打殼機(jī)氣缸內(nèi)孔加工裝置設(shè)計(jì)

郝 博, 楊斯涵

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng)110159)

打殼機(jī)氣缸內(nèi)孔加工裝置設(shè)計(jì)

郝 博, 楊斯涵

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng)110159)

近年來(lái)我國(guó)機(jī)械制造加工業(yè)飛速迅猛的發(fā)展對(duì)我國(guó)的機(jī)制機(jī)加行業(yè),尤其是對(duì)機(jī)加加工的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求.打殼機(jī)氣缸內(nèi)孔加工質(zhì)量要求高,剛度極低,生產(chǎn)技術(shù)難度大,通過(guò)設(shè)計(jì)專用加工裝置較好的解決了這一問(wèn)題.專門為打殼機(jī)氣缸內(nèi)孔加工裝置做了一次設(shè)計(jì),利用普通車床加工出滿足相關(guān)表面要求的內(nèi)孔.介紹了深孔加工發(fā)展歷程,對(duì)打殼機(jī)氣缸缸體進(jìn)行了加工工藝的分析,根據(jù)工件工藝規(guī)程需要,設(shè)計(jì)了鏜缸體內(nèi)孔所需的加工裝置;對(duì)加工裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用了前后倒頂尖的裝卡結(jié)構(gòu)和定位方式,定心效果良好,避免了裝卡變形;鏜頭部位還加了支撐,刀桿內(nèi)部做了兩條通道以便通切削液和壓縮空氣以解決了深孔加工的排屑、導(dǎo)向、冷卻的三大問(wèn)題;并對(duì)加工裝置中主要零件鏜桿進(jìn)行了受力分析,并對(duì)鏜桿進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算.這樣的加工裝置不僅保證了相關(guān)技術(shù)與要求,還使得其可輕而易舉的在車床上完成.

孔加工裝置; 鏜孔; 氣缸; 打殼機(jī)

工業(yè)制鋁經(jīng)常用電解的方法來(lái)電解鋁,在電解鋁的同時(shí),會(huì)在電解槽中的熔液上形成一層表面凝殼,阻礙下料、發(fā)生及其危險(xiǎn)的熄滅陽(yáng)極的惡性效應(yīng),打殼機(jī)的工作部分是電解鋁車間的至關(guān)重要生產(chǎn)工序.

生產(chǎn)打殼機(jī)時(shí),其氣缸內(nèi)孔的加工要求極高,內(nèi)孔的加工就好比薄壁深孔的加工,必須保證表面粗糙度、圓度、圓柱度同時(shí)得到滿足.本套內(nèi)孔加工裝置的設(shè)計(jì)會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量更上一個(gè)高度.現(xiàn)在的打殼機(jī)的氣缸內(nèi)孔大多是在鏜床說(shuō)著用鉆的方式來(lái)完成的,要是能在車床上就完成了這些就方便了太多了,利國(guó)利民,省時(shí)省力,節(jié)儉不少精力和錢財(cái),我的設(shè)計(jì)是在車床上加了一個(gè)巧妙的加工裝置,這個(gè)巧妙的加工裝置可以使這個(gè)內(nèi)孔在車床上鏜完,而且用的是浮動(dòng)鏜刀,兩邊可以同時(shí)加工,里面的刀桿也很有玄機(jī),刀桿里面有兩個(gè)管道,這倆個(gè)管道可以同時(shí)通氣和切削液,通氣是為了起到加速吹趕切屑的作用,這樣就不會(huì)導(dǎo)致切削液和切屑在管道里和內(nèi)控里的堆積,解決的深孔加工的三大問(wèn)題之一,接下來(lái)就是解決刀頭的導(dǎo)向的問(wèn)題了,如果在刀頭的四周加上支撐裝置,導(dǎo)向偏離的問(wèn)題會(huì)迎刃而解.

