)有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 (遼寧 110141) 陳 清 劉紅楓

回轉(zhuǎn)窯是我公司為緬甸生產(chǎn)的大型圓筒類回轉(zhuǎn)設(shè)備，主要由筒體與窯襯、換熱裝置、滾圈、托輪裝置及傳動(dòng)裝置等9 部分組成。托輪裝置在筒體傾斜低速回轉(zhuǎn)時(shí)，既要承受整個(gè)回轉(zhuǎn)部分(主要是筒體、襯磚、窯內(nèi)換熱裝置、物料、滾圈及齒圈)的重量，還要確保筒體、滾圈能在托輪上平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而托輪軸承座又是托輪裝置的關(guān)鍵組成部分，由此可見托輪軸承座在筒體運(yùn)轉(zhuǎn)過程中起的重要作用。

本回轉(zhuǎn)窯托輪裝置采用了球面瓦型滑動(dòng)軸承托輪裝置，這種球面瓦型滑動(dòng)軸承托輪裝置軸承特點(diǎn)是:在瓦襯與軸承座間增設(shè)了一個(gè)自動(dòng)調(diào)位的球面瓦，球面軸瓦設(shè)計(jì)比軸承座略寬，球面軸瓦寬度為B2=630 mm，軸承座寬度為B1=610 mm，由于球面瓦具有自動(dòng)調(diào)位功能，解決了在水平面調(diào)整任何一組軸承，不會(huì)產(chǎn)生軸頸與襯瓦卡邊問題發(fā)生，保證了托輪軸頸與襯瓦的良好接觸，但由于軸承座止口小，內(nèi)球面直徑大，剛性聯(lián)接的輔助治具無法完成球面加工，同時(shí)又由于軸承座的外形尺寸為2100 mm×1460 mm，完全超出了數(shù)控2.5 m 立車的加工范圍，如外委數(shù)控加工會(huì)增加產(chǎn)品成本，延誤生產(chǎn)周期。

1.采用治具前球面加工方法

以往軸承座內(nèi)球面的加工都是立車操作者憑借多年的加工經(jīng)驗(yàn)及感覺，手動(dòng)慢走刀并利用樣板通過對(duì)型檢查將曲面搟制加工成。這樣的加工方式要求操作者有足夠的加工經(jīng)驗(yàn)，邊加工邊測(cè)量，產(chǎn)品加工周期長(zhǎng)、效率低，如果檢測(cè)不到位，就會(huì)造成尺寸超差，導(dǎo)致產(chǎn)生廢品;同時(shí)由于球面是手工搟制而成，球面圓滑度不均出現(xiàn)深淺不一的刀劃痕跡，表面粗糙度達(dá)不到圖樣要求，給軸承的裝配使用造成影響。

之后，在前期球面加工水平的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套球面加工輔助治具。該治具設(shè)計(jì)采用兩個(gè)刀架:一個(gè)刀架固定治具，另外一個(gè)刀架完成進(jìn)給，兩個(gè)刀架之間通過剛性聯(lián)接，來完成弧面的加工。然而這套球面加工輔助治具，在軸承座球面加工時(shí)，受剛性聯(lián)接方式的限制，對(duì)設(shè)計(jì)要求止口較小的軸承座內(nèi)球面加工，由于運(yùn)動(dòng)局限性影響，兩刀架無法同時(shí)進(jìn)入軸承座內(nèi)，因此無法完成小止口的軸承座加工。

2.新球面加工仿形治具的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)結(jié)構(gòu)及工作原理。該治具機(jī)構(gòu)主要是由與機(jī)床刀具行走機(jī)構(gòu)聯(lián)接的刀架部分、連桿機(jī)構(gòu)、刀桿部分、底座(軸承支撐卡座、聯(lián)接盤)及圓螺母組成。利用立車自身底盤回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，下端與立車的卡盤把合上，底座與連桿機(jī)構(gòu)之間通過軸承聯(lián)接來完成相對(duì)旋轉(zhuǎn);上端由刀架固定，通過卡盤使工件與內(nèi)球面機(jī)構(gòu)的底座共同旋轉(zhuǎn)，上部分連桿機(jī)構(gòu)不隨著轉(zhuǎn)動(dòng);通過刀具行走系統(tǒng)與仿形機(jī)構(gòu)的柔性聯(lián)接，帶動(dòng)刀架的上下移動(dòng)，從而完成了球面的切削加工，球面加工仿形治具機(jī)構(gòu)示意如附圖所示。

球面加工仿形治具機(jī)構(gòu)

(2)采用連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)每部分之間的聯(lián)接是由銷軸與銅套來組成的。連桿機(jī)構(gòu)的主要運(yùn)行動(dòng)作是由機(jī)床刀架卡住連桿2 上下運(yùn)動(dòng)，連桿3 在連桿2 的帶動(dòng)下聯(lián)動(dòng)，刀桿通過連桿3 及連桿支撐的作用使刀桿的刀尖部分完成圓弧動(dòng)作。

(3)采用柔性傳動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)小口徑軸承座內(nèi)球面加工。本內(nèi)球面加工仿形治具，是先將治具底座把合到機(jī)床床面上，治具的連桿機(jī)構(gòu)根據(jù)軸承止口直徑尺寸730 mm，將刀桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成L=900 mm尺寸，刀桿與連桿間采用銷形式的柔性聯(lián)接，待工件裝夾好之后再安裝上，刀桿可根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)，在軸承座內(nèi)隨意調(diào)整，這樣就解決了小口徑無法安裝的問題。同時(shí)由于本機(jī)構(gòu)利用立式車床主刀架自身行走機(jī)構(gòu)，只增加了一個(gè)球面加工輔助裝置，大大地減少刀架占據(jù)的空間，這樣可以使機(jī)構(gòu)在軸承座內(nèi)順利實(shí)現(xiàn)球面加工。

(4)采用穩(wěn)定的底座支撐系統(tǒng)。底座是由底盤和軸承座等部分組成。在底盤的下端設(shè)計(jì)有一個(gè)φ600 mm 的止口，這個(gè)止口的作用是用來將底盤中心定位在機(jī)床中心線上，用來提高對(duì)中性及回轉(zhuǎn)精度。由于機(jī)床平臺(tái)是回轉(zhuǎn)的，機(jī)床刀架是上下進(jìn)給的，所以底盤與連桿機(jī)構(gòu)之間必須通過軸承聯(lián)接才能完成相對(duì)回轉(zhuǎn)，所以在底盤上設(shè)計(jì)有一個(gè)與軸承座同軸的止口，這個(gè)止口與軸承座就是用來裝配軸承的。當(dāng)連桿與底座裝配好后，圓螺母通過連桿的螺紋備在底座軸承的內(nèi)套上，從而將連桿機(jī)構(gòu)與底座有效聯(lián)接起來，形成了完整的內(nèi)球面加工機(jī)構(gòu)。

3.結(jié)語

立式車床球面加工仿形治具設(shè)計(jì)成功，有效地解決了口徑小直徑760 mm、內(nèi)球面直徑1300 mm 的軸承座內(nèi)球面及圓筒類零件在普通立車上無法加工的難題，使得普通立車的承制能力上升到了數(shù)控設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，從而緩解了數(shù)控設(shè)備的壓力，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品效率，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)高效、高質(zhì)及低耗的需求，為高難度軸承座內(nèi)球面加工提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。