箱型內孔不貫通鍵槽零件加工裝置的設計與應用

田若思

（上海機電工程研究所， 上海　201109）

引言

航天產品需要采用大量的計算機嵌入式硬件，主要用于對控制元器件的安裝與定位，這些組件需根據使用工況和應用場合的不同進行優化設計，通常會遇到箱型內孔不貫通鍵槽類零件的加工問題，由于加工部位的空間狹窄，刀具不能直接伸入工件內腔進行加工，因此采用通用設備或數控設備均難以解決，若采用電火花機床進行加工，則存在制造周期長、加工費時、成本增大等弊端，已無法適應目前航天產品研制周期短、批量生產明顯增加的實際需求，為此需考慮一種經濟實用的加工手段來解決生產現場出現的這一技術難題。

1　產品結構簡介

計算機嵌入式硬件的開發應用中，內部型腔的加工是經常要遇到的問題，以箱型內孔不貫通鍵槽類零件為例，一般用于硬件的支承傳動或驅動動力裝置的傳遞，材質采用合金結構鋼42CrMo制造，經鍛制毛坯并回火熱處理后加工成型，具體結構見圖1 所示[1]。

圖1　產品結構簡圖（mm）

畫出產品三維效果見圖2所示[2]。

圖2　產品三維效果圖

2　產品加工工藝分析

根據箱型內孔不貫通鍵槽類零件的結構特點進行分析，其外形平面及四周棱邊倒角可均可通過普通立式銑床完成加工，內孔采用鏜床或車床也可對其進行加工。由于孔內鍵槽沒有貫通，所以無法用插床加工，銑床立銑頭又無法伸至孔內，這就給加工帶來了一定的難度。現有的工藝方法可以通過電火花加工來完成孔內不貫通鍵槽的加工，而冷加工與電加工的轉換導致了加工周期的延長，同時由于電火花加工機床還需要制作專用電極，費用昂貴，增大了加工制造的成本，有時還需通過外協單位解決，加工制造極不方便，不能有效保證加工進度，如果能夠通過加裝專用裝置對立式銑床進行改造來拓展其加工功能，在立式銑床上實現孔內不貫通鍵槽的加工，就可以節約大量的時間和費用，還可方便現場生產的組織，及時滿足生產的需要[3]。

3　銑床主軸專用裝備的設計

采用立式銑床加工孔內不貫通鍵槽時，主軸刀具難以伸至孔內直接進行加工，為此需將銑床的動力源進行延伸，使延伸部分伸入工件孔內，所夾持的刀具對孔內鍵槽進行直接加工，按照以上思路和設想，設計出銑床主軸專用輸出裝置，具體結構見圖3所示[4]。

圖3　銑床主軸專用輸出裝置結構原理圖

該裝置外形呈懸臂式結構，通過立式支座2直接安裝在立式銑床的動力頭上。裝置采用三件模數、齒數相同的齒輪，按照兩級齒輪傳動的原理，將動力源傳遞到懸臂外端的輸出端，由于結構緊湊、外輪廓尺寸較小，懸臂可以方便地伸至零件孔內加工內鍵槽。該結構采用兩級外嚙合直齒圓柱齒輪傳動的原理設計，由固定支承板1、立式支座2、兩級齒輪傳遞、立銑刀10、彈性夾緊套9和拉緊螺桿5等主要零件組成，其中機床主軸通過夾套與齒輪軸（1）聯接，作為傳動工裝的驅動源，通過兩級齒輪傳動將主軸動力傳遞到立銑刀上。具體制造時，齒輪材質選用40Cr鋼，熱處理硬度（HRC）為58～62，齒輪軸材質選用45鋼，經調質處理后硬度（HRC）為45～50[5]。

銑床主軸專用裝置安裝調試時，首先將齒輪（1）安裝在齒輪軸（1）上，通過六角螺栓16進行緊固，然后將齒輪軸（1）通過夾套安裝到立式銑床的主軸上，此時應充分考慮加工部位的空間位置，調整好其伸出機床主軸的高度尺寸，然后在立式支座2上端法蘭處通過M10六角螺栓緊固在機床動力頭的固定外圈上，形成穩定的支承基座，接著將已經安裝好齒輪（2）、齒輪（3）的固定支承板通過M10六角螺栓連接到固定支承板的下端，保證齒輪（1）、齒輪（2）、與齒輪（3）的正確嚙合與傳動。立式銑床主軸啟動后，穩固的立式支座與固定支承板保證了裝置與零件間的準確定位，平穩傳動的齒輪系滿足了立式銑刀切削加工的順利進行，由于從機床主軸動力到延伸輸出端采用1∶1兩級齒輪傳遞，沒有轉速衰減，因此在選擇切削參數時，可直接按機床主軸輸出動力進行考慮，這就極大地方便了現場操作者的使用。

立銑刀安裝時，可將刀柄裝入彈性夾緊套9內，由于彈性夾緊套錐度部分開有數道軸向脹槽，當擰緊拉緊螺栓時，彈性夾緊套隨之上移，依靠與齒輪軸（2）錐度部分的配合進行軸向收攏，將立銑刀自動對中并夾持牢固。

具體加工產品時，通過高精度分度盤卡盤向內撐緊工件內孔，將工件與刀具位置找正后，先加工完一端內鍵槽，刀具位置不動，分度盤隨同工件一同旋轉180°并準確定位后，加工出另一端對稱位置的內鍵槽，之后將工件從分度盤中卸下，安裝另一件產品進行加工。工件的定位方式符合基準重合原則，能夠有效保證上、下鍵槽的對稱度精度，滿足產品加工后的一致性要求。

3　結語

銑床主軸專用輸出裝置加工方案實施后，可以直接采用專用裝置上的圓柱銑刀，經濟有效地加工零件內孔中不貫通對稱位置的鍵槽，使工件在同一裝夾位置實現不貫通對稱鍵槽的加工，提高了零件的加工位置精度，實現了在普通立式銑床上加工箱型內孔不貫通鍵槽工序的目的，免去了外協電火花加工工序，同時保證了生產進度和產品質量，節約了加工費用，取得了降本增效的良好效果，為類似航天產品的加工提供了一種解決問題的思路與技術途徑。

[1]于惠力，馮新敏.現代機械零部件設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2013.

[2]尚鳳武.CAXA創新三維CAD教程[M].北京：航空航天大學出版社，2004.

[3]顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西：陜西科學技術出版社，1981.

[4]吳圣莊.金屬切削機床[M].北京：機械工業出版社，1984.

[5]史美堂，金屬材料及熱處理[M].上海:上海科學技術出版社，1984.