1 打殼機(jī)氣缸加工工藝分析

1.1 打殼機(jī)氣缸缸體加工工藝分析

打殼機(jī)氣缸缸體的零件如圖1所示.

圖1 氣缸Fig.1 Air yliner

由圖1可知,氣缸兩端面和表面均要求車削加工,內(nèi)孔表面粗糙度要求1.6、圓度公差7級(jí)、圓柱度公差7級(jí),氣缸外表面不需要加工;粗車兩端面后再精加工內(nèi)孔;另外主要工作表面是氣缸內(nèi)孔,雖然加工精度相對(duì)較高,但也可以在正常已有的生產(chǎn)條件下加工,可以用較經(jīng)濟(jì)的剛法,來(lái)保質(zhì)保量地將零件加工出來(lái).由此可見(jiàn),該零件的工藝性較好.

1.2 工藝方案制定

使零件的尺寸精度、幾何形狀、及位置精度的技術(shù)要求能得到合理的保證是制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn),在生產(chǎn)綱領(lǐng)已經(jīng)確定的情況下,需要大批量生產(chǎn)的情況下,可以考慮采用車床上用鏜刀配合加工用的專用夾具,并盡量使大量工序集中在一起,來(lái)提高生產(chǎn)效率.

2 工藝裝備設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)鏜孔工藝的裝備要求

(1) 鏜桿在車床上安裝時(shí),應(yīng)根據(jù)中心度、鏜桿中心使其中心誤差<0.02 mm,同時(shí)校正時(shí)用光正法,使鏜孔中間支承中心得支撐誤差<0.02 mm.

(2) 鏜孔時(shí),要注意各個(gè)零部件的相關(guān)傳動(dòng)情況,并即時(shí)向各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)內(nèi)加好一點(diǎn)的潤(rùn)滑油,并且注意鏜桿各擋板軸承間隙配合.

(3) 鏜孔要求:①下圓度≤0.03 mm;②錐度≤0.01 mm,不能超過(guò)這個(gè)界限,且在壓入的軸向方向不允許倒椎現(xiàn)象的發(fā)生;③端面加工,應(yīng)與工件軸中心的中心線相互垂直,不垂直度要≤0.10 mm·m-1,鏜削用量以拉線的沖眼為準(zhǔn).

(4) 半精鏜前,軸向內(nèi)孔應(yīng)該至少留有1～1.5 mm單邊方向的加工余量,同時(shí)必須校核該鏜桿加工中心及鏜桿上的各擋板軸承間的間隙.

2.2 工藝裝備方案設(shè)計(jì)

加工裝置(見(jiàn)圖2)采用倒頂尖的形狀作為加工裝置,與工件自身的倒角部分相配合,有軸承作為支撐,保證了鏜桿的導(dǎo)向問(wèn)題;而且中間加了銅質(zhì)的防磨材料,預(yù)防了鏜桿與軸承間的摩擦;加工裝置的坡度可以使切屑以及切削液有效、更好地排除,預(yù)防了深孔加工堵塞的問(wèn)題.

圖2 尾部加工裝置Fig.2 Tail processing device

2.3 工藝裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1) 與車床三爪卡盤連接的前部倒頂尖的設(shè)計(jì)

① 頂尖中內(nèi)孔與主軸卡盤的錐部形狀相同相吻合,可以不是配合,為了排屑方便.

② 頂尖中間孔部分做成階梯狀,方便切削液的切屑的排除,若是這里做成直角狀易造車切屑和切削液的堵塞.

③ 倒頂尖錐度為60°,與工件多于部分做間隙配合,加工后工件多于部分需要車掉.

(2) 刀頭的設(shè)計(jì)

① 刀頭四周有四個(gè)支撐塊,用螺栓連接,保證了的鏜刀的導(dǎo)向,采用了彈性強(qiáng)度很大了木膠材料.

② 刀頭內(nèi)部與鏜桿連接有三根管道,中間管道分出兩個(gè)管道走切削液,直接噴到刀頭,上下兩個(gè)管道噴空氣,促進(jìn)切削和切削液的流通.

圖3 與卡盤連接的頂尖Fig.3 Connectad to the chuck of the top

③ 鏜桿與刀頭是螺紋連接,中間為防止泄露采用O型橡膠圈做密封.

圖4 刀頭Fig.4 Tool bit

圖5 鏜桿Fig.5 Broring bar

(3) 鏜桿的設(shè)計(jì)

① 鏜桿里面有兩根管道,中間負(fù)責(zé)走切削液,外部管道負(fù)責(zé)噴氣體.

② 內(nèi)外管道的固定需要用焊接在一起.

(4) 與尾架相連的倒頂尖部分

① 頂尖錐部60°角,定心性好,與工件多于部分通過(guò)軸向移動(dòng)即可定心.

② 鏜桿與頂尖中間采用向心角接觸軸承作為支撐,防止摩擦且又能保證運(yùn)動(dòng)的傳遞.

③ 軸承與鏜桿間用銅質(zhì)材料作為防磨的墊片材料,銅質(zhì)墊片直接頂有需要時(shí)更換銅質(zhì)墊片即可.

圖6 尾部倒頂尖Fig.6 Tail down top

④ 兩軸承間隔板防止軸向竄動(dòng).

2.4 工藝裝備設(shè)計(jì)計(jì)算

2.4.1 鏜桿剛度計(jì)算

(1) 切削力計(jì)算

選用雙側(cè)切削的浮動(dòng)鏜刀,刀材料:高速鋼 W6Mo5Cr4V2;根據(jù)參考文獻(xiàn)查到《金屬切削數(shù)據(jù)手冊(cè)》查表4-2-3可得:刀具的幾何參數(shù)為刃傾角λs=5°,前角γ0=8°，副后角α′0=5°,主后角α0=5°.

表1 材料參數(shù)

可知單位切削力 kc=1 962N·mm-2;工件材料為45鋼.

工件參數(shù):硬度HB=175;轉(zhuǎn)速n=10r·s-1;背吃刀量ap=3mm;切削速度v=70m·min-1;每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.3mm·r-1;

主切削力為FC公式:

Fc=kcapf

圖7Fig.7

2.4.2 軸承選擇

3 結(jié)論

電解鋁中打殼機(jī)氣缸內(nèi)孔加工裝置的設(shè)計(jì)需要考慮的因素很多,例如氣缸材料的選擇、加工裝置的實(shí)際工藝性、加工裝置實(shí)際應(yīng)用的效率、深孔加工的三大問(wèn)題、軸承的選擇、支撐裝置的選擇、所用切削液、以及制造工藝的可行性等等,而且加工裝置的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)需要工作人經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作.因?yàn)槭堑谝淮卧O(shè)計(jì)整套的加工裝置,在缺乏重要經(jīng)驗(yàn)的情況下,本次設(shè)計(jì)中主要解決了以下問(wèn)題:

(1) 在車床上深孔加工的設(shè)計(jì);

(2) 刀頭支撐的設(shè)計(jì);

(3) 鏜桿內(nèi)部的設(shè)計(jì).

在實(shí)際加工過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)排屑不徹底、排氣系統(tǒng)和冷卻裝置能否達(dá)到預(yù)定的效果,為了解決上述問(wèn)題,本次設(shè)計(jì)中采用階梯狀排除切削及切削液,內(nèi)部噴氣體等等,因此本加工裝置是合理的,各個(gè)系統(tǒng)配合良好,其內(nèi)孔表面精度可達(dá)到要求,可以批量生產(chǎn).

[1] 冉新成.金屬切削數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2009.

RAN Xincheng.The metal cutting data handbook [M].Wuhan:Hua Zhong University of Science and Technology Press,2009

[2] 齊衛(wèi)東.簡(jiǎn)明夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2008.

QI Weidong.The concise fixture design handbook [M].Beijing:Beijing University of Science and Technology Press,2008.

[3] 陳錫棟,周小玉.實(shí)用夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

CHEN Xidong,ZHOU Xiaoyu.The practical fixture design handbook [M].Beijing:China Machnie Press,2001.

[4] 馮愛(ài)新.夾具設(shè)計(jì)工程師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

FENG Aixin.The fixture design engineer's handbook [M].Beijing:China Machnie Press,2009.

[5] 洪慎章.實(shí)用加工裝置設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

HONG Shenzhang.The practical processing device design [M].Beijing:China Machine Press,2006.

[6] 張祥杰.實(shí)戰(zhàn)-夾具設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2004.

ZHANG Xiangjie.The actual combat-fixture design [M].Beijing:China Railway Publishing House,2004.

[7] 甘永立.幾何量公差與檢測(cè)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2010.

GAN Yongli.The amount of geometric tolerance and testing [M].Shanghai:Shanghai Science and Technology Press,2010.

[8] 宋滿倉(cāng),黃銀國(guó),趙丹陽(yáng).機(jī)械加工行業(yè)夾具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

SONG Mancang,HUANG Yinguo,ZHAO Danyang.The mechanical processing industry fixture design [M].Beijin:China Machine Press,2006.

[9] 鄭軍紅,何利力,葉修梓.基于本體的夾具設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2010,47(7):1276-1285.

ZHENG Junhong,HE Lili,YE Xiuzi.Fixture design knowledge representation based on ontology[J].Journal of Computer Research and Development,2010,47(7):1276-1285.

[10] 王輝,王雄輝.氣缸設(shè)計(jì)并行工程的應(yīng)用[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2010(4):2-3.

WANG Hui,WANG Xionghui.The application of concurrent engineering for design of cylinder [J].Journal of Mechanical Science and Technology,2010(4):2-3.

[11] 焦瑞萍,黃能會(huì).氣缸內(nèi)孔結(jié)構(gòu)中的內(nèi)孔設(shè)計(jì)[J].鋼鐵工業(yè),2010(2):1-3.

JIAO RuiPing,HUANG Nenghui.Within the cylinder pore structure in the inner hole design [J].Journal of Iron and Steel Industry,2010(2):1-3.

[12] 黃先,莫建華.打殼機(jī)氣缸具結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)[J].內(nèi)孔加工應(yīng)用,2006(2):3-4.

HUANG Xian,MO Jianhua.The crust breaker cylinder structure of the virtual design [J].Journal of Inner Hole Machining Applications,2006(2):3-4.

[13] 段亮亮,楊立軍.薄壁鋁孔加工設(shè)計(jì)[J].中國(guó)機(jī)械,2013(7):2-4.

DUAN Liangliang,YANG Lijun.The thin-walled aluminum machining design [J].China Mechanical,2013(7):2-4.

Inner cylindrical machining device design for crust breakers

HAO Bo1, YANG Si-han2

(School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159 , China)

Currently, the rapid development of machinery production and manufacturing industries in China promotes increasingly-high demands on machining quality. Due that the inner cylindrical machining for crust breakers possesses such characteristics as high quality, low rigidity and difficult process, a special-purpose machining device is designed to meet the surface requirements by using ordinary lathes. Based on the deep-hole machining process, an inner cylinder boring device is postulated on structural design. In particular, the chucking structure and positioning mode are adopted with apex reversing to guarantee good alignment and avoid chucking reformation. Afterwards, the support is added to cutter head with two passages inside the cutter arbor for cutting fluid and pressed air to resolve chip-removal, guiding and cooling problems. Thereafter, the loading and reliability of boring arbor is especially analyzed. Therefore, this approach not only meets related specifications, but also facilitates lathes in deep-hole processing.

hole processing device; boring; cylinder; crust breaker

國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(61170146)

郝 博(1963-),男,教授,博士生導(dǎo)師.E-mail:hb116@126.com

TH16

A

1672-5581(2016)05-0421-